摘要：本文采用三菱公司FX2N系列PLC作為車載控制器，同時(shí)配合研華工控機(jī)和MCGS上位組態(tài)組成AGV控制系統(tǒng)。車載控制系統(tǒng)采用PLC編程的方式對(duì)車體驅(qū)動(dòng)電機(jī)部分進(jìn)行控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)AGV單車的運(yùn)動(dòng)控制。AGV的主要功能表現(xiàn)為能在計(jì)算機(jī)監(jiān)控下，按路徑規(guī)劃和作業(yè)要求，使小車較為精確地行走并?？康街付ǖ攸c(diǎn)，完成一系列移載、搬運(yùn)等作業(yè)功能。通過(guò)系統(tǒng)整體調(diào)試及測(cè)試數(shù)據(jù)分析表明，該設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)導(dǎo)航機(jī)器人小車的控制，滿足系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性、快速性的控制要求。

關(guān)鍵字：AGV；控制；路徑規(guī)劃；搬運(yùn)

TheimplementationofAGVcontrolsystemisdesignedonthebasisofPLC

1引言

自動(dòng)導(dǎo)航機(jī)器人小車（AutomaticGuidedVehicle—AGV）是指裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)航裝置，能夠沿指定的導(dǎo)航路徑行駛，具有安全保護(hù)以及各種運(yùn)載功能的機(jī)器人小車，是自動(dòng)化物流系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一。隨著物流技術(shù)的廣泛應(yīng)用，AGV以其靈活性、高效性和柔性在車間物流系統(tǒng)中成為實(shí)現(xiàn)敏捷物料處理的重要工具。

世界上第一臺(tái)AGV是美國(guó)Basrrett電子公司于20世紀(jì)50年代開(kāi)發(fā)成功的，它是一種牽引式小車系統(tǒng)。小車中有一個(gè)真空管組成的控制器，小車跟隨一條鋼絲索導(dǎo)引的路徑行駛。80年代初，芝加哥的Keebler分發(fā)中心從歐洲引進(jìn)直接由計(jì)算機(jī)控制的AGV。美國(guó)各公司在歐洲技術(shù)的基礎(chǔ)上將AGV發(fā)展到更為先進(jìn)的水平，采用更先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(可聯(lián)網(wǎng)于FMS或CIMS)，運(yùn)輸量更大，移載時(shí)問(wèn)更短，具有在線充電功能，以便24小時(shí)運(yùn)行，小車和控制器可靠性更高。

本文采用三菱公司FX2N系列PLC作為車載控制器，同時(shí)配合研華工控機(jī)和MCGS上位組態(tài)組成AGV控制系統(tǒng)。車載控制系統(tǒng)采用PLC編程的方式對(duì)車體驅(qū)動(dòng)電機(jī)部分進(jìn)行控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)AGV單車的運(yùn)動(dòng)控制。AGV的主要功能表現(xiàn)為能在計(jì)算機(jī)監(jiān)控下，按路徑規(guī)劃和作業(yè)要求，使小車較為精確地行走并?？康街付ǖ攸c(diǎn)，完成一系列移載、搬運(yùn)等作業(yè)功能。

2AGV本體及其特性

2.1AGV本體

AGV車體是輸送的最終執(zhí)行設(shè)備，它的機(jī)械和電氣性能直接關(guān)系到AGV輸送系統(tǒng)的最終性能；同時(shí)性能優(yōu)秀的AGV車體將最大限度的降低日常維護(hù)的工作量、增加AGV系統(tǒng)的使用壽命。所以本文選擇富士康本體車、日產(chǎn)驅(qū)動(dòng)設(shè)備作為車體集成單元。

車體驅(qū)動(dòng)裝置采用明電舍單驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)裝置，依據(jù)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的速度差進(jìn)行驅(qū)動(dòng)行走、轉(zhuǎn)彎。若兩輪同一速度行走的話可以直線前進(jìn)，若兩輪有速度差的話才可以邊驅(qū)動(dòng)邊轉(zhuǎn)彎。小車行走是根據(jù)驅(qū)動(dòng)單元中安裝的導(dǎo)航傳感器檢測(cè)到N極磁條（寬30mm）后，順其行走。磁條設(shè)置在兩輪驅(qū)動(dòng)輪中間的通道。

