自动导引小车(AGV)系统的设计(3)

2018-11-17 20:43

控制台可以采用普通的IBM-PC机,如条件恶劣时,也可采用工业控制计算机,控制台通过计算机网络接受主控计算机下达的AGV输送任务,通过无线通讯系统实时采集各AGV的状态信息。根据需求情况和当前各AGV运行情况,将调度命令传递给选定的AGV。AGV完成一次运输任务后在待命站等待下次任务。如何高效地、快速地进行多任务和多AGV的调度,以及复杂地形的避碰等一系列问题都需要软件来完成。由于整个系统中各种智能设备都有各自的属性,因此用面向对象设计的C++语言来编程是一个很好的选择。在编程时要注意的是AGV系统的实时性较强,为了加快控制台和AGV之间的无线通讯以及在此基础上的AGV调度,编程中最好采用多线程的模式,使通讯和调度等各功能模块互不影响,加快系统速度。 (7)通讯系统

通讯系统一方面接受监控系统的命令,及时、准确地传送给其它各相应的子系统,完成监控系统所指定的动作:另一方面又接收各子系统的反馈信息,回送给监控系统,作为监控系统协调、管理、控制的依据。

由于AGV位置不固定,且整个系统中设备较多,控制台和AGV间的通讯最适宜用无线通讯的方式。控制台和各AGV就组成了一点对多点的无线局域网,在设计过程中要注意两个问题: ①无线电的调制问题

无线电通讯中,信号调制可以用调幅和调频两种方式。在系统的工作环境中,电磁干扰较严重,调幅方式的信号频率范围大,易受干扰,而调频信号频率范围很窄,很难受干扰,所以应优先考虑调频方式。而且调幅方式的波特率比较低,一般都小于3200Kbit/s,调频的波特率可以达到9600K bit/s

以上。

②通讯协议问题

在通讯中,通讯的协议是一个重要问题。协议的制定要遵从既简洁又可靠的原则。简洁有效的协议可以减少控制器处理信号的时间,提高系统运行速度。

(8)导航系统 1.3 AGV导航系统

AGV导航系统的功能是保证AGV小车沿正确路径行走,并保证一定行走精度。AGV的制导方式按有无导引路线分为三种:一是有固定路线的方式:二是半固定路线的方式,包括标记跟踪方式和磁力制导方式;三是无路线方式,包括地面帮助制导方式、用地图上的路线指令制导方式和在地图上搜索最短路径制导方式。 1.3.1固定路线方式

固定路线的导引方式有电磁制导方式、光学控制带制导方式、激光制导方式和超声波制导方式。 (1)电磁制导方式

该方法需在AGV行走的路线下埋设专用的电缆线,通以低频正弦波电流,从而在电缆周围产生磁场。AGV上的电磁感应传感器检测到磁场强度,在小车沿线路行走时,输出磁场强度差动信号,车上控制器根据该信号进行纠偏控制。该方法可靠性高,经济实用,是目前最为成熟且应用最广的导引方式。它的主要缺点是:AGV路径改变很困难,而且埋线对地面要求较高。 (2)光学控制带导引方式

利用地面颜色与漆带颜色的反差,漆带在明亮的地面上涂为黑色,或在黑暗的地面上涂为白色。小车上装备有发射和接收功能的红外光源,用以照射漆带。小车上装有光学检测器,均匀分布在漆带及两侧位置上,检测不同的组合信号,以控制小车的方向,使其跟踪路轨。可以采用模糊控制算法对小车进行控制。该方法的缺点是:漆带颜色需保持鲜明,否则光学传感器检测到的信号变弱。因此,则需要经常对漆带颜色进行加深工作。 (3)激光制导方式

该方法是在AGV行走路径的特定位置处,安装一批激光/红外光束的反射镜。在AGV行驶过程中,车上的激光扫描头不断地扫描周围环境,当扫描到行驶路径周围预先垂直安好的反射板时,即“看见”了“路标”。只要扫描到三个或三个以上的反射板,即可根据它们的坐标值以及各块反光板相对于车体纵向轴的方位角,计算出AGV当前在全局坐标系中的X, Y坐标和当前行驶方向与该坐标系X轴的夹角,实现准确定位和定向。该导引方法的特点是,当提供了足够多反射镜面和宽阔的扫描空间后,AGV导引与定位精度十分高。该方法的缺点是成本昂贵,传感器、反射装置等设备安装复杂,且计算也很复杂。

