CN111897253B - 一种基于5g技术的远程可监控多轴协同智能控制器 - Google Patents

Abstract

一种基于5G技术的远程可监控多轴协同智能控制器，利用5G传输技术，实现在远程终端对厂房AGV的运动路径及运动参数进行修改，并能监测到AGV的实时运动数据。控制器接口丰富，利用脉冲/方向方式或CAN总线通讯方式控制多种电机协同运动，使AGV精确运动。此外根据AGV起始点与终点信息，采用“最小面积”方式规划AGV路径，使AGV从起始点向终点的行驶路径与起始点与终点连线所围成的面积最小，最大化缩小了AGV的行驶空间，大幅度减小了由于AGV行驶而对厂房产生的影响范围，避免了多台AGV同时执行不同任务时有可能造成的路径干涉问题，该控制器的控制精度极高，AGV运动定位精度达到±0.5mm。

Description

一种基于5G技术的远程可监控多轴协同智能控制器

技术领域

本发明涉及一种基于5G技术的远程可监控多轴协同智能控制器。

背景技术

现有多轴协同控制器主要采用有线传输方式或无线局域网传输方式对车间内AGV等执行设备进行指令发送及信息采集，其传输距离受限，若需要对操作现场进行控制操作必须在限制距离内进行。随着生产车间逐步向智能化、高集成化、高密度方向发展，因此留给现场操作的空间越来越小，而且大多公司的生产车间不断外迁，致使研发技术部门与生产现场距离越来越远，若需要对现场AGV进行控制优化或路径改变，则需要到现场完成，致使工作效率难以提升。

现有AGV路径规划技术，通过给定的AGV起始点与终点坐标，而为AGV规划出一条相对转弯较少，行驶过程多为直线行驶的路径，以此确保AGV的速度。但在实际应用过程中，由于AGV行驶过程多为直线，转弯较少，因此AGV的行驶路径与起始点终点连线所围成的面积就会较大，对厂房内波及范围也会相对较大，若厂房内有多辆执行不同任务的AGV，则会变得难以调度甚至发生多AGV路径干涉问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于5G技术的远程可监控多轴协同智能控制器，利用5G传输技术，实现在远程终端对厂房AGV的运动路径及运动参数进行修改，并能监测到AGV的实时运动数据。控制器接口丰富，利用脉冲/方向方式或CAN总线通讯方式控制多种电机协同运动，使AGV精确运动。此外根据AGV起始点与终点信息，采用“最小面积”方式规划AGV路径，使AGV从起始点向终点的行驶路径与起始点与终点连线所围成的面积最小，最大化缩小了AGV的行驶空间，大幅度减小了由于AGV行驶而对厂房产生的影响范围，避免了多台AGV同时执行不同任务时有可能造成的路径干涉问题，该控制器的控制精度极高，AGV运动定位精度达到±0.5mm。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种基于5G技术的远程可监控多轴协同智能控制器，包括控制终端、远端控制板；

所述控制终端包括上位机和5G网关1；

所述的上位机用于为AGV发送运动指令，包括运动起始点、运动终点、运动速度、循环次数，上位机将上述运动指令发送给5G网关1；同时上位机用于显示AGV当前运动速度、位置、实时循环次数、电量、路径状况、故障报警信息，上位机从5G网关1接收所述显示信息；

所述远端控制板包括5G网关2、5G数据转换模块、CPU模块、RS485通讯模块、CAN通讯模块、高速脉冲输出模块；

所述的5G网关2通过外部5G基站与5G网关1进行数据的交互；

所述的5G数据转换模块用于将5G网关2发送来的运动起始点、运动终点、运动速度、循环次数信息，通过TCP/IP协议传输给CPU模块；同时，5G数据转换模块通过TCP/IP协议接收来自CPU模块发送过来的AGV当前运动速度、位置、实时循环次数、电量、路径状况、故障报警信息；

所述CPU模块用于根据运动起始点、运动终点、运动速度、循环次数信息对AGV进行路径规划，并根据AGV当前电量、路径状况、当前位置计算AGV的轮组驱动速度和方向；CPU模块根据压力传感器反馈的压力信号和双轴倾角传感器信号，通过高速脉冲输出模块对AGV进行调平；

所述RS485通讯模块接收AGV导航系统的反馈信号，包括AGV当前电量、路径状况、当前位置，并发送给CPU模块；所述RS485通讯模块接收压力传感器反馈的压力信号和双轴倾角传感器信号并发送给CPU模块；

