CN111413976A - 一种agv控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种AGV控制系统及控制方法，属于AGV技术领域。该AGV控制系统包括上位机，AGV小车以及AGV控制系统监控平台，AGV小车包括车载控制系统、车载传感器系统及执行装置；AGV控制方法包括控制AGV小车沿预定路线行驶、根据环境条件控制AGV小车行驶速度、面对障碍物做出合理的避让方式、根据上位机要求完成指定的任务、根据AGV小车反馈信息判定位置及根据供电单元反馈信息自行补充电量等内容。本发明提供的车载控制系统硬件由开发板和PLC组成，二者分工完成AGV小车的所有控制要求，在满足高可靠性的基础上可实现更多功能，智能化程度更高，模块化功能设计更有利于产品二次开发，同时成本较为低廉。
Description
技术领域：
本发明属于AGV控制技术领域，具体涉及一种AGV控制系统及控制方法。
背景技术：
随着工厂，仓储物流行业对于高速，高效的工作要求越来越高，传统人力工作无法满足这一要求并且成本越来越高，由此AGV(Automated Guided Vehicle)小车获得了广泛的应用。常见AGV小车常用PLC，开发板或者工控机控制，但是使用PLC做为控制器智能化程度不够高，扩展能力一般，能完成的任务有限，开发板的稳定性不够高，难以满足工厂所要求的高可靠性，工控机的成本较高，不利于缩减成本。
发明内容：
本发明针对现有技术存在的上述问题及不足，提供一种AGV控制系统及控制方法。本发明使用PLC和开发板联合工作的控制技术，二者分工合理，在满足AGV小车高可靠性的基础上可以实现更多的功能，智能化程度更高，本发明能够在控制成本的基础上实现AGV小车的高可靠性和高度智能化。
本发明提供的一种AGV控制系统及控制方法，要求其能够在导航磁条、RFID标签卡以及上位机的辅助下能够完成预定任务。本发明AGV控制系统包括上位机、AGV小车及AGV控制系统监控平台；所述AGV小车包括车载控制系统、车载传感器系统、供电单元及执行装置；所述上位机、所述AGV小车及所述AGV控制系统监控平台基于ZigBee技术进行无线通讯。
所述AGV小车为差速驱动六轮AGV，采用中置两驱动轮辅以四万向轮的结构形式，能够实现原地旋转；灵活性以及载重能力较强。
所述车载控制系统包括PLC和开发板；所述PLC型号为西门子S7-200 SMART。所述开发板集成主控芯片(本发明基于成本及通用性原则采用STM32F407，符合标准的其他芯片亦可)，六轴加速度传感器，ZigBee无线通信模组，24V-5V降压模块以及红外无线通信模组。
所述车载传感器系统包括磁导航传感器、站点传感器及超声波测距模块；所述磁导航传感器负责感应所述AGV小车相对于导航磁条位置并将四位开关量信号传递至所述PLC，所述站点传感器负责接收RFID标签信息并反馈至所述开发板，所述超声波测距模块负责感应障碍物距离并传递信息至所述开发板，由所述开发板计算障碍物距离及角度信息。
所述PLC负责接收所述磁导航传感器的四位开关量信号用于控制所述AGV小车沿预定路线行走，所述开发板负责接收所述站点传感器信号，与所述上位机通讯，接收供电单元电量信息反馈，确定所述AGV小车位置，判定障碍物方位及避障方式。
所述执行装置为两驱动轮，采用脉冲方式进行控制。
为保证所述AGV系统运行的可靠性，所述AGV系统设置有AGV控制系统监控平台。所述AGV控制系统监控平台基于LabView软件设计，可对所有运行AGV小车进行监控，监控数据包括各AGV小车执行任务编码，各AGV小车残余电量显示，各AGV小车运行速度，各AGV小车位置情况以及各AGV小车任务执行状态。
本发明同时提供一种AGV小车控制系统的控制方法，该控制方法包括控制所述AGV小车沿预定路线行驶、根据环境条件控制所述AGV小车行驶速度、面对障碍物做出合理避让方式、根据上位机要求完成指定任务、根据所述AGV小车反馈信息判定位置及根据所述供电单元反馈信息自行补充电量。
