AGV小車在智能制造標準化中的應用

李敬新

【關鍵詞】AGV小車；智能制造；IO接口；標準化

在高新技術快速發(fā)展的背景下，智能制造生產(chǎn)線的管理更加嚴格，同時對控制要求越來越高。智能制造設備以及相關產(chǎn)品的設計、生產(chǎn)、運輸都需要標準化的管理。AGV物流小車就是智能控制設備的一種，其廣泛應用于智能制造生產(chǎn)線的下料和產(chǎn)品運輸環(huán)節(jié)。該物流小車結構簡單，能夠自動巡航，同時具備自動運料上料，產(chǎn)品入庫運輸?shù)裙δ埽哂休^高的應用價值。隨著生產(chǎn)制造向智能化和標準化的方向邁進，提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量，完善管理標準，推進智能制造標準化體系建設、標準化管理提升，推動智能制造持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)升級的重要評價標準。

1 AGV物流小車的結構

AGV物流小車的車體由機械架構、四車輪、外表模具以及車載機械裝置組成，內(nèi)部配備控制器、自動巡航系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)收發(fā)模塊。車體上前方裝有觸摸屏和手持調(diào)節(jié)TRC示教器。操作員通過觸摸屏可以進行參數(shù)設置，也可以通過移動終端進行操作，應用非常方便。

1.1 硬件部分設計

AGV物流小車的車主體是長方體，車長1.6 m、寬1.2 m、高1.4 m，四車輪直徑為24 mm。小車前方支架安裝觸摸顯示屏，支架高出車體0.6 m，便于操作人員操作。車體兩側安裝車載機械手，車體上面安裝車載托盤。工作時機械手抓取物料和產(chǎn)品，然后放置于車載托盤上，通過視覺系統(tǒng)判斷后，進行智能制造生產(chǎn)線加工上下料和產(chǎn)品運輸工作。

AGV物流小車的CPU處理器選用研華嵌入式控制器，型號為ARM4461_V1.0。電路板設計了多功能輸入輸出接口，能夠進行實時數(shù)據(jù)采集。板上數(shù)據(jù)存儲器與計算處理器選擇Cyclone IV E 系列的FPGA 處理器。通過觸摸屏的顯示可以監(jiān)測小車的運行狀態(tài)，同時能進行參數(shù)設置和調(diào)整小車的運行狀態(tài)，實現(xiàn)人機交互。物流小車的硬件還包括標準的電源模塊和模擬量等IO接口。AGV物流小車的硬件結構合理，能實現(xiàn)多種功能，運行穩(wěn)定。

1.2 軟件部分設計

AGV物流小車的軟件部分包括控制器的數(shù)據(jù)處理程序設計和觸摸屏的界面設計。數(shù)據(jù)采集和處理程序設計采用VHDL語言編寫控制邏輯，通過IO 數(shù)據(jù)接口采集數(shù)據(jù)存儲到FPGA進行處理，再經(jīng)過CPU的讀取和運算，實現(xiàn)對小車的智能控制，控制邏輯分模塊進行編寫，避免數(shù)據(jù)傳輸和運算出現(xiàn)錯誤，實時數(shù)據(jù)同時傳輸?shù)接|摸屏顯示區(qū)，顯示小車的運行狀態(tài)。觸摸屏設計了顯示主界面和功能操作界面，物流小車的顯示屏主界面包括上下料、功能介紹、參數(shù)設置、功能選擇等按鈕，在主界面正中央顯示小車運行軌跡曲線和動畫效果畫面，同時主界面下方設有急停報警按鍵以及報警指示燈。物流小車的功能界面設計了小車狀態(tài)顯示、安全機制、歷史曲線顯示、報表輸出等功能，實時曲線和動畫效果是顯示CPU發(fā)送的實時數(shù)據(jù)，觸摸屏的畫面顯示清晰穩(wěn)定，功能選擇明確，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠。

1.3 接口部分設計

AGV物流小車控制器的電路板設計了數(shù)據(jù)輸入輸出接口、控制接口、USB接口、模擬量輸出接口、電源接口以及手持TRC示教器接口，各接口相互對立，同時設計了抗干擾電路，避免了信號相互干擾。控制器還設計了無線網(wǎng)絡傳輸模塊，能夠將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦芾韱T的移動終端，實現(xiàn)管理員遠程操作的功能。數(shù)據(jù)輸入輸出接口設置了32 位數(shù)據(jù)通道，采用DS37-S 板載孔型端子，實現(xiàn)智能小車數(shù)據(jù)采集；模擬量輸出接口設計了±5 V和正負±10 V的直流電壓輸出信號；智能控制接口分別設置了A、B、C 三項脈沖差分信號，接口采用DS15-S 孔型端子，實現(xiàn)了控制器對機械手和托盤的運動控制；手持TRC示教器接口用來外接手持設備，根據(jù)需要進行選用配置。電路板設計了兩路標準USB3.0 接口，用來拷貝文件和修改智能物流小車運行參數(shù)。物流小車控制器的各接口均采用標準的協(xié)議器件，各接口功能完善，運行狀態(tài)穩(wěn)定。