所述CAN通讯模块用于接收CPU模块发送的AGV的轮组驱动速度和方向，通过MODBUS现场总线协议发送给AGV；同时，AGV的驱动轮组会将当前轮组速度、方向以及故障信息反馈给CAN通讯模块，CAN通讯模将当前轮组速度、方向以及故障信息发送给CPU模块；

所述高速脉冲输出模块用于接收CPU模块发送的AGV稳定支撑驱动的方向和脉冲信号并发送给AGV稳定支撑驱动轮组。

上述基于5G技术的远程可监控多轴协同智能控制器，优选的，CPU模块对AGV的运动路径进行规划，规划方法为：AGV从运动起始点(m，n)开始，根据AGV的运动方向运动终点(m’，n’)移动，移动过程中，AGV检测与当前所处点位距离最近的四个点位是否存在障碍物，在不存在障碍物的点位中进行选择确定下一个移动点位，选择方式为：对每一个不存在障碍物的点位，以该点位分别沿X轴方向和Y轴方向到所述对角线的距离为直角边，以所述对角线的局部为斜边，计算该点位和所述对角线所围成的直角三角形面积；选择直角三角形面积最小时对应的点位作为下一个移动点位，直到到达运动终点(m’，n’)。

上述基于5G技术的远程可监控多轴协同智能控制器，优选的，CPU模块利用压力传感器的测量信号进行AGV的粗调平；CPU模块利用双轴倾角传感器的测量信号进行AGV的精调平。

上述基于5G技术的远程可监控多轴协同智能控制器，优选的，所述AGV上设有4个驱动轮组。

上述基于5G技术的远程可监控多轴协同智能控制器，优选的，所述AGV上设有4个压力传感器和4个AGV稳定支撑，每个AGV稳定支撑下方均安装1个压力传感器。

一种基于5G技术的远程可监控多轴协同智能控制器的智能控制方法，包括如下步骤：

S1、利用5G网关获取AGV的运动起始点、运动终点、运动速度、循环次数后发送给5G数据转换模，5G数据转换模通过TCP/IP协议将AGV的运动起始点、运动终点、运动速度、循环次数传输给CPU模块；

S2、CPU模块根据所述运动起始点、运动终点，确定AGV从运动起始点到运动终点的步数；其中AGV的运动路径中任意相邻的两点间距均相等；

S3、假设运动起始点为(m，n)，运动终点为(m’，n’)；CPU模块首先根据运动起始点(m，n)和运动终点(m’，n’)确定AGV的运动方向，然后以点(m，n)、点(m’，n’)、点(m，n’)、点(m’，n)为顶点围成矩形；

S4、运动起始点(m，n)和运动终点(m’，n’)的连线即为所述矩形的一条对角线；CPU模块计算所述矩形内所有点位，分别沿X轴方向和Y轴方向到所述对角线的距离；

S5、CPU模块对AGV的运动路径进行规划，规划方法为：AGV从运动起始点(m，n)开始，根据AGV的运动方向运动终点(m’，n’)移动，移动过程中，AGV检测与当前所处点位距离最近的四个点位是否存在障碍物，在不存在障碍物的点位中进行选择确定下一个移动点位，选择方式为：对每一个不存在障碍物的点位，以该点位分别沿X轴方向和Y轴方向到所述对角线的距离为直角边，以所述对角线的局部为斜边，计算该点位和所述对角线所围成的直角三角形面积；选择直角三角形面积最小时对应的点位作为下一个移动点位，直到到达运动终点(m’，n’)；

S6、CPU模块根据运动速度、循环次数、AGV的运动路径计算AGV的轮组驱动速度和方向，将计算结果发送给CAN通讯模块；

S7、CAN通讯模块通过MODBUS现场总线协议将AGV的轮组驱动速度和方向发送给AGV的轮组驱动；同时AGV将当前轮组速度和方向、故障信息发送给CAN通讯模块；RS485通讯模块通过MODBUS现场总线协议接收AGV导航系统反馈的AGV当前电量、路径状况、AGV当前位置；RS485通讯模块通过MODBUS现场总线协议接收压力传感器的测量信号和双轴倾角传感器的测量信号；压力传感器位于AGV稳定支撑的下方，双轴倾角传感器用于测量AGV上平面与水平方向夹角α以及AGV与垂直方向夹角β；