所述控制所述AGV小车沿预定路线行驶的具体步骤包括所述磁导航传感器确定导航磁条相对于自身位置并以4位开关量的方式反馈至所述PLC，所述PLC根据所述磁导航传感器反馈的4位开关量相对于总的8位开关量位置决定所述AGV小车行驶方向，并以控制发送脉冲的数量以及频率的方式控制所述执行装置以两边差速的方式按照预定方向运动。
所述根据环境条件控制AGV小车行驶速度的具体步骤包括：行驶环境改变(如区域内障碍物较多，地面环境潮湿)或者行驶方向改变(由直线行驶变成转弯行驶)即将发生处设置RFID标签卡，所述站点传感器读取RFID标签卡信息之后，反馈至所述开发板，所述开发板根据反馈信息判定AGV小车的速度状态(加速或减速)，所述开发板通过数据接口(本发明采用8位开关量组合传递信号)发送行驶信息至所述PLC，所述PLC根据所述开发板指令以控制发送脉冲的数量以及频率的方式控制所述执行装置按照指定状态运动。。
所述面对障碍物做出合理避让方式的具体步骤包括位于所述AGV小车头部的3个所述超声波测距模块将各自距离障碍物距离信息反馈至所述开发板，所述开发板能够根据所述超声波测距模块反馈的距离信息按照预先设定的函数计算得出障碍物距离所述AGV小车的实际距离及角度信息，根据计算结果得出应当停车、左拐避让或右拐避让的指令，所述开发板将具体行驶信息传递至所述PLC，所述PLC根据所述开发板指令以控制发送脉冲的数量以及频率的方式控制所述执行装置实现停车规避障碍或转向绕开障碍的行驶动作。
所述根据上位机要求完成指定任务的具体步骤包括所述上位机分配任务给所述AGV小车，任务信息通过Zigbee无线通信模块传递至所述开发板，所述开发板根据接收信息生成行驶路线，在AGV小车行驶至导航磁条交界点时，所述开发板发送行驶方向给所述PLC，所述PLC根据所述开发板指令以控制发送脉冲的数量以及频率的方式控制所述执行装置完成具体方向选择，并最终到达预定工位。
所述根据所述AGV小车反馈信息判定位置的具体步骤包括所述AGV小车为恒速运动，除非碰到改变行驶状态的RFID标签卡，两标签卡之间的行驶速度为匀速运动，标签卡带有节点位置信息，所述开发板可根据公式S位置＝S总-vt计算出小车相对于节点的实时位置并通过Zigbee无线通信模块反馈至所述上位机，此外，若碰见障碍物，所述开发板会根据所述超声波测距模块反馈信息做出预定的行驶行为，若停车规避障碍，则计算位置信息的计时器停止，位置信息即为停止位置信息，若转向避让障碍，则根据恒速以及转向角度实时计算位置信息。
所述根据所述供电单元反馈信息自行补充电量的具体步骤包括所述供电单元以百分制的形式实时向所述开发板反馈参与电量信息，若残余电量小于等于10％时，所述开发板会生成去往充电位置的行驶路线，在AGV小车行驶至导航磁条交界点时，所述开发板发送行驶方向给所述PLC，所述PLC根据所述开发板指令以控制发送脉冲的数量以及频率的方式控制所述执行装置完成具体方向选择，并最终到达充电工位，此外，若此时所述开发板接收到所述上位机发来的任务要求，会拒绝任务并将拒绝信息反馈至所述上位机，所述上位机将重新进行任务调度。
本发明具有以下技术特点：
1、常见的GPS模块定位精度较低，AGV小车活动范围不大，对于定位精度要求较高，本发明所使用的站点标签计算法能够在节省GPS定位模块的基础上，实现更高精度的实时定位。
2、本发明中AGV系统采用基于ZigBee技术的无线通信系统，可实现低复杂度、低功耗及低成本的特性。
3、本发明使用PLC和开发板的组合控制，可以解决单独使用PLC做为控制器智能化程度不够高，扩展能力一般，能完成的任务有限；单独使用开发板的稳定性不够高，难以满足工厂所要求的高可靠性；工控机的成本较高，不利于缩减成本的问题。
4、由于磁导航传感器一直处于工作状态，并且PLC与磁导航传感器之间的简单数据交互就可以实现AGV小车的基础行驶，稳定性高，故采用PLC接收磁导航传感器信号并控制执行装置实现基础行驶。站点传感器信号感应，上位机任务接收以及自动充电功能并非一直进行，工作强度更低，可以使用智能化程度更高的开发板，PLC和开发板通过四位开关量进行信息交互，若开发板出现死机等问题，PLC可驱动AGV小车行驶到安全位置，确保工作环境的安全性。PLC和开发板的联合分工可以在具有高可靠性的基础上实现更低廉的成本以及更多元化任务的完成。
