ARJ21平尾工作梯AGV改造控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

蘇慶雙 孫欣璐 劉銘躍

摘? 要：針對中國商飛上海飛機(jī)制造有限公司ARJ21新支線飛機(jī)在制造過程中，工作梯需要人工推進(jìn)調(diào)整的問題。為了降低人力，提高生產(chǎn)效率，對其進(jìn)行了智能電氣化改造。分析了AGV的基本框架，從整體化入手對AGV進(jìn)行設(shè)計(jì)，從結(jié)構(gòu)、硬件和軟件方面對控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：工作梯;電氣改造;AGV

中圖分類號：TP242? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）11-0097-03

Abstract： Aiming at the problem of ARJ21 new regional aircraft of COMAC Shanghai Aircraft Manufacturing Co.， Ltd. In the manufacturing process， the work ladder needs to be manually adjusted. In order to reduce manpower and improve production efficiency， it has undergone intelligent electrification transformation. The basic framework of AGV is analyzed， the design of AGV is started from the integration，and the control system is designed in detail from the aspects of structure， hardware and software.

Keywords： work ladder; electrification transformation; AGV

引言

AGV（Automated Guided Vehicle）是一種自動(dòng)導(dǎo)引小車[1]，隨著工業(yè)技術(shù)的不斷革新和發(fā)展，AGV的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣。目前，上海飛機(jī)制造有限公司ARJ21新支線飛機(jī)在制造過程中，工作梯需要人工進(jìn)行位置的移動(dòng)調(diào)整。為了降低人力，提高生產(chǎn)效率，公司提出對工作梯進(jìn)行電氣化改造（將AGV功能引入該工裝）的需求。現(xiàn)對其本體及控制系統(tǒng)開展設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和移動(dòng)的功能。

1 AGV本體方案

AGV本體結(jié)構(gòu)：

如圖1所示，改造前的工作梯主要包括工作梯本體和萬向輪兩部分，將工作梯移動(dòng)到指定工作位置時(shí)，只能通過人工推進(jìn)。工作梯總重7.8噸，人工推進(jìn)的方式費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、效率低，因此對其進(jìn)行智能電氣化改造十分有必要。

改造后的總體布局如圖2所示。工作梯采用四舵輪驅(qū)動(dòng)，舵輪安裝在四個(gè)頂點(diǎn)處，編號如圖所示。舵輪驅(qū)動(dòng)器、控制器、鋰電池、支撐調(diào)平系統(tǒng)控制器及供電控制電路集中布置在電氣控制柜內(nèi)，控制柜固定于工作梯的底層。在每個(gè)舵輪附近裝有高度可調(diào)的輔助輪，在舵輪出現(xiàn)故障時(shí)，工作梯仍能通過輔助輪正常移動(dòng)。

為了保證工作梯運(yùn)動(dòng)時(shí)安全可靠，在工作梯的結(jié)合面安裝安全觸邊和激光避障傳感器。安全觸邊通過定制鋁質(zhì)基座安裝到工作梯的上層、中層，激光避障傳感器通過螺釘固定于工作梯上層、中層，以保證工作面積能夠覆蓋工作梯的工作面。

2 AGV控制系統(tǒng)

2.1 AGV框架

AGV主要用于確保不同工況下的工作梯能夠安全迅速到達(dá)正確的工位，控制系統(tǒng)[2]包括運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)、支撐調(diào)平系統(tǒng)共四個(gè)子系統(tǒng)。其中運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)用于向伺服電機(jī)發(fā)送脈沖信號，控制電機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)工作梯全向移動(dòng)[3];供電系統(tǒng)用于為電機(jī)、控制器、傳感器和其它電元器件提供穩(wěn)定的電源;安全防護(hù)系統(tǒng)主要用于保護(hù)AGV小車、周圍設(shè)備和現(xiàn)場工作人員，根據(jù)需要采用了軟硬件結(jié)合的方式，為工作梯的安全運(yùn)行提供保障[4];支撐調(diào)平系統(tǒng)保證工人在工作梯上工作時(shí)，工作梯穩(wěn)定可靠。

2.2 控制系統(tǒng)組成

控制系統(tǒng)硬件組成框圖如圖3所示。整個(gè)控制系統(tǒng)以DC48V鋰電池為總電源，舵輪驅(qū)動(dòng)器為DC48V供電，由鋰電池直接供電;運(yùn)動(dòng)控制器、舵輪抱閘、觸摸屏、各傳感器及支撐調(diào)平系統(tǒng)為DC24V供電，由DC48V轉(zhuǎn)DC24V電源模塊供電。

工作梯全向移動(dòng)時(shí)，通過觸摸屏或無線遙控器下發(fā)控制指令到運(yùn)動(dòng)控制器，運(yùn)動(dòng)控制器收到控制指令后，結(jié)合舵輪驅(qū)動(dòng)器反饋的舵輪當(dāng)前狀態(tài)，運(yùn)行運(yùn)動(dòng)控制算法，解算出各舵輪的轉(zhuǎn)向角度及驅(qū)動(dòng)速度，并將指令下發(fā)到舵輪驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)舵輪完成相應(yīng)運(yùn)動(dòng)。

控制電動(dòng)支撐腿支撐或撤收時(shí)，通過觸摸屏或無線遙控器下發(fā)相應(yīng)控制指令到運(yùn)動(dòng)控制器，運(yùn)動(dòng)控制器收到控制指令后，首先判斷工作梯當(dāng)前狀態(tài)是否滿足支撐或撤收條件，在滿足條件的前提下，運(yùn)動(dòng)控制器向支撐調(diào)平系統(tǒng)控制器下發(fā)指令，完成支撐腿支撐或撤收動(dòng)作。

（1）人機(jī)交互

人機(jī)交互主要是通過觸摸屏實(shí)現(xiàn)的，觸摸屏安裝在電氣控制柜面板上，與控制器采用TCP/IP通信。觸摸屏上設(shè)置控制按鍵，操控工作梯前后左右全向移動(dòng)。觸摸屏上可顯示車速反饋、電池電量、故障信息等工作梯的運(yùn)行信息。

為方便工人現(xiàn)場操控工作梯，工作梯配備無線遙控器遠(yuǎn)程操控工作梯。無線遙控器采用充電電池供電，通過無線接收器與運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行通信，采用Modbus Rtu通信協(xié)議。

（2）運(yùn)動(dòng)控制器

運(yùn)動(dòng)控制器用于運(yùn)行控制算法，控制各舵輪的速度和轉(zhuǎn)向角度，同時(shí)還需要采集傳感器信息，運(yùn)行邏輯控制算法，控制中間繼電器和直流接觸器開關(guān)，保證整個(gè)工作梯安全高效運(yùn)行。因此，運(yùn)動(dòng)控制器要求擁有強(qiáng)大的通信能力和IO控制能力。