S8、CAN通讯模块将将当前轮组速度和方向、故障信息发送给CPU模块；RS485通讯模块将AGV当前电量、路径状况、AGV当前位置、压力传感器的测量信号、双轴倾角传感器的测量信号发送给CPU模块；CPU模块将AGV当前电量、路径状况、AGV当前位置、当前轮组速度和方向、故障信息经5G数据转换模块实时发送给5G网关；

S9、AGV到达运动终点后，CPU模块根据压力传感器的测量信号、双轴倾角传感器的测量信号，通过高速脉冲输出模块对AGV进行调平。

上述基于5G技术的远程可监控多轴协同智能控制器的智能控制方法，优选的，AGV从运动起始点(m，n)运动到运动终点(m’，n’)的步数为：

d＝|m′-m|+|n′-n|。

上述基于5G技术的远程可监控多轴协同智能控制器的智能控制方法，优选的，确定AGV的运动方向的方法为：

当m’＝m时，若n’≥n，则AGV沿竖直方向Y轴运动，由(m，n)→(m，n+i)方向运动，其中0≤i≤(n’-n)；i为Y轴方向步进序数；

当m’＝m时，若n’<n，则AGV沿竖直方向Y轴运动，由(m，n)→(m，n+i)方向运动，其中(n’-n)≤i≤0；

当m’<m时，tanγ＝(n’-n)/(m’-m)，若tanγ≥0，则AGV沿(m，n)→(m+t，n+i)方向运动，其中(m’-m)<t≤0，(n’-n)≤i≤0，γ为起始点(m，n)与终点(m’，n’)所连成的斜线与X轴正方向的夹角，0≤γ≤180°，t为X轴方向步进序数；

当m’>m时，若tanγ≥0，则AGV沿(m，n)→(m+t，n+i)方向运动，其中0≤t<(m’-m)，(n’-n)≤i≤0；

当m’<m时，若tanγ<0，则AGV沿(m，n)→(m+t，n+i)方向运动，其中(m’-m)<t≤0，0≤i≤(n’-n)；

当m’>m时，若tanγ<0，则AGV沿(m，n)→(m+t，n+i)方向运动，其中0≤t<(m’-m)，(n’-n)≤i≤0。

上述基于5G技术的远程可监控多轴协同智能控制器的智能控制方法，优选的，CPU模块利用压力传感器的测量信号进行AGV的粗调平；CPU模块利用双轴倾角传感器的测量信号进行AGV的精调平。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

(1)本发明通过采用“最小面积”方式规划AGV路径，使AGV从起始点向终点的行驶路径与起始点终点连线所围成的面积最小，最大化缩小了AGV的行驶空间，大幅度减小了由于AGV行驶而对厂房产生的影响范围，避免了多台AGV同时执行不同任务时有可能造成的路径干涉问题；

(2)本发明通过对5G通讯技术的应用，代替了原有的有线传输或无线局域网传输，实现了对车间内AGV的远程控制及监测。面对各个公司生产基地逐步外迁的实际情况，研发技术人员可以实现对AGV参数的远程修改，使工作效率大幅度提升；

(3)本发明可同时适用于CAN总线通讯方式以及脉冲方式等各类轮组驱动，采用CANopen协议以及同步高速脉冲发送方式，确保了驱动轮组的同步性、实时性，达到了多轴协同运动效果；

(4)本发明远程定位精度高，利用5G通讯的高速性，使控制终端指令快速到达远端控制器，再通过对AGV导航系统信息的采集以及对各个轮组驱动的同步控制，最终可使远程定位精度达到±0.5mm；

(5)本发明通过采用4点调平方法，使AGV到达终点开始稳定支撑后，AGV的上平面更加水平，避免了由于道路不平而使AGV上平面倾斜的问题，提高了AGV在完成稳定支撑后开始执行任务时的精度。

附图说明

图1为本发明控制器的组成示意图；

图2为AGV路径规划方法示意图；

图3为精调平前AGV上平面状态示意图；

图4为上位机模块的人机交互界面。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。

一种基于5G技术的远程可监控多轴协同智能控制器，该控制器包括控制终端以及远端控制板。如图1所示。

所述的控制终端包括上位机和5G网关1。

所述的远端控制板包括5G网关2、5G数据转换模块、CPU模块、RS485通讯模块、CAN通讯模块以及高速脉冲输出模块。

所述的上位机模块用于为AGV发送运动指示，包括运动起始点、运动终点、运动速度、循环次数等信息，上位机所发送的指令都发送到5G网关1中。同时，上位机可显示AGV当前运动速度、位置、实时循环次数、电量、路径状况、故障报警等信息，这些信息均从5G网关1中采集。