(4)超声波制导方式

该方法类似于激光/红外测量方法,不同之处在于不需要设置专门的反射镜面,而是利用一般的墙面或类似物体就能进行引导,因而在特定环境下提供了更大的柔性和低成本的方案。但由于反射面大,在制造车间环境下应用常常有困难。 1. 4研究课题的提出

AGV是智能化的移动机器人,是现代工业自动化物流系统的主要设备,也是机器人比赛的主要项目之一,是许多大学、科研机构重点研究的项目之一。本研究课题以2007年机械专业毕业设计要求为蓝本,设计出简单易行的AGV系统。

2 AGV的总体设计

2. 1总体设计

AGV一般由车体、蓄电池、充电系统、驱动装置、转向装置、精确停车装置、车上控制器、通信装置、信息采样子系统、移载装置和车体方位计算子系统等组成。车体由车架和相应的机械电气部件如减速箱、电机、车轮等组成,它是AGV的基础部分。车架要从强度和刚度上满足车体运行和加速时的要求,常用钢构件焊接而成,其外壳为1mm~3mm的钢板或铝合金板,车架空间安置与驱动和转向直接有关或重量较大的部件(如蓄电池),以利于机械结构设计和降低车体重心,重心越低越有利于抗倾翻。板上常安置移载装置、液压系统、电控系统、按键、显示屏等。车体的前后部分还安装安全挡圈和超声波传感器。

AGV常采用24V或48V直流工业蓄电池为动力。蓄电池供电应达到额定的安培小时值,一般应保证8h以上的工作需要,对二班制工作环境则要求17h以上的供电能力.蓄电池充电可采用随机充电和全周期充电两种方式。随机充电采用可任意充电的汽车免修蓄电池,在AGV的备用停泊站,无时间限制地随时充电。全周期充电则要求AGV退出服务,并进入指定的充电区且当蓄电池电荷降至指定范围时方可充电。此类电池一般执行4h连续充电,2h冷却的

规范。也有的AGV采用上述两种充电方式相结合的方式。充电操作有自动、人工和快速更换的可抽拉式三种。

驱动装置由车轮、减速器、制动器、电动机及速度控制器等部分组成。AGV驱动命令由计算机发出,驱动的速度与方向是两个独立的变量,它们分别由计算机控制。速度调节可采用不同的方法,如用脉宽调速或变频调速等。AGV在直线行走、拐弯和接近停位点时要求不同的车速,直线行走高速度常达lm/s,拐弯时为0. 2m/s~0. 6m/s,接近停位点时为0. lm/s。

AGV的方向控制是由导引系统的方向信息通过转向装置来实现的。AGV通常被设计成三种运动方式:(1)只能向前;(2)能向前与向后;(3)能纵向、横向、斜向及回转四个方向的运动。

“智能”较高的AGV都有车上控制器,它类似于机器人控制器,用以对AGV进行监控。控制器计算机通过通信系统从地面站接受指令并报告自己的状态。通常控制器可完成以下工作:手动控制、安全装置启动、蓄电池状态、转向极限、制动器解脱、行走灯光、驱动和转向电机控制和充电接触器等。某些AGV具有编程能力,允许小车离开导引路径,驶向某个示教地点,完成任务后循原道返回到导引路径上来。

AGV的控制指令一般是由地面控制器(车外)发出,AGV的状态也通过通信系统送回地面控制器。通信系统有两种:连续方式和分散方式。连续通信系统允许AGV在任何时候和相对地面控制器的任何位置使用射频方法或使用在导引路径内的通信电缆收发信息。如采用无线电、红外激光的通信方法。分散式系统只是在预定的地点(通信点)如AGV停泊站等,在特定的AGV与地面控制器之间提供通信。一般来说,这种通信是通过感应或光学的方法来实现的。


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