一種循跡AGV移動機器人控制系統(tǒng)的設(shè)計*

王洪鋼，祁宇明

(1.天津城投物業(yè)管理有限公司，天津 300113；2.天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)，天津 300222)

0 引言

AGV移動機器人(Automated Guided Vehicles System)是一種以電池為動力，以磁、光為導(dǎo)航，可以沿著預(yù)定軌跡自動化行駛的特種移動機器人。AGV移動機器人可以極大程度地提高柔性制造系統(tǒng)和立體化智能倉庫的智能程度，它是現(xiàn)代化生產(chǎn)線和物流線上的執(zhí)行裝置和連接裝置[1]。AGV移動機器人廣泛應(yīng)用在制造業(yè)中，世界各地的發(fā)達國家都極為關(guān)注AGV移動機器人關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。AGV移動機器人可以作為安裝平臺嵌入在生產(chǎn)線中，也可以直接用于工廠的運輸，有效地降低了生產(chǎn)成本、提高了生產(chǎn)效率[2]。AGV移動機器人逐漸成為柔性制造系統(tǒng)和立體化智能倉庫中的核心設(shè)備，在碼垛、倉儲、搬運等作業(yè)過程中發(fā)揮了有效作用。2013年6月，廣州召開了首屆“AGV移動機器人應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇”，著力于推動我國機器人事業(yè)的發(fā)展，為我國經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型升級提供強有力的工具，AGV移動機器人行業(yè)將迎來發(fā)展的黃金時期。

1 引導(dǎo)方法的分析

磁導(dǎo)式引導(dǎo)方法是目前常用的AGV機器人引導(dǎo)方式，由于磁帶的鋪設(shè)過程比較簡單，磁帶成本較低，因此磁導(dǎo)式引導(dǎo)具有靈活的運動途徑和可靠的運動控制，但是暴露在外的磁帶容易受到破壞，同時因為磁帶的磁性往往會吸附鐵質(zhì)小物件，進而引起對AGV移動機器人的干擾。

磁導(dǎo)式的引導(dǎo)原理是磁導(dǎo)航傳感器根據(jù)鋪設(shè)在路面上的磁條引導(dǎo)AGV移動機器人運行，如圖1所示，磁導(dǎo)航傳感器一般具有8個或者16個開關(guān)量的指示燈，控制器通過判斷指示燈的通斷來確定AGV移動機器人的偏移量和偏移方向。

2 控制器的電路設(shè)計

控制器是AGV移動機器人的大腦，其主要工作是幫助AGV移動機器人解決如何去的問題，本文通過對比市場上常用的控制器最終選用國產(chǎn)某型號的一體機作為AGV移動機器人的控制大腦，一體機采用控制器加顯示屏的硬件設(shè)施，同時兼?zhèn)渚幊炭刂坪腿藱C界面的功能，一體機采用的編程原理類似于三菱PLC控制器，其信號輸出為NPN型，即低電平有效的輸出方式，一體機的接線原理如圖2所示。

圖1 AGV移動機器人磁導(dǎo)航傳感器

3 步進電機電路設(shè)計

本文選擇應(yīng)用86步進電機作為AGV移動機器人的動力源，步進電機的控制需要配合步進電機驅(qū)動器，步進電機驅(qū)動器通過接收控制器傳輸?shù)拿}沖和頻率信號完成對電機速度和距離的控制。步進電機的速度取決于控制器發(fā)出的脈沖頻率，頻率越高則發(fā)出脈沖所用的時間就越短，電機的旋轉(zhuǎn)速度就會越快[3]。步進電機的一圈可以劃分為360°，電機轉(zhuǎn)一圈需要接收200個脈沖，所以每一個脈沖就會驅(qū)動電機運行1.8°，步進電機在大負載的情況下難免會出現(xiàn)丟步現(xiàn)象，所以為了防止電機的精度過低，驅(qū)動電路往往增加電機驅(qū)動器，步進電機驅(qū)動器近一步增加了驅(qū)動電機的細分，提高了電機的精度[4]。本文結(jié)合電機的電壓、功率等因素決定選用型號為MB450B的驅(qū)動器，驅(qū)動器的接線端口如表1所示，其中，“A+”、“A-”、“B+”、“B-”分別接步進電機的AB兩組。