5、本发明中AGV小车控制系统成本低廉，具备完成多种任务的能力，内部预留有数据接口，具有较强的二次开发潜力，可根据客户要求实现深度定制化。
附图说明：
图1为本发明一种AGV控制系统的架构示意图；
图2为本发明控制系统中的AGV小车的本体结构示意图；
图3为本发明中的车载控制系统架构示意图；
图4为本发明中的车载控制系统的任务分配图；
图5为本发明中的车载传感器系统的架构示意图；
图6为本发明中的AGV控制系统监控平台界面示意图；
图7为本发明一种AGV控制系统流程图。
具体实施方式：
为更清楚阐述本发明，下面将根据附图做进一步说明。
如图1所示，本发明所述AGV控制系统包括上位机，AGV小车以及AGV控制系统监控平台，所述AGV小车包括车载控制系统、车载传感器系统，供电单元及执行装置。上位机，AGV小车以及AGV控制系统监控平台基于ZigBee技术的无线通信系统进行通讯。
如图2所示，所述AGV小车为差速驱动六轮AGV，采用中置两驱动轮辅以四万向轮的结构形式，可实现原地旋转，灵活性以及载重能力较强。
如图3所示，所述车载控制系统包括PLC和开发板；所述PLC型号为西门子S7-200SMART。所述开发板集成主控芯片(STM32F407)，六轴加速度传感器，ZigBee无线通信模组，24V-5V降压模块以及红外无线通信模组。
如图4所示，所述PLC负责接收所述磁导航传感器的4位开关量信号控制AGV小车沿预定路线行走，所述开发板负责接收所述站点传感器信号，与所述上位机通讯，接收所述供电单元电量信息反馈，确定所述AGV小车位置，判定障碍物方位及避障方式。
如图5所示，所述车载传感器系统包括磁导航传感器、站点传感器、超声波测距模块；所述磁导航传感器负责感应AGV小车相对于导航磁条位置并将8位开关量信号传递至PLC，所述站点传感器负责接收RFID标签信息并反馈至所述开发板，所述超声波测距模块负责感应障碍物距离并传递信息至所述开发板，由所述开发板计算障碍物距离及角度信息。
如图2所示，所述执行装置为两驱动轮，采用脉冲方式进行控制。
如图6所示，为保证所述AGV系统运行的可靠性，所述AGV系统设置有AGV控制系统监控平台。所述AGV控制系统监控平台基于LabView软件设计，可对所有运行所述AGV小车进行监控，监控数据包括所述AGV小车执行任务编码，所述AGV小车残余电量显示，所述AGV小车运行速度，所述AGV小车位置情况以及所述AGV小车任务执行状态。
所述AGV小车控制系统的控制方法包括控制所述AGV小车沿预定路线行驶、根据环境条件控制所述AGV小车行驶速度、面对障碍物做出合理的避让方式、根据所述上位机要求完成指定的任务、根据所述AGV小车反馈信息判定位置及根据所述供电单元反馈信息自行补充电量。
所述控制所述AGV小车沿预定路线行驶的具体步骤包括：所述磁导航传感器确定导航磁条相对于自身位置并以4位开关量的方式反馈至所述PLC，所述PLC根据所述磁导航传感器反馈的4位开关量相对于总的8位开关量位置决定AGV小车行驶方向，并以控制发送脉冲的数量以及频率的方式控制所述执行装置以两边差速的方式按照预定方向运动。
所述根据环境条件控制所述AGV小车行驶速度的具体步骤包括：行驶环境改变(如区域内障碍物较多，地面环境潮湿)或者行驶方向改变(由直线行驶变成转弯行驶)即将发生处设置RFID标签卡，所述站点传感器读取RFID标签卡信息之后，反馈至所述开发板，所述开发板根据反馈信息判定AGV小车的行驶状态(加减速)，所述开发板通过数据接口(本发明采用8位开关量组合传递信号)发送行驶信息至所述PLC，所述PLC根据所述开发板指令以控制发送脉冲的数量以及频率的方式控制所述执行装置按照指定状态运动。
所述根据障碍物情形做出合理的避让方式的具体步骤包括：位于所述AGV小车头部的3个所述超声波测距模块将各自距离障碍物信息反馈至所述开发板，所述开发板可根据3个所述超声波测距模块反馈的距离信息按照预先设定的函数计算得出障碍物距离AGV小车的实际距离及角度信息，根据计算结果得出应当停车，左拐避让以及右拐避让的指令，所述开发板将具体行驶信息传递至所述PLC，所述PLC根据所述开发板指令以控制发送脉冲的数量以及频率的方式控制所述执行装置实现停车规避障碍或者转向绕开障碍的行驶动作。