所述的5G网关1用于数据的交互，利用5G通讯技术将上位机发送的运动起始点、运动终点、运动速度、循环次数等指令通过外部5G基站发送给5G网关2；同时，通过外部5G基站接收来自5G网关2的AGV当前运动速度、位置、实时循环次数、电量、路径状况、故障报警等信息，最终发送回上位机。

所述的5G网关2用于数据的交互，利用5G通讯技术将CPU模块发送过来的AGV当前运动速度、位置、实时循环次数、电量、路径状况、故障报警等信息通过外部5G基站发送给5G网关1；同时，通过外部5G基站接收来自5G网关1发送过来的运动路径、运动速度、循环次数等信息，再发送给5G数据转换模块。

所述的5G数据转换模块用于将5G网关2发送来的运动起始点、运动终点、运动速度、循环次数等信息，通过TCP/IP协议将数据传输给CPU模块。同时，通过TCP/IP协议接收来自CPU模块发送过来的AGV当前运动速度、位置、实时循环次数、电量、路径状况、故障报警等信息并将这些信息传输给5G网关2。

所述的CPU模块，用于根据5G数据转换模块发送过来的运动起始点、运动终点、运动速度、循环次数等信息对AGV的4个轮组驱动速度及方向进行解析计算并接收CAN通讯模块反馈回来的4个轮组驱动的当前速度、方向以及故障信息，从而解算出AGV当前的合速度以及合方向。AGV在车间厂房内的运动路径被限制在一个由多个二维码点组成的点阵内，AGV在点阵内运动，可以直行、横行，但由于厂房内每个点位之间会存放各类设备，因此AGV在点阵内行驶过程中，不能斜行，以免破坏其他设备。而且由于车间厂房内工作情况复杂，需使AGV从起始点运动到终点的行驶轨迹与两点之间的连线所围成的面积尽量小，这样就能确保AGV在行驶过程中，影响范围尽量小。假设AGV的起始点为(m，n)，终点为(m’，n’)，当CPU模块接收到5G数据转换模块发送过来的运动起始点、运动终点信息后，开始规划AGV运动路径，运动路径上两个相邻点位之间的距离均为L，首先确定出AGV从起始点到达终点的总步数d＝(m’-m)+(n’-n)，从一个点运动到下一个相邻点为一步，起始点与终点的连线与水平方向X轴的夹角为γ，根据γ值的大小、m’与m的关系、n’与n的关系，能够确定出AGV在当前点位下，下一步将要向哪个相邻点移动的两种选择，分别计算出这两种选择所到达的不同点位与起始点终点连线在水平方向X轴与竖直方向Y轴所围成的面积，通过比较两种选择的面积，哪个点面积小则下一步向该点运动，从而确定出下一步到达的点位，以此类推，直到确定出到达终点前的所有点位，从而得出AGV的运行路径，如图2所示。

所述的CPU模块通过RS485通讯模块，接收AGV导航系统的反馈信号，包括AGV当前电量、路径状况、当前位置等信息，CPU模块根据这些信息决定是否继续给4个轮组驱动发送指令。若CPU模块检测到AGV到达路径终点后，会将4个AGV稳定支撑驱动速度、方向、启动、停止等指令发送给高速脉冲输出模块发送指令，从而使4个AGV稳定支撑驱动执行动作，使AGV稳定支撑。在支撑过程中，CPU会控制4个AGV稳定支撑进行两次调平，CPU模块会通过RS485模块接收4个压力传感器反馈的压力信号，4个压力传感器分别放置在4个AGV稳定支撑的下方，当AGV稳定支撑刚接触地面后，压力传感器的压力值会突然变化，此时CPU使AGV稳定支撑停止运动，直到四个AGV稳定支撑全部接触地面，此时4个AGV稳定支撑同步升高到达指定高度。CPU模块会接收RS485模块反馈的双轴倾角传感器信号，得到AGV上平面与水平方向夹角α以及AGV与垂直方向夹角β，再根据角度进行计算，得出使AGV上平面水平所需各个AGV稳定支撑上升的距离，再通过控制4个AGV稳定支撑的运动，对AGV上平面进行调平。最后，CPU模块会将AGV当前运动速度、位置、实时循环次数、电量、路径状况、故障报警等信息发送给5G数据转换模块，通过5G通讯技术，显示在上位机处。

