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自動導引運輸車AGV的控制系統設計
2017-07-25 16:38:28  來源:  人參與
AGV控制系統需解決的主要問題做了恰當的比喻:Where am I?(我在哪里?)Where am I going?(我要去哪里?)How can I get there?(我怎么去?),這三個問題歸納起來分別就是AGV控制系統中的三個主要技術:

  1、AGV的導航(Navigation)

  2、AGV的路徑規劃(Layout designing)

  3、AGV的導引控制(Guidance)。

  AGV控制系統分為地面(上位)控制系統、車載(單機)控制系統及導航/導引系統,其中,地面控制系統指AGV系統的固定設備,主要負責任務分配,車輛調度,路徑(線)管理,交通管理,自動充電等功能;車載控制系統在收到上位系統的指令后,負責AGV的導航計算,導引實現,車輛行走,裝卸操作等功能;導航/導引系統為AGV單機提供系統絕對或相對位置及航向。

  AGV系統是一套復雜的控制系統,加之不同項目對系統的要求不同,更增加了系統的復雜性,因此,系統在軟件配置上設計了一套支持AGV項目從路徑規劃、流程設計、系統仿真(Simulation)到項目實施全過程的解決方案。上位系統提供了可靈活定義AGV系統流程的工具,可根據用戶的實際需求來規劃或修改路徑或系統流程;而上位系統也提供了可供用戶定義不同AGV功能的編程語言。

  AGV地面控制系統(Stationary System)即AGV上位控制系統,是AGV系統的核心。其主要功能是對AGV系統(AGVS)中的多臺AGV單機進行任務分配,車輛管理,交通管理,通訊管理等。

  任務管理:任務管理類似計算機操作系統的進程管理,它提供對AGV地面控制程序的解釋執行環境;提供根據任務優先級和啟動時間的調度運行;提供對任務的各種操作如啟動、停止、取消等。

  車輛管理:車輛管理是AGV管理的核心模塊,它根據物料搬運任務的請求,分配調度AGV執行任務,根據AGV行走時間最短原則,計算AGV的最短行走路徑,并控制指揮AGV的行走過程,及時下達裝卸貨和充電命令。

  交通管理:根據AGV的物理尺寸大小、運行狀態和路徑狀況,提供AGV互相自動避讓的措施,同時避免車輛互相等待的死鎖方法和出現死鎖的解除方法;AGV的交通管理主要有行走段分配和死鎖報告功能。

  通訊管理:通信管理提供AGV地面控制系統與AGV單機、地面監控系統、地面IO設備、車輛仿真系統及上位計算機的通信功能。和AGV間的通信使用無線電通信方式,需要建立一個無線網絡,AGV只和地面系統進行雙向通信,AGV間不進行通信,地面控制系統采用輪詢方式和多臺AGV通信;與地面監控系統、車輛仿真系統、上位計算機的通信使用TCP/IP通信。

  車輛驅動:小車驅動負責AGV狀態的采集,并向交通管理發出行走段的允許請求,同時把確認段下發AGV。

  2、車載控制系統

  AGV車載控制系統(Onboard System),即AGV單機控制系統,在收到上位系統的指令后,負責AGV單機的導航,導引,路徑選擇,車輛驅動,裝卸操作等功能。

  導航(Navigation):AGV單機通過自身裝備的導航器件測量并計算出所在全局坐標中的位置和航向。

  導引(Guidance):AGV單機根據現在的位置、航向及預先設定的理論軌跡來計算下個周期的速度值和轉向角度值即,AGV運動的命令值。

  路徑選擇(Searching):AGV單機根據上位系統的指令,通過計算,預先選擇即將運行的路徑,并將結果報送上位控制系統,能否運行由上位系統根據其它AGV所在的位置統一調配。AGV單機行走的路徑是根據實際工作條件設計的,它有若干“段”(Segment)組成。每一“段”都指明了該段的起始點、終止點,以及AGV在該段的行駛速度和轉向等信息。

