AGV开放式控制系统设计分析

田野+++贾鹏

摘 要：AGV是一种无人操作的自动引导小车的英文简称。在现代化仓库存储系统中是较为理想的搬运设备，在各个控制系统的统一调度下能够实现自动运输、传送的功能。文章在AGV运动功能以及控制特点的基础上，对这种开放式的控制系统的设计进行的分析研究。

关键词：开放式控制系统；AGV；设计

自动引导小车在我国的现阶段的设计应用尚处于起步阶段，自行设计的AGV开放式控制系统大多数采用PLC或者是单片机技术作为技术核心，但是此种方法在设计、设计周期上较长而且开放性较差。所以在实际的设计过程中通常借鉴国外先进的研究方法，将数字控制理论应用到AGV控制系统的设计当中来，利用数字化控制具有的动态响应快，工作可靠稳定的特点，研发出支持高速、高精度并且界面友好的AGV开放式控制系统。由于当前市场需求复杂多变，而控制系统往往只具有单一的功能，未解决二者之间的矛盾，采用开放式的控制系统，使得控制系统易变、廉价并且紧凑，对复杂的市场需求有较强的适应性。

1 AGV的运动分析

1.1 运动学模型和运动约束

AGV的运动需要推导出一个运动学的模型，需要从小车底部进行，首先是车轮，各个车轮对于AGV都起到支撑和控制运动的功能，同时也起到约束运动的作用。考虑到AGV底盘的几何特点，底部是多个轮子连在一起的结构，所以它们起到共同制约运动的作用。由于AGV是一个独立的自动化系统，所以在跟随电子地图的运动过程中，对周围的环境主体有相应的判断能力，因此，就必须随时将AGV的运动集成，这里需要引入一个位置估计。在AGV的运动过程中要进行运动分析。在整个运动的分析过程中，要有相应的位置表示，因此需要建立参考框架和局部参考框架的关系，更加方便快速的确定AGV在平面中的运动位置。

1.2 AGV车载控制系统和数据采集

AGV车载计算机是控制系统的核心，它通过接口和各功能模块连结，实时监控各功能模块的工作状态，对异常情况按预定方案进行处理，保证AGV周边设备和人员的安全。一旦计算机系统发生故障（发出声、光并在屏幕上显示当前状态和文字提示），离线保护单元、防撞安全单元、应急开关将控制AGV停车或完成基本操作。系统具备AGV运行跟踪功能可通过计算机实时调度在线AGV的数量、位置、状态等。

工控机主机采用台湾研华品牌，内存2G，硬盘160G，显示器采用17寸。

系统具有故障信息存储功能存储信息（包括日期、发生时间、故障/报警内容）保存时间为2个月。

控制系统的导线接点全部设置在柜和接线盒内，无外部明显接头，要有明显的安全接地装置，外部走线具有良好的防护，各电气元件与管路标识明确，管（槽）内电线预留10%备用线。

设备所有导线接点两端均有线号标识，线号用专用黄色标签打印。

2 开放式控制系统的总体设计

2.1 硬件结构的设计方案

所谓开放化的控制系统，它所需要的硬件不再是各个系统生产厂家能够提供的，而是需要应用先进的计算机技术将功能强大化，一般可利用PLC控制，，防止发生飞车事故，并且PLC可靠性强还具有良好的抗干扰性能，但是此种控制设计难度大，周期长，控制器的设计难度也相当大。所以一般用户要求不高时采用，在用户要求比较高的情况下通常采用运动控制卡作为运动控制单元。

2.2 开放式控制系统的软件开发

由于开放式控制系统是一种实时性的应用软件，在操作过程中要设计指令要求，所以不仅仅是硬件开发，还需要基于一种软件平台或是操作系统。系统的软件平台对于整个操作系统的性能、技术体系都有着重要的影响。在软件开发平台选择方面，一般要以实时性和多任务处理能力作为选择标准，保证运行任务的时候能够及时的得到响应，并投入运行，而且保证在多个任务并行发出时，能够实现并行处理，同时运行一个以上的任务。日常的操作系统考虑的开放性、价格等问题，一般选择DOS/Windows/Linux等操作系统。

3 关键部分的开发设计

3.1 系统功能分析及软件总体结构

控制软件是一个操作系统的核心部位，因此其架构需要具有科学性、合理性，这对整个系统的性能有着至关重要的作用。在保证系统性能的前提下还要保证系统架构要易于维护和扩展。在开发出符合系统软件的前提下，进一步对软件的结构、流程算法进行优化整理，保证系统高效、可靠的运行。软件的功能要按照对任务的实时性与否的特点进行划分，任务形式被划分为内核模式和用户模式。

系统启动后，要完成数据的传送，通过内部的数据缓冲区进行数据的交换通讯，其目的就是将上一阶段的数据处理结果存储起来供下一阶段使用，以便建立更个数据模块之间的联系。

3.2 用户空间主要功能模块

动作信息的输入、显示、译码和预处理等相关联的功能都是通过用户空间模块完成的。输入AGV运动轨迹的相关信息和系统参数信息，然后显示坐标、运动状态、实际位置等相应的结果数据。在文件管理方面，主要完成对系统中涉及到的文件进行管理和操作，。参数设置方面，主要是为了给AGV运动提供一个良好直观的界面，通过参数设置位操作者提供直观的有关运动的数据信息，可以直接完成运动数据的记录填写。参数主要包括加速时间、加速度的最大值、减速时间等关于运动的相关变量参数。译码模块主要是将上一级的数据信息进行分析保存，方便下一步动作的执行。

3.3 内核空间的主要功能模块

内核空间的主要模块包括速度控制模块、位置控制模块和开关量模块。前面提到将AGV运动看成是一个整体，进行运动分析。而现在要将整个运动动作分解成各个小的单元，分别研究在完成整体动作的过程中，每个单元进行的具体工作。位置控制就是在不考虑位置检测的前提下，对各部分的功能进行明确化的分析。开关量控制主要是通过PLC实现，在数据系统中，通过这个专用的微型计算机处理器进行控制。

4 用户界面设计

界面设置的作用是为了给用户提供一个良好的视觉效果。一般选择图形用户界面，计算机画面显示窗口。图标等不同的图形，通过鼠标指示进行选择，方便客户操作，尽量做到直观、友好的人机界面。

5 结束语

AGV作为一种先进的自动设备，属于轮式机器人的一种，在设计过程中包含机械、电子信息、电气电子工程等多方面的学科，是人类综合认知的体现。在这方面的研究还需要很多方面的完善和处理，理论与实际相衔接的地方还应该做到更加自然合理。期望AGV开放式控制系统在日后的改进过程中能有更好的发展前景。

参考文献

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