2 智能AGV小車的應用

AGV物流小車在應用前進行了相關的驗證?？刂瓢鍨榱吮苊飧蓴_，在設計過程中采用電源獨立模塊，同時增加了EMC 電源保護和抗干擾器件，在控制板載上增加了濾波電路，能夠實現(xiàn)高階噪聲濾除功能。應用之前進行抗干擾實驗，其中包括電磁兼容、電壓暫降、靜電放電以及高低溫和濕度實驗等，結果表明該小車控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，抗干擾能力較強，能夠適應智能制造現(xiàn)場復雜的工作環(huán)境。

AGV物流小車廣泛應用于智能制造和自動化生產(chǎn)線現(xiàn)場，主要集中在倉儲和自動上下料生產(chǎn)線中。智能AGV小車可以運輸毛坯件、次加工件、成品以及殘次品等，將不同的產(chǎn)品按預定要求運送到指定區(qū)域。在工作過程中，車載機械手負責抓取物料到車載托盤上，視覺識別系統(tǒng)根據(jù)托盤上的物料數(shù)量判斷是否停止抓取，待物料裝載完成，識別系統(tǒng)發(fā)送指令到中央處理器，處理器再發(fā)送命令控制小車沿著預設軌道行駛，到達上料站由機械手抓取物料完成自動化生產(chǎn)線的上料工作，上料完成后再抓取殘次物料到車載托盤，由小車運送到廢料區(qū)處理。

AGV物流小車在智能倉儲中應用比較靈活，可根據(jù)需要隨時修改參數(shù)。小車會根據(jù)設定的條件進行判斷，沿巡航軌道行駛。AGV物流小車上裝有視覺判斷設備，能夠識別產(chǎn)品數(shù)量信息，當產(chǎn)品數(shù)量達到預定要求時，小車開始自動運行，到達存儲區(qū)域通過識別判斷存放空間是否滿足存放條件，進行智能化存儲。在智能制造生產(chǎn)應用過程中，AGV物流小車工作效率較高，能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。

3 智能制造標準化應用

智能制造生產(chǎn)標準化研究對促進不同地區(qū)、不同行業(yè)的智能制造工作交流和國內(nèi)各領域開展智能制造建設有著重要的意義。智能制造標準化研究不是要再制定一系列制造技術標準和信息技術標準，而是在智能制造新技術要求下，滿足智能制造生產(chǎn)，選擇和制定與技術融合的標準。智能制造生產(chǎn)標準化的范圍包括安全標準、器件選擇標準、材料標準以及生產(chǎn)線相關標準等。

國家有關機構持續(xù)推進智能制造標準頂層設計，發(fā)布了智能制造標準建設的相關文件，在推動智能制造標準的發(fā)展和建設中起到了指導和引領作用，數(shù)據(jù)調(diào)查研究顯示，國家智能制造標準立項通過220 多項，共發(fā)布130 多項基于安全和評價類的通用國家標準，同時在智能制造標準推廣中開展培訓和征集意見，細分行業(yè)智能制造標準體系建設，調(diào)研工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸業(yè)以及高新技術產(chǎn)業(yè)等十余個細分行業(yè)的智能制造標準化現(xiàn)狀，推動各行業(yè)開展智能制造標準體系建設。

智能制造技術高速發(fā)展的同時對標準化的應用要求也越來越高。AGV物流小車自動巡航功能的實現(xiàn)是建立在標準的軌道、導航系統(tǒng)、視覺識別系統(tǒng)和規(guī)格統(tǒng)一的倉儲空間，根據(jù)視覺識別實現(xiàn)抓取物料和判斷產(chǎn)品的數(shù)量，以及根據(jù)統(tǒng)一規(guī)格的倉儲空間實現(xiàn)產(chǎn)品的有序存放。因此，在設計研究智能AGV小車的硬件結構和軟件系統(tǒng)時應該注重標準化器件的選擇，硬件核心處理器CPU、數(shù)據(jù)采集器件FPGA、電源模塊EMC器件以及接口連接器都需要選擇標準化的器件，這樣才能滿足不同生產(chǎn)線、不同智能制造現(xiàn)場的要求。

4 結語

網(wǎng)絡信息技術的飛速發(fā)展和智能制造生產(chǎn)對智能化、標準化要求越來越高，提升生產(chǎn)效率、完善管理、推進智能制造標準化體系建設已經(jīng)迫在眉睫。AGV物流小車利用CPU中央控制功能和無線網(wǎng)絡技術，通過識別系統(tǒng)和感應系統(tǒng)無需人工引航，可沿預定軌道自動行駛，自動完成產(chǎn)品的運輸和上下料等工作。同時，該物流小車在倉儲管理運輸?shù)确矫鎽脧V泛，智能化水平較高，是智能制造標準化的重要組成部分，具有良好的實用價值。