  車輛驅動(Driving):AGV單機根據導引(Guidance)的計算結果和路徑選擇信息,通過伺服器件控制車輛運行

  3、導航導引方式

  AGV之所以能夠實現無人駕駛,導航和導引對其起到了至關重要的作用,隨著技術的發展,目前能夠用于AGV的導航/導引技術主要有以下幾種:電磁導引、光學導引、激光導引、視覺導航、慣性導航等方式。

  直接坐標 (Cartesian Guidance)

  用定位塊將AGV的行駛區域分成若干坐標小區域,通過對小區域的計數實現導引,一般有光電式(將坐標小區域以兩種顏色劃分,通過光電器件計數)和電磁式(將坐標小區域以金屬塊或磁塊劃分,通過電磁感應器件計數)兩種形式,其優點是可以實現路徑的修改,導引的可靠性好,對環境無特別要求。缺點是地面測量安裝復雜,工作量大,導引精度和定位精度較低,且無法滿足復雜路徑的要求。

  電磁導引(Wire Guidance)

  電磁導引是較為傳統的導引方式之一,目前仍被許多系統采用,它是在AGV的行駛路徑上埋設金屬線,并在金屬線加載導引頻率,通過對導引頻率的識別來實現AGV的導引。其主要優點是引線隱蔽,不易污染和破損,導引原理簡單而可靠,便于控制和通訊,對聲光無干擾,制造成本較低。缺點是路徑難以更改擴展,對復雜路徑的局限性大。

  磁帶導引 (Magnetic Tape Guidance)

  與電磁導引相近,用在路面上貼磁帶替代在地面下埋設金屬線,通過磁感應信號實現導引,其靈活性比較好,改變或擴充路徑較容易,磁帶鋪設簡單易行,但此導引方式易受環路周圍金屬物質的干擾,磁帶易受機械損傷,因此導引的可靠性受外界影響較大。

  光學導引(Optical Guidance)

  在AGV的行駛路徑上涂漆或粘貼色帶,通過對攝像機采入的色帶圖象信號進行簡單處理而實現導引,其靈活性比較好,地面路線設置簡單易行,但對色帶的污染和機械磨損十分敏感,對環境要求過高,導引可靠性較差,精度較低。

  激光導航(Laser Navigation)

  激光導引是在AGV行駛路徑的周圍安裝位置精確的激光反射板,AGV通過激光掃描器發射激光束,同時采集由反射板反射的激光束,來確定其當前的位置和航向,并通過連續的三角幾何運算來實現AGV的導引。

  此項技術最大的優點是,AGV定位精確;地面無需其他定位設施;行駛路徑可靈活多變,能夠適合多種現場環境,它是目前國外許多AGV生產廠家優先采用的先進導引方式;缺點是制造成本高,對環境要求較相對苛刻(外界光線,地面要求,能見度要求等),不適合室外(尤其是易受雨、雪、霧的影響)。

  慣性導航 (Inertial Navigation)

  慣性導航是在AGV上安裝陀螺儀,在行駛區域的地面上安裝定位塊,AGV可通過對陀螺儀偏差信號

  此項技術在軍方較早運用,其主要優點是技術先進,較之有線導引,地面處理工作量小,路徑靈活性強。其缺點是制造成本較高,導引的精度和可靠性與陀螺儀的制造精度及其后續信號處理密切相關。

  視覺導航 (Visual Navigation )

  視覺導航是采用CCD 攝像頭拍攝路面圖像,運用機器視覺等相關技術識別路徑,實現自動導航的一種新興導航方法。

  GPS導航 (Global Position System)

  通過衛星對非固定路面系統中的控制對象進行跟蹤和制導,目前此項技術還在發展和完善,通常用于室外遠距離的跟蹤和制導,其精度取決于衛星在空中的固定精度和數量,以及控制對象周圍環境等因素。

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