所述的RS485通讯模块，用于通过MODBUS现场总线协议接收AGV导航系统反馈的AGV当前电量、路径状况、当前位置等信息并将这些信息传输给CPU模块。

所述的CAN通讯模块，用于接收CPU模块发送的AGV的4个轮组驱动速度及方向信号，通过MODBUS现场总线协议同时发送给AGV驱动轮组1、AVG驱动轮组2、AGV驱动轮组3、AVG驱动轮组4。4个驱动轮组根据各自地址接收相应速度及方向信号。同时，4个驱动轮组会将当前轮组速度、方向以及故障信息反馈给CAN通讯模块，CAN通讯模块接收到这些信息后将发送给CPU模块进行解析，决定下一步动作。

所述的高速脉冲输出模块，用于接收CPU模块发送的4个AGV稳定支撑驱动的方向和脉冲信号并发送给AGV稳定支撑驱动1、AGV驱动轮组2、AGV驱动轮组3、AGV驱动轮组4。其中高速脉冲输出模块共有8路输出接口，第1路对应AGV稳定支撑驱动1的速度信号、第2路对应AGV稳定支撑驱动1的方向信号、第3路对应AGV稳定支撑驱动2的速度信号、第4路对应AGV稳定支撑驱动2的方向信号、第5路对应AGV稳定支撑驱动3的速度信号、第6路对应AGV稳定支撑驱动3的方向信号、第7路对应AGV稳定支撑驱动4的速度信号、第8路对应AGV稳定支撑驱动4的方向信号。

一种基于5G技术的远程可监控多轴协同智能控制器的智能控制方法，步骤包括：

(1)在上位机模块中输入AGV运动起始点、运动终点、运动速度、循环次数等信息，这些信息会发送到5G网关1中。

(2)5G网关1接收到上位机发送过来的AGV运动起始点、运动终点、运动速度、循环次数等信息，利用5G通讯技术通过外部5G基站向5G网关2发送AGV运动路径、运动速度、循环次数等信息。

(3)5G网关2通过5G基站接收到5G网关1发送过来的AGV运动起始点、运动终点、运动速度、循环次数等信息。

(4)5G网关2将AGV运动起始点、运动终点、运动速度、循环次数等信息传输给5G数据转换模块。

(5)5G数据转换模块将5G网关2发送来的运动起始点、运动终点、运动速度、循环次数等信息，通过TCP/IP协议将数据传输给CPU模块。

(6)CPU模块根据5G数据转换模块发送过来的运动起始点、运动终点信息，进行路径规划，假设运动起始点为(m，n)，运动终点为(m’，n’)，则AGV从(m，n)运动到(m’，n’)的步数：

d＝|m′-m|+|n′-n|

AGV从(m，n)运动到(m+1，n)或从(m，n)运动到(m，n+1)为一步，d为AGV从起始点运动到终点的步数。

接下来判断AGV运动方向：

当m’＝m时，若n’≥n，则AGV沿竖直方向Y轴运动，由(m，n)→(m，n+i)方向运动，其中0≤i≤(n’-n)；

当m’＝m时，若n’<n，则AGV沿竖直方向Y轴运动，由(m，n)→(m，n+i)方向运动，其中(n’-n)≤i≤0；

当m’<m时，若tanγ＝(n’-n)/(m’-m)≥0，则AGV沿(m，n)→(m+t，n+i)方向运动，其中(m’-m)<t≤0，(n’-n)≤i≤0，γ为起始点(m，n)与终点(m’，n’)所连成的斜线与X轴正方向的夹角，0≤γ≤180

当m’>m时，若tanγ＝(n’-n)/(m’-m)≥0，则AGV沿(m，n)→(m+t，n+i)方向运动，其中0≤t<(m’-m)，(n’-n)≤i≤0；

当m’<m时，若tanγ＝(n’-n)/(m’-m)<0，则AGV沿(m，n)→(m+t，n+i)方向运动，其中(m’-m)<t≤0，0≤i≤(n’-n)；

当m’>m时，若tanγ＝(n’-n)/(m’-m)<0，则AGV沿(m，n)→(m+t，n+i)方向运动，其中0≤t<(m’-m)，(n’-n)≤i≤0；

在判断出AGV运动方向后，以起始点(m，n)与终点(m’，n’)连成的斜线为对角线，计算出所围成的矩形内，所有点位到该对角线在X轴方向的距离P_x(m+t，n+i)以及所有点位到该对角线在Y轴方向的距离P_y(m+t，n+i)

