AGV控制设计方案

谢俊辉

摘要：AGV是以实现货物无人搬为目的，随着叉车和机器人技术的诞生和不断发展一类综合性研究领域。AGV作为现代化自动物流的核心技术，提高其自动化和智能化程度是该行业的迫切需求。因此，国内外都致力于研究导引小车的优化并以此作为提高竞争力的重要举措。本文主要就AGV控制设计进行了相关探析，供大家参考。

关键词：AGV；控制设计；方案

引言：

AGV是现代科技的产物，与传统的运输车相比区别在于AGV的智能化这一显著特征。车载微机的性能日益强大，使得导引小车能够通过无线的方式接收到控制中心的调度指令完成包括启停、避障、导引、自动行驶、路径规划、自动充电等功能。

1.关于AGV控制概述

随着导引小车运用领域越来越广泛，AGV制造商越来越多，导引小车的相关技术也呈现跳跃性发展。目前，在AGV大规模的普及使用下，其传统的导引技术已经相对成熟，尤其是较早出现自动导引小车的日本、美国、德国等国家。

目前，我国很多制造业尤其是零部件加工行业是典型的原材料离散型，劳动力聚集型，其突出特点是工厂效率极其依赖工人数量和工作效率，但是如此高成本的劳动力输出并不是直接作用于生产中。可以说，自动化仓储系统的实现是十分必要，提高仓储系统的自动化既能解放劳动力和厂房空间同时也能进一步促进生产力的提高。在此大背景下，自动化导引车辆作为自动化仓储系统的重要搬运设备应运而生，并且在短短数十年间得到极大的发展。

自动导引车辆（AGV）是由美国物料搬运协会（AmericaMaterialHandingAssociation）定义的AutomatedGuidedVehicle的简称。自动导引车辆即指以电池驱动，配备相应的自动导引装置及传感设备，通过搭载微机处理器处理沿规定路径行驶，能够在自动驾驶的情况下稳定，准确的进行移载的运输车。AGV属于轮式移动机器人（WMR-WheeledMobileRobot）的范畴。

相较于传统的人工或半自动化运输方式，近年来AGV以其特有优势正迅速抢占市场，社会各界也加大了对智能AGV的研究，己成为热点研究课题。随着研究的深入和涉及技术的扩展，AGV不仅仅实际运用在仓储业和制造业，其他行业例如：邮电部门、烟草行业、港口搬运等也都是AGV的潜在市场。AGV作为柔性运输的重要工具和自动化生产的典型代表，早在数年前就己经被列入我国高新技术计划章程，重视程度不言而喻。

2.系统构成

AGV有以下几个主要模块构成：机械系统、动力系统、控制系统、报警系统和下属相应单元等组成。如图1所示。

图2功能模块

1）机械系统：主要是一些机械结构方面，包括车体、驱动轮、运载装置、安全装置等硬件设备。是整个AGV系统运行的载体，尤其要指出的是在车轮与车体连接出装有机械弹簧，保证了车轮与地面的充分接触，一定程度上防止了打滑的发生。

2）动力系统-驱动单元：驱动单元也就是我们常说的驱动模块。驱动模块拥有使AGV刹车，减速，加速，转弯，还有慢启动等功能。这里的驱动模块连接计算机或者各种主控芯片管脚。依靠计算机或者主控芯片发出PWM波，或者D/A转换过来的模拟量来控制驱动模块实现上面的控制AGV的功能。一般PWM波或者D/A转化过来的模拟量驱动。驱动模块运作时都能够实现AGV运动从速度为Om/s增加到最大的速度值，起到了很好的控制效果。这驱动模块一般自己还带有过压，过流，低压，低流和短路保护的功能。在特殊的情况下，驱动模块上还安装了急停按钮能够使AGV小车瞬间停下来。

3）控制系统主控单元：事实上，AGV的核心部分就是主控系统，也就是常见的主控板。硬件上以前使用PLC作为AGV的主控器较多，现在一般采用ARM或者高级单片机作为主控制器。导引单元：导引单元所起的作用就是保证小车沿着一定的预定路径行驶。

通讯单元：实现控制台与AGV的信息交换。一般采用局部网络技术来完成通信，尤其是采用无线通信技术，真正实现了控制台与AGV点对点控制。

4）报警系统由于AGV车体是铁质结构且重量重，运行起来惯性大，处于安全考虑。不管是对人还是对AGV本身都要有一个相关的保护屏障。在运行的过程中，一般采用软硬件相结合的办法来保证车体安全。一般的AGV都安装有避障，警报，以及急停等装置。

2.4主要功能

2.4.1自动导引与行驶停车

AGV系统可自主识别当前与导引磁条位置关系确定行驶方向、偏转角度、行驶速度等，实现自动导引。AGV系统具有检测和避开障碍物功能，当检测到障碍物时可以自动选择改变路径或停靠。

2.4.2自动装载

具有自动装卸或移载货物的能力，AGV具备精确站点的能力，并停于指定位置，通过动作完成装卸或移载货物。

2.4.3自动控制与安全防护

除了自动导引外，为了确保AGV小车的功能正常，还需具备自动避障、自动充电、自动判定工位、具备多级安全防护功能。自动充电是指AGV判断电池电量为低，能自动运行至充电站完成充电动作；自动判定工位是指能够读取工位信息并完成相应的动作；多级安全防护功能是包括机械缓冲挡板、安全报警、安全避障系统等，机械防碰撞挡板属于AGV系统的三级安全防护措施，安全避障系统具备是一级和二级安全防护，而安全报警装置是辅助声光报警的作用，当检测有障碍物或机械挡板发生形变时会进行报警，以提醒周围的人员，以保护人员在车辆行驶和装卸过程中的安全。

2.5选定控制方案

本课题主要的研究内容是导引小车的路径跟踪控制的研究，因此，对AGV速度没有过高要求，只要求安全、稳定，准确，在此基础上要求较强的转向能力和一定的载重能力。

基于以上要求选定AGV结构为三轮式，差速驱动的转向能力较优秀，因此选用差速式驱动控制。在车体后方对称位置安装驱动轮，前段选择可活动的万向轮做随动和支撑用。这种方法在实际过程中灵活好用，转弯半径少。

通过传感技术定位小车当前坐标。本文在导引小车两驱动轮的轮轴上分别安装两个旋转编码器，通过计算可以将旋转编码器信息转化为两驱动轮的转速传达给控制器，如图3所示。在控制器的设计和算法上采用模糊理论技术解决控制对象不确定性、复杂性、非线性性。

3.总结语

AGV的研究是一项复杂而且系统性很强的工作，原理简单但涉及到很多学科领域，比如车体力学，传感器技术，系统建模，模糊控制，软件设计等等。随着AGV的应用越来越广泛，保证其控制的可靠性、准确性和实时性是很重要的也是很必要的。

参考文献

[1]刘朋飞.智能AGV视觉导航控制系统研究及应用[D].广州：华南理工大学，2013.

[2]卢冬华.计算机控制自动导向小车（AGV）的设计与实现[D].上海：上海交通大学，2006.

[3]白小波，王宏玉，卞瑰石，等.AGVS系统技术应用[J].物流技术，2000（02）：9-12.