2.2AGV的特性

a)2.2.1自動(dòng)性：AGV以輪式移動(dòng)為特征，較之步行，爬行或其它非輪式的移動(dòng)機(jī)器人具有行動(dòng)快捷、工作效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可控性強(qiáng)、安全性好等優(yōu)勢(shì)。

b)2.2.2柔性：與物料輸送中常用的堆垛機(jī)、單軌小車、傳送帶、傳送鏈、傳送軌道和固定式機(jī)器人相比，AGV的活動(dòng)區(qū)域無(wú)需鋪設(shè)軌道、支座架等固定裝置，不受場(chǎng)地、道路和空間的限制。因此，在自動(dòng)化物流系統(tǒng)中，最能充分地體現(xiàn)其自動(dòng)性和柔性，實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)、靈活的無(wú)人化生產(chǎn)。

c)2.2.3先進(jìn)性：AGV集光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)為一體，綜合了當(dāng)今科技領(lǐng)域先進(jìn)的理論和應(yīng)用技術(shù)。導(dǎo)引能力強(qiáng)，定位精度高，自動(dòng)駕駛作業(yè)性能好。

d)2.2.3靈活性：能夠很快捷地與各類RS/AS入/出口、生產(chǎn)線、裝配線、輸送線、站臺(tái)、貨架、作業(yè)點(diǎn)等有機(jī)結(jié)合。能最大限度地縮短物流周轉(zhuǎn)周期，降低物料的周轉(zhuǎn)消耗，實(shí)現(xiàn)來(lái)料與加工、物流與生產(chǎn)、成品與銷售等的柔性銜接，最大限度地提高生產(chǎn)系統(tǒng)的工作效率。

e)2.2.4可靠性：在AGV系統(tǒng)的工作過(guò)程中，每一步都是一系列數(shù)據(jù)和信息的通訊交換過(guò)程，后臺(tái)有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)支持，消除了人為因素，充分地保證AGV作業(yè)過(guò)程的可靠性，完成任務(wù)的及時(shí)性，數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性。

f)2.2.5安全性：AGV作為無(wú)人駕駛的自動(dòng)車輛，具有較完善的安全防護(hù)能力。有智能化的交通管理，安全避碰，多級(jí)警示，緊急制動(dòng)，故障報(bào)告等。能夠在許多不適宜人類工作的場(chǎng)合發(fā)揮獨(dú)特作用。

3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1控制系統(tǒng)

AGV控制系統(tǒng)分為AGV地面控制系統(tǒng)、AGV車載控制系統(tǒng)以及導(dǎo)引系統(tǒng)。其中，地面控制系統(tǒng)指AGV系統(tǒng)的固定設(shè)備，主要負(fù)責(zé)任務(wù)分配，車輛調(diào)度，交通管理，自動(dòng)充電等功能；車載控制系統(tǒng)在收到上位系統(tǒng)的指令后，負(fù)責(zé)AGV導(dǎo)引實(shí)現(xiàn)，車輛行走等功能；導(dǎo)引系統(tǒng)為AGV單機(jī)提供系統(tǒng)絕對(duì)或相對(duì)位置及航向。

AGV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1：

采用三菱公司FX2N系列PLC作為車載控制器，同時(shí)配合研華工控機(jī)和MCGS上位組態(tài)組成AGV控制系統(tǒng)。車載控制系統(tǒng)采用PLC編程的方式對(duì)車體驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)AGV單車的運(yùn)動(dòng)控制。

下位PLC的端子連接圖如圖2

PLC輸入輸出端子分配如圖3

3.2驅(qū)動(dòng)裝置

采用明電舍單驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)裝置，依據(jù)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的速度差進(jìn)行驅(qū)動(dòng)行走、轉(zhuǎn)彎。若兩輪同一速度行走的話可以直線前進(jìn)，若兩輪有速度差的話才可以邊驅(qū)動(dòng)邊轉(zhuǎn)彎。小車行走是根據(jù)驅(qū)動(dòng)單元中安裝的導(dǎo)航傳感器檢測(cè)到N極磁條（寬30mm）后，順其行走。磁條設(shè)置在兩輪驅(qū)動(dòng)輪中間的通道。