P_y(m,n+i)＝i×L

P_y(m+t,n)＝t×L×|tanγ|

P_x(m+t,n)＝t×L

P_y(m+t,n+i)＝|L-P_y(m+t,n+i±1)|

P_x(m+t,n+i)＝|L-P_x(m+t±1,n+i)|

其中t±1、n±1符号根据(m’-m)与(n’-n)的大小确定，(m’-m)≥0则t-1，(m’-m)<0则t+1；同理(n’-n)≥0则i-1，(n’-n)<0则i+1，

由上述方程可计算出由起始点与终点连线为对角线所围成的矩形内，所有点位与对角线在X轴方向的距离以及在Y轴方向的距离。

根据AGV运动规则，当AGV处于(m+t，n+i)点时，AGV下一步有可能运动到(m+t±1，n+i)或(m+t，n+i±1)，其中t±1、n±1符号根据(m’-m)与(n’-n)的大小确定，(m’-m)≥0则t+1，(m’-m)<0则t-1；同理(n’-n)≥0则i+1，(n’-n)<0则i-1，此时比较两个点位与起始点终点连线在X轴方向与Y轴方向所围成的面积大小，哪个点面积小，则该点为AGV的下一个目标点。面积计算方法为：

由此可计算出AGV从起始点(m，n)到终点(m’，n’)的运动路径。若AGV处于(m+t，n+i)点位上，可检测出离自身最近的四个点位是否存在障碍物，若有障碍物处于下一步两个目标点位中，则AGV不需计算，直接向两个目标点位中无障碍物的点位运动。

CPU模块根据5G数据转换模块发送过来的运动速度、循环次数等信息以及计算出AGV的运动路径对AGV的4个轮组驱动速度及方向进行解析计算，将计算结果发送给CAN通讯模块。

(7)CAN通讯模块接收到CPU模块发送的AGV的4个轮组驱动速度及方向信号，通过MODBUS现场总线协议同时发送给AGV驱动轮组1、AVG驱动轮组2、AGV驱动轮组3、AVG驱动轮组4。4个驱动轮组根据各自地址接收相应速度及方向信号。同时，4个驱动轮组会将当前轮组速度、方向以及故障信息反馈给CAN通讯模块。

(8)CAN通讯模块将AGV驱动轮组1、AVG驱动轮组2、AGV驱动轮组3、AVG驱动轮组4反馈的当前轮组速度、方向以及故障信息发送给CPU模块。

(9)RS485通讯模块通过MODBUS现场总线协议接收AGV导航系统反馈的AGV当前电量、路径状况、当前位置。RS485通讯模块通过MODBUS现场总线协议接收压力传感器1、压力传感器2、压力传感器3、压力传感器4发送的压力信号。RS485通讯模块通过MODBUS现场总线协议接收双轴倾角传感器反馈的AGV上平面与水平线夹角α以及AGV上平面与竖直方向夹角β。

(10)CPU模块接收来自RS485通讯模块发送的AGV当前电量、路径状况、当前位置等信息，决定下一步动作。CPU模块接收来自RS485通讯模块发送的压力传感器1、压力传感器2、压力传感器3、压力传感器4发送的压力信号，根据压力值决定下一步动作。CPU模块接收来自RS485通讯模块发送的双轴倾角传感器反馈的AGV上平面与水平线夹角α以及AGV上平面与竖直方向夹角β，根据α与β数值决定下一步动作。