所述根据所述上位机要求完成指定的任务的具体步骤包括：所述上位机根据任务调度系统分配任务给所述AGV小车，任务信息通过Zigbee无线通信模块传递至所述开发板，所述开发板根据接收信息生成行驶路线，在所述AGV小车行驶至导航磁条交界点时，所述开发板发送行驶方向给所述PLC，所述PLC根据所述开发板指令以控制发送脉冲的数量以及频率的方式控制所述执行装置完成具体方向选择，并最终到达预定工位。
所述根据所述AGV小车反馈信息判定位置的具体步骤包括：所述AGV小车为恒速运动，除非碰到改变行驶状态的RFID标签卡，两标签卡之间的行驶速度为匀速运动，标签卡带有节点位置信息，所述开发板可根据公式S位置＝S总-vt计算出所述AGV小车相对于节点的实时位置并通过Zigbee无线通信模块反馈至所述上位机，此外，若碰见障碍物，所述开发板会根据所述超声波测距模块反馈信息做出预定的行驶行为，若停车规避障碍，则计算位置信息的计时器停止，位置信息即为停止位置信息，若转向避让障碍，则根据恒速以及转向角度实时计算位置信息。
所述根据所述供电单元反馈信息自行补充电量的具体步骤包括：所述供电单元以百分制的形式实时向所述开发板反馈参与电量信息，若残余电量小于等于10％时，所述开发板会生成去往充电位置的行驶路线，在所述AGV小车行驶至导航磁条交界点时，所述开发板发送行驶方向给所述PLC，所述PLC根据所述开发板指令以控制发送脉冲的数量以及频率的方式控制所述执行装置完成具体方向选择，并最终到达充电工位，此外，若此时所述开发板接收到所述上位机发来的任务要求，会拒绝任务并将拒绝信息反馈至所述上位机，所述上位机将重新进行任务调度。
如图7所示，使用一个具体的实施例来更好的说明本发明中所述AGV小车的工作流程，具体如下：
步骤S1：启动所述上位机程序，开启所述AGV控制系统监控平台，所述AGV小车上电。
步骤S2：所述AGV小车车载控制系统硬件初始化，若出现问题反馈故障码至所述AGV控制系统监控平台，所述故障AGV小车保留在待命区等待人工检修。
步骤S3：所述上位机发出任务需求，根据所述AGV小车编码决定所述AGV小车任务执行顺序，若所述AGV小车电量≦10％则拒绝执行任务并行驶至充电工位。
步骤S4：所述任务AGV小车开发板接收任务编码，规划出此台所述故障AGV小车的执行路径，通过8位开关量的形式发送行驶指令至PLC，PLC驱动所述任务AGV小车行驶至磁导航轨道。
步骤S5：PLC根据磁导航传感器信号沿磁条轨道行驶，磁条轨道关键位置(如转弯处，行驶条件改变处)设置有RFID标签，开发板接收RFID标签信息调整所述任务AGV小车行驶速度并计算所述任务AGV小车在工作地图中的位置。3个超声波测距模块时刻反馈所述任务AGV小车自身与障碍物距离，开发板计算障碍物的距离及角度并采取相应措施。
步骤S6：所述任务AGV小车到达指定工位并执行相应任务。
步骤S7：所述任务AGV小车完成任务，发送完成信号至所述上位机，返回待命区，等待下次任务分配。
Claims (2)
1.一种AGV控制系统，其特征在于该控制系统包括上位机、AGV小车及AGV控制系统监控平台；所述AGV小车包括车载控制系统、车载传感器系统、供电单元及执行装置；所述上位机、所述AGV小车及所述AGV控制系统监控平台基于ZigBee技术进行无线通讯；所述AGV小车为差速驱动六轮AGV，采用中置两驱动轮辅以四万向轮的结构形式，能够实现原地旋转；所述车载控制系统包括PLC和开发板，所述PLC型号为西门子S7-200 