AGV開放式控制系統設計分析

田野+++賈鵬

摘 要：AGV是一種無人操作的自動引導小車的英文簡稱。在現代化倉庫存儲系統中是較為理想的搬運設備，在各個控制系統的統一調度下能夠實現自動運輸、傳送的功能。文章在AGV運動功能以及控制特點的基礎上，對這種開放式的控制系統的設計進行的分析研究。

關鍵詞：開放式控制系統；AGV；設計

自動引導小車在我國的現階段的設計應用尚處于起步階段，自行設計的AGV開放式控制系統大多數采用PLC或者是單片機技術作為技術核心，但是此種方法在設計、設計周期上較長而且開放性較差。所以在實際的設計過程中通常借鑒國外先進的研究方法，將數字控制理論應用到AGV控制系統的設計當中來，利用數字化控制具有的動態響應快，工作可靠穩定的特點，研發出支持高速、高精度并且界面友好的AGV開放式控制系統。由于當前市場需求復雜多變，而控制系統往往只具有單一的功能，未解決二者之間的矛盾，采用開放式的控制系統，使得控制系統易變、廉價并且緊湊，對復雜的市場需求有較強的適應性。

1 AGV的運動分析

1.1 運動學模型和運動約束

AGV的運動需要推導出一個運動學的模型，需要從小車底部進行，首先是車輪，各個車輪對于AGV都起到支撐和控制運動的功能，同時也起到約束運動的作用。考慮到AGV底盤的幾何特點，底部是多個輪子連在一起的結構，所以它們起到共同制約運動的作用。由于AGV是一個獨立的自動化系統，所以在跟隨電子地圖的運動過程中，對周圍的環境主體有相應的判斷能力，因此，就必須隨時將AGV的運動集成，這里需要引入一個位置估計。在AGV的運動過程中要進行運動分析。在整個運動的分析過程中，要有相應的位置表示，因此需要建立參考框架和局部參考框架的關系，更加方便快速的確定AGV在平面中的運動位置。

1.2 AGV車載控制系統和數據采集

AGV車載計算機是控制系統的核心，它通過接口和各功能模塊連結，實時監控各功能模塊的工作狀態，對異常情況按預定方案進行處理，保證AGV周邊設備和人員的安全。一旦計算機系統發生故障（發出聲、光并在屏幕上顯示當前狀態和文字提示），離線保護單元、防撞安全單元、應急開關將控制AGV停車或完成基本操作。系統具備AGV運行跟蹤功能可通過計算機實時調度在線AGV的數量、位置、狀態等。

工控機主機采用臺灣研華品牌，內存2G，硬盤160G，顯示器采用17寸。

系統具有故障信息存儲功能存儲信息（包括日期、發生時間、故障/報警內容）保存時間為2個月。

控制系統的導線接點全部設置在柜和接線盒內，無外部明顯接頭，要有明顯的安全接地裝置，外部走線具有良好的防護，各電氣元件與管路標識明確，管（槽）內電線預留10%備用線。

設備所有導線接點兩端均有線號標識，線號用專用黃色標簽打印。

2 開放式控制系統的總體設計

2.1 硬件結構的設計方案

所謂開放化的控制系統，它所需要的硬件不再是各個系統生產廠家能夠提供的，而是需要應用先進的計算機技術將功能強大化，一般可利用PLC控制，，防止發生飛車事故，并且PLC可靠性強還具有良好的抗干擾性能，但是此種控制設計難度大，周期長，控制器的設計難度也相當大。所以一般用戶要求不高時采用，在用戶要求比較高的情況下通常采用運動控制卡作為運動控制單元。

2.2 開放式控制系統的軟件開發

由于開放式控制系統是一種實時性的應用軟件，在操作過程中要設計指令要求，所以不僅僅是硬件開發，還需要基于一種軟件平臺或是操作系統。系統的軟件平臺對于整個操作系統的性能、技術體系都有著重要的影響。在軟件開發平臺選擇方面，一般要以實時性和多任務處理能力作為選擇標準，保證運行任務的時候能夠及時的得到響應，并投入運行，而且保證在多個任務并行發出時，能夠實現并行處理，同時運行一個以上的任務。日常的操作系統考慮的開放性、價格等問題，一般選擇DOS/Windows/Linux等操作系統。

3 關鍵部分的開發設計

3.1 系統功能分析及軟件總體結構

控制軟件是一個操作系統的核心部位，因此其架構需要具有科學性、合理性，這對整個系統的性能有著至關重要的作用。在保證系統性能的前提下還要保證系統架構要易于維護和擴展。在開發出符合系統軟件的前提下，進一步對軟件的結構、流程算法進行優化整理，保證系統高效、可靠的運行。軟件的功能要按照對任務的實時性與否的特點進行劃分，任務形式被劃分為內核模式和用戶模式。

系統啟動后，要完成數據的傳送，通過內部的數據緩沖區進行數據的交換通訊，其目的就是將上一階段的數據處理結果存儲起來供下一階段使用，以便建立更個數據模塊之間的聯系。

3.2 用戶空間主要功能模塊

動作信息的輸入、顯示、譯碼和預處理等相關聯的功能都是通過用戶空間模塊完成的。輸入AGV運動軌跡的相關信息和系統參數信息，然后顯示坐標、運動狀態、實際位置等相應的結果數據。在文件管理方面，主要完成對系統中涉及到的文件進行管理和操作，。參數設置方面，主要是為了給AGV運動提供一個良好直觀的界面，通過參數設置位操作者提供直觀的有關運動的數據信息，可以直接完成運動數據的記錄填寫。參數主要包括加速時間、加速度的最大值、減速時間等關于運動的相關變量參數。譯碼模塊主要是將上一級的數據信息進行分析保存，方便下一步動作的執行。

3.3 內核空間的主要功能模塊

內核空間的主要模塊包括速度控制模塊、位置控制模塊和開關量模塊。前面提到將AGV運動看成是一個整體，進行運動分析。而現在要將整個運動動作分解成各個小的單元，分別研究在完成整體動作的過程中，每個單元進行的具體工作。位置控制就是在不考慮位置檢測的前提下，對各部分的功能進行明確化的分析。開關量控制主要是通過PLC實現，在數據系統中，通過這個專用的微型計算機處理器進行控制。

4 用戶界面設計

界面設置的作用是為了給用戶提供一個良好的視覺效果。一般選擇圖形用戶界面，計算機畫面顯示窗口。圖標等不同的圖形，通過鼠標指示進行選擇，方便客戶操作，盡量做到直觀、友好的人機界面。

5 結束語

AGV作為一種先進的自動設備，屬于輪式機器人的一種，在設計過程中包含機械、電子信息、電氣電子工程等多方面的學科，是人類綜合認知的體現。在這方面的研究還需要很多方面的完善和處理，理論與實際相銜接的地方還應該做到更加自然合理。期望AGV開放式控制系統在日后的改進過程中能有更好的發展前景。

參考文獻

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