AGV小车的控制系统的设计与开发_王智勇

2007年第4期桂林航天工业高等专科学校学报

JOURNALOFGUILINCOLLEGEOFAEROSPACETECHNOLOGY 机电技术应用

(总第48期)

AGV小车的控制系统的设计与开发

王智勇1* 姬婧媛2

1 中国航天四院401所 陕西 西安 7100252 西北大学生命科学院 陕西 西安 710069

摘 要 论文介绍了一种自主研发的自动导引小车(AutomaticGuidedVehicle),小车采用了当前国外工业控制普遍使

用的PIC控制器,同时使用低成本的红外导引装置,且各模块的通信采用了高传输速率的CAN_BUS,这样使得小车在不提高成本的情况下,速度可以行驶在很高的速率,为提高无人操作车间的效率奠定了很好的基础。论文主要阐述自动导引小车系统主要功能模块的设计思路和实现方法。

关键词 AGV;硬件电路;功能模块;PIC

中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1009 1033(2007)04 0044 03

AGV是自动导引运输车(AutomatedGuidedVehicle)的英文缩写。是指装备有电磁或光学等自动导引装置,能够沿规定的导引路径行驶,具有安全保护以及各种移载功能的运输小车。AGV是轮式移动机器人(WMR一一WheelMobileRobot)的特殊应用。

AGV是一种以电池为动力,装有非接触导向装置的无人驾驶自动化车辆。它的主要功能表现为能在计算机监控下,按路径规划和作业要求,使小车较为精确地行走并停靠到指定地点,完成一系列作业功能。

本项目选择dSPACE作为AGV控制系统的开发平台。dSPACE数字控制系统是由德国dSPACE公司开发的一套基于MATLAB/Simulink的控制系统在实时环境下的开发及测试工作平台。应用dSPACE进行系统开发,可以使控制策略的实现相当简单且易于实现,使研究人员思考的焦点为控制策略本身而不是控制方法的软件编程。

嵌入式系统开发中选用PIC18F4580做为CPU,完成检测信号处理、控制策略实现、输入输出接口控制等功能。它自带的CAN接口功能方便实现各模块间的数据传输,也有利于项目的进一步开发。

声光报警:根据故障信息,发出相应的声光报警信息。各个模块之间通过CAN总线进行实时通信,主机模块是整个系统的决策中心,各个模块本身具有独立完成各自功能的能力。

2 AGV控制系统的导引方法

采用光学检测技术引导AGV的运动方向,在运行路径上铺设一条具有稳定反光率的色带(一般为黑带或白带),车上设有光源发射和接收反射光的光电传感器,通过对检测到的信号与给定的信号(不同的路面,该值不同

)进行比较,由于我们模拟的是车间的水泥路面

,其反射效果和黑带相近,比较效果不明显,故我们实验采用了和水泥地面有加大反射差的白带。这样就很容易就能得到光电传感器的值,据此我们来判断车辆运行方向,引导示意图如图1:

1 AGV控制系统的结构组成

AGV主要组成部分及功能如下:

电源管理:向工作过程提供5V和24V电源,及电源检测。主机模块:系统功能协调与集中处理。光电检测:小车运动方向检测与导引。

电机控制:根据光电检测信息控制电机的动作。障碍检测:小车运动方向障碍物检测。

故障判断:系统故障集中处理判断,提供故障信息。

图1 引导示意图

图2导向路径识别图

*

作者简介:王智勇(1981 ),男,陕西神木县人,中国航天四院401所助理工程师,研究方向:测试技术。

2007年第4期桂林航天工业高等专科学校学报

JOURNALOFGUILINCOLLEGEOFAEROSPACETECHNOLOGY 王智勇 姬婧媛/文

(总第48期)

AGV的运行速度主要取决于对导向路径识别的实时性,为简化识别算法,可采用5只光电传感器来判断行驶的路线,如图2。正常情况下,2#、3#、4#光电传感器能检测到强反射,1#、5#放射光低于阀值。一旦2#或4#偏离设定路线,同侧转轮电机转速向增量方向调节,直到相应1#、5#传感器用于转向判断,当其输出大于阀值,说明已进入转向路口,同侧电机减速,直到相应传感器输出小于阀值。该方法简单易行,要求电机转速控制准确,最好采用直流无刷电机。

控制与输出反馈或状态反馈控制等控制技术相结合,往往也能够得到更好的控制效果。

从自动导引小车所经过的路径或者说是轨迹来说,应用不同的算法会使自动导引小车走不同的路线,这样,自动导引小车到达目标所经过的时间是不同的,其路径跟踪的件下,花时间更少和用能源更少是比较合算的。

光电传感器再次检测到强反射,此时电机转速回到初始值。精度也有差别。从经济上来说,在满足控制精度要求的条

4 基于DSPACE的模糊控制器的设计

设控制系统的输入为单位阶跃信号r,输出为y,误差为e,误差导数为de;被控对象的输入为u;模糊控制器与e、de对应的输出分别为e1、de1,u1、e1、de1、e2、de2、u1的论域取[-6,+6],语言值取5个,分别为 负大NB , 负小NS , 零ZR , 正小PS 和 正大PB 。NB、NS、PS、PB取梯形隶属度函数,ZR取三角形隶属度函,e1、de1、e2、de2、u1的隶属度函数如图3所示;由于系统是单输入两输出,采用的模糊控制规则为:

IF<EisPB>THEN<de1isPBandde2isNS>

。模糊控制规则如表1所示。

表1 模糊控制器所采用的模糊控制规则

de1/de2

e1/e2NBNSZRPSPB

NBPBPBPSPSZR

NSPBPSPSZRZR

ZRPSPSZRZRNS

PSPSZRZRNSNS

PBZRZRNSNSNB

3 AGV控制系统的数学模型及算法

AGV控制系统的数学模型主要有运动学模型和动力学模型。…… 此处隐藏：2602字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……