SMART，所述开发板集成主控芯片、六轴加速度传感器、ZigBee无线通信模组、24V-5V降压模块及红外无线通信模组；所述车载传感器系统包括磁导航传感器、站点传感器及超声波测距模块；所述磁导航传感器负责感应所述AGV小车相对于导航磁条位置并将四位开关量信号传递至所述PLC，所述站点传感器负责接收RFID标签信息并反馈至所述开发板，所述超声波测距模块负责感应障碍物距离并传递信息至所述开发板，由所述开发板计算障碍物距离及角度信息；所述PLC负责接收所述磁导航传感器的四位开关量信号用于控制所述AGV小车沿预定路线行走，所述开发板负责接收所述站点传感器信号，与所述上位机通讯，接收所述供电单元电量信息反馈，确定所述AGV小车位置，判定障碍物方位及避障方式；所述执行装置为两驱动轮，采用脉冲方式进行控制；所述AGV控制系统监控平台基于LabView软件设计，能够对所有运行的所述AGV小车进行监控，监控数据包括所述AGV小车执行任务编码，所述AGV小车残余电量显示，所述AGV小车运行速度，所述AGV小车位置情况以及所述AGV小车任务执行状态。
2.如权利要求1所述AGV小车控制系统的控制方法，其特征在于该控制方法包括控制所述AGV小车沿预定路线行驶、根据环境条件控制所述AGV小车行驶速度、面对障碍物做出合理避让方式、根据上位机要求完成指定任务、根据所述AGV小车反馈信息判定位置及根据所述供电单元反馈信息自行补充电量；所述控制所述AGV小车沿预定路线行驶的具体步骤包括所述磁导航传感器确定导航磁条相对于自身位置并以4位开关量的方式反馈至所述PLC，所述PLC根据所述磁导航传感器反馈的4位开关量相对于总的8位开关量位置决定所述AGV小车行驶方向，并以控制发送脉冲的数量以及频率的方式控制所述执行装置以两边差速的方式按照预定方向运动；所述根据环境条件控制所述AGV小车行驶速度的具体步骤包括行驶环境改变或行驶方向改变即将发生处设置RFID标签卡，所述站点传感器读取RFID标签卡信息之后，反馈至所述开发板，所述开发板根据反馈信息改变所述AGV小车的速度状态，所述开发板通过数据接口发送行驶信息至所述PLC，所述PLC根据所述开发板指令以控制发送脉冲的数量以及频率的方式控制所述执行装置按照指定状态运动；所述面对障碍物做出合理避让方式的具体步骤包括位于所述AGV小车头部的三个所述超声波测距模块将各自距离障碍物距离信息反馈至所述开发板，所述开发板能够根据所述超声波测距模块反馈的距离信息按照预先设定的函数计算得出障碍物距离所述AGV小车的实际距离及角度信息，根据计算结果得出应当停车、左拐避让或右拐避让的指令，所述开发板将具体行驶信息传递至所述PLC，所述PLC根据所述开发板指令以控制发送脉冲的数量以及频率的方式控制所述执行装置实现停车规避障碍或转向绕开障碍的行驶动作；所述根据所述上位机要求完成指定任务的具体步骤包括所述上位机分配任务给所述AGV小车，任务信息通过Zigbee无线通信模块传递至所述开发板，所述开发板根据接收信息生成行驶路线，在AGV小车行驶至导航磁条交界点时，所述开发板发送行驶方向给所述PLC，所述PLC根据所述开发板指令以控制发送脉冲的数量以及频率的方式控制所述执行装置完成具体方向选择，并最终到达预定工位；所述根据所述AGV小车反馈信息判定位置的具体步骤包括所述AGV小车为恒速运动，除非碰到改变行驶状态的RFID标签卡，两标签卡之间的行驶速度为匀速运动，标签卡带有节点位置信息，所述开发板可根据公式S位置＝S总-vt计算出小车相对于节点的实时位置并通过Zigbee无线通信模块反馈至所述上位机，此外，若碰见障碍物，所述开发板会根据所述超声波测距模块反馈信息做出预定的行驶行为，若停车规避障碍，则计算位置信息的计时器停止，位置信息即为停止位置信息，若转向避让障碍，则根据恒速以及转向角度实时计算位置信息；所述根据所述供电单元反馈信息自行补充电量的具体步骤包括所述供电单元以百分制的形式实时向所述开发板反馈参与电量信息，若残余电量小于等于10％时，所述开发板会生成去往充电位置的行驶路线，在AGV小车行驶至导航磁条交界点时，所述开发板发送行驶方向给所述PLC，所述PLC根据所述开发板指令以控制发送脉冲的数量以及频率的方式控制所述执行装置完成具体方向选择，并最终到达充电工位，此外，若此时所述开发板接收到所述上位机发来的任务要求，会拒绝任务并将拒绝信息反馈至所述上位机，所述上位机将重新进行任务调度。
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