圖2 一體機接線原理圖

接口信號PUL+電機脈沖信號輸入正端PUL-電機脈沖信號輸入負端DIR+電機正轉(zhuǎn)DIR-電機反轉(zhuǎn)ENA+電機抱死信號ENA-電機放松信號GND電源負端輸入V+電源正端輸入A+A-B+B-步進電機線序

4 循跡算法程序設(shè)計

AGV移動機器人循跡算法的設(shè)計主要包括控制流程圖設(shè)計(如圖3所示)及控制器輸入輸出I/O點的分配(如表2所示)。

(1) AGV移動機器人啟動運行需要有一個啟動保護程序，電機從靜止到啟動需要一定的時間，電機不能瞬間完成加減速，所以在啟動程序的設(shè)計時需要考慮電機的啟動性能，本文針對電機的啟動保護使用了斜坡指令RAMP。D0、D1、D2是三個用于儲存數(shù)據(jù)的存儲器，其中D0中存儲的是初始值，D1中存儲的是目標值，如果觸點M0得電后， D1的數(shù)據(jù)就會被D0覆蓋，D2的數(shù)據(jù)是個變量，在N個掃描周期中，D2的數(shù)據(jù)逐漸從D0變化到D1的數(shù)值，同時特殊輔助繼電器M8026被置1，D2的數(shù)據(jù)逐漸從D0變化到D1所用的時間是由D8026存儲器存儲的數(shù)據(jù)決定的。步進電機保護啟動梯形圖如圖4所示。

(2) AGV移動機器人在循跡過程中，遇到交叉的路況就需要轉(zhuǎn)彎，AGV移動機器人的轉(zhuǎn)彎方式比較多，比較常用的是差動轉(zhuǎn)彎和差速轉(zhuǎn)彎。所謂差動轉(zhuǎn)彎是兩輪的轉(zhuǎn)向不一樣，一個輪子正傳，另外一個輪子反轉(zhuǎn)；差速轉(zhuǎn)彎是兩輪的轉(zhuǎn)動方向一致但是轉(zhuǎn)速不一致。

圖3 AGV移動機器人控制流程圖

輸入功能輸出功能X001路信號Y00左脈沖信號X012路信號Y01右脈沖信號X023路信號Y02左方向信號X034路信號Y03右方向信號X045路信號Y04報警指示燈X056路信號Y05電源指示燈X067路信號Y07照明燈X078路信號Y10原點指示燈X101區(qū)障礙物信號X112區(qū)障礙物信號X12運行X13停止X14急停X15復(fù)位X16防護傳感器X20N極X21S極

圖4 步進電機保護啟動梯形圖

AGV移動機器人的循跡過程是一個自動校正的過程，磁導(dǎo)航傳感器在機器人運行過程中每分每秒都

在監(jiān)控機器人是否偏移預(yù)設(shè)軌跡，一旦發(fā)現(xiàn)軌跡發(fā)生偏移，控制器就會根據(jù)機器人偏離軌道的程度做出相應(yīng)的調(diào)整，控制器中預(yù)留兩個存儲器用來存放左右電機的脈沖頻率。轉(zhuǎn)彎、直行程序如圖5所示。

圖5 循跡算法的控制器程序

5 總結(jié)

在我國產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟再升級，打造智能制造的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的大背景下，我國的傳統(tǒng)生產(chǎn)線和物流線上的勞動力開始被智能機器人所替代，取而代之的是柔性制造系統(tǒng)和立體化智能倉庫。我國的生產(chǎn)工廠正朝著智能化、自動化的方向發(fā)展。本文以實際的AGV移動機器人設(shè)計為案例，提出了一整套的AGV移動機器人控制程序的編寫方法，對于同類系統(tǒng)的開發(fā)具有一定的參考價值。

參考文獻：

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[2] 陳寧寧,李明,陳姍.大力發(fā)展生產(chǎn)物流 提高煙草制造業(yè)競爭力[J].科技和產(chǎn)業(yè),2007(4):67-69.

[3] 李辛.基于無線定位的AGV導(dǎo)航、控制研究及模擬系統(tǒng)的研制[D].長春：吉林大學(xué),2006：32-35.

[4] 王登貴,楊中平,胡真明,等.基于PLC的四相步進電機控制方法及實現(xiàn)[J].微計算機信息,2006(34):36-37，45.