單驅(qū)動(dòng)型臺(tái)車配置如圖4：

單驅(qū)動(dòng)型發(fā)生的最大牽引力：

最高速度30m/分規(guī)格單元：300N（31kg）

最高速度60m/分規(guī)格單元：150N（15kg）

（車輪和路面的摩擦系數(shù)為0.6以上）

控制電路板由CPU板、驅(qū)動(dòng)裝置板、I/O板以及穩(wěn)定化電源組成?？刂齐娐钒宸譃镸SC，EIO，BIO，PAE。布局和功能如圖5：

4導(dǎo)航裝置

常見(jiàn)的導(dǎo)航方式有電磁導(dǎo)航、磁帶導(dǎo)航、激光導(dǎo)航。其中電磁導(dǎo)航是較為傳統(tǒng)的導(dǎo)航方式之一，目前仍被許多系統(tǒng)采用，它是在AGV的行駛路徑上埋設(shè)金屬線，并在金屬線上加載導(dǎo)引頻率，通過(guò)對(duì)導(dǎo)引頻率的識(shí)別來(lái)實(shí)現(xiàn)AGV的導(dǎo)航。具有導(dǎo)引線隱蔽，不易污染和破損，導(dǎo)引原理簡(jiǎn)單而可靠，便于控制通訊，對(duì)聲光無(wú)干擾等有點(diǎn)，但是改變或擴(kuò)充路徑較麻煩，導(dǎo)引線鋪設(shè)相對(duì)困難。

磁帶導(dǎo)航技術(shù)與電磁導(dǎo)航相近，不同之處在于采用了在路面上貼磁帶替代在地面下埋設(shè)金屬線，通過(guò)磁帶感應(yīng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引。具有AGV定位精確，磁帶導(dǎo)航靈活性比較好，改變或擴(kuò)充路徑較容易，磁帶鋪設(shè)也相對(duì)簡(jiǎn)單，導(dǎo)引原理簡(jiǎn)單而可靠，便于控制通訊，對(duì)聲光無(wú)干擾等有點(diǎn)。

激光導(dǎo)航是在AGV行駛路徑的周圍安裝位置精確的反射板，AGV通過(guò)發(fā)射激光束，同時(shí)采集由反射板反射的激光束，來(lái)確定其當(dāng)前的位置和方向。具有AGV定位精確，地面無(wú)需其它定位設(shè)施；行駛路徑可靈活改變等有點(diǎn)。但是由于控制復(fù)雜及激光技術(shù)昂貴投資成本較高，反射片與AGV激光傳感器之間不能有障礙物，不適合空中有物流影響的場(chǎng)合。

綜合以上各種導(dǎo)航方式的優(yōu)缺點(diǎn)，本文選擇磁帶導(dǎo)航。采用磁帶導(dǎo)引（MagneticTapeGuidance）。在路面上貼磁條，通過(guò)磁感應(yīng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引，其靈活性比較好，改變或擴(kuò)充路徑較容易，磁帶鋪設(shè)簡(jiǎn)單易行。

磁條分為導(dǎo)航磁條和命令磁條。導(dǎo)航磁條用來(lái)引導(dǎo)AGV車輛行走，命令磁條通過(guò)不同的S/N組合來(lái)實(shí)現(xiàn)起停，速度，分歧等控制。

地標(biāo)規(guī)格及貼法如圖6

5MCGS上位機(jī)設(shè)計(jì)

由于小車的位置不固定，通過(guò)無(wú)線通訊的方式來(lái)遠(yuǎn)程控制小車，上位機(jī)用MCGS組態(tài)軟件配合工控機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)控制畫面，并實(shí)現(xiàn)小車狀態(tài)監(jiān)視。MCGS組態(tài)軟件具有功能完善、操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)的突出特點(diǎn)。通過(guò)與其他相關(guān)的硬件設(shè)備結(jié)合，可以快速、方便的開(kāi)發(fā)各種用于現(xiàn)場(chǎng)采集、數(shù)據(jù)處理和控制的設(shè)備。

MCGS畫面如圖7：

6結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)導(dǎo)引車作為一種智能化的貨物搬運(yùn)工具，己經(jīng)漸漸的融入到工礦企業(yè)、倉(cāng)儲(chǔ)物流等行業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)輸當(dāng)中。隨著物流技術(shù)的廣泛應(yīng)用，AGV以其靈活性、高效性和柔性在車間物流系統(tǒng)中成為實(shí)現(xiàn)敏捷物料處理的重要工具。本文通過(guò)對(duì)自動(dòng)導(dǎo)引車控制系統(tǒng)性能的研究分析，完成了系統(tǒng)硬件及軟件的設(shè)計(jì)工作，將模塊化的設(shè)計(jì)思路引入到硬件開(kāi)發(fā)當(dāng)中，通過(guò)功能的不同對(duì)硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，并分別實(shí)現(xiàn)其具體電路的設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)中采用面向智能體的編程方法，使得系統(tǒng)的軟件具有很好的結(jié)構(gòu)性、層次性、可移植性，同時(shí)也簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)的難度，通過(guò)軟件的后期優(yōu)化，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的速度，降低了微控制器資源的占用率。