(11)若AGV处于终点位置，CPU模块会将AGV稳定支撑驱动1、AGV稳定支撑驱动2、AGV稳定支撑驱动3、AGV稳定支撑驱动4的速度、方向、启动、停止等指令发送给高速脉冲输出模块。此时CPU模块会根据压力传感器1、压力传感器2、压力传感器3、压力传感器4反馈的数值以及双轴倾角传感器反馈的数值进行两次调平：首先，CPU模块会根据压力传感器1、压力传感器2、压力传感器3、压力传感器4反馈的数值进行粗调，AGV稳定支撑1在没接触到地面时，压力传感器1数值为定值F₁，若AGV稳定支撑刚刚接触到地面后，压力传感器数值会发生变化，此时数值为F₁’，此时CPU模块会使该支腿停止运动。以此类推，直至4个AGV稳定支撑全部接触到地面，4个AGV稳定支撑停止运动。CPU模块会根据AGV上平面需要上升的高度值再次将AGV稳定支撑驱动1、AGV稳定支撑驱动2、AGV稳定支撑驱动3、AGV稳定支撑驱动4的速度、方向、启动、停止等指令发送给高速脉冲输出模块，使4个AGV稳定支撑运动。完成第一步粗调平后，CPU模块会根据RS485模块反馈的双轴倾角传感器采集的α与β值进行精调平。调平方式如图3所示，若α＞0且β＞0，则AGV稳定支撑3最高，AGV稳定支撑1最低；采用“只升不降”原则，AGV稳定支撑2升高高度为L₁Sinα，AGV稳定支撑4升高高度为L₂Sinβ，AGV稳定支撑1升高高度为L₁Sinα+L₂Sinβ。在得出各个稳定支撑升高高度值后，CPU模块会再次将AGV稳定支撑驱动1、AGV稳定支撑驱动2、AGV稳定支撑驱动3、AGV稳定支撑驱动4的速度、方向、启动、停止等指令发送给高速脉冲输出模块，使稳定支撑运动，最终完成AGV上平面调平。

(12)高速脉冲输出模块接收CPU模块发送的4个AGV稳定支撑驱动的方向和脉冲信号并发送给AGV稳定支撑驱动1、AGV驱动轮组2、AGV驱动轮组3、AGV驱动轮组4。其中高速脉冲输出模块共有8路输出接口，第1路对应AGV稳定支撑驱动1的速度信号、第2路对应AGV稳定支撑驱动1的方向信号、第3路对应AGV稳定支撑驱动2的速度信号、第4路对应AGV稳定支撑驱动2的方向信号、第5路对应AGV稳定支撑驱动3的速度信号、第6路对应AGV稳定支撑驱动3的方向信号、第7路对应AGV稳定支撑驱动4的速度信号、第8路对应AGV稳定支撑驱动4的方向信号。

(13)压力传感器1、压力传感器2、压力传感器3、压力传感器4分别放置在AGV稳定支撑1、AGV稳定支撑2、AGV稳定支撑3、AGV稳定支撑4的下方。4个压力传感器会将稳定支撑的压力值实时传输给RS485模块。

(14)双轴倾角传感器放置在AGV上平面上，可以采集AGV上平面与水平线夹角α以及AGV上平面与竖直方向夹角β，并将这两个值实时传输给RS485模块。

(15)CPU模块将RS485通讯模块以及CAN通讯模块反馈的信息进行解析计算，形成AGV当前运动速度、位置、实时循环次数、电量、路径状况、故障报警等信息并将这些信息发送给5G数据转换模块。

(16)5G数据转换模块接收到CPU模块发送的AGV当前运动速度、位置、实时循环次数、电量、路径状况、故障报警等信息并将这些信息发送给5G网关2。

(17)5G网关2接收到5G数据转换模块发送过来的AGV当前运动速度、位置、实时循环次数、电量、路径状况、故障报警等信息，利用5G通讯技术通过外部5G基站向5G网关1发送这些数据。

(18)5G网关1通过5G基站接收到5G网关2发送过来的AGV当前运动速度、位置、实时循环次数、电量、路径状况、故障报警等信息。

上位机接收到5G网关1发送过来的AGV当前运动速度、位置、实时循环次数、电量、路径状况、故障报警等信息，并最终将这些信息显示在上位机界面上。

实施例：

(1)在上位机模块中输入AGV运动起始点(4,3)与终点(13,14)、运动速度＝0.2m/s、循环次数＝1(如图4所示)，这些信息会发送到5G网关1中。

(2)5G网关1接收到上位机发送过来AGV运动起始点(4,3)与终点(13,14)、运动速度＝0.2m/s、循环次数＝1等信息，利用5G通讯技术通过外部5G基站向5G网关2发送AGV运动路径、运动速度＝0.2m/s、循环次数＝1等信息。

(3)5G网关2通过5G基站接收到5G网关1发送过来的AGV运动起始点(4,3)与终点(13,14)、运动速度＝0.2m/s、循环次数＝1等信息。

(4)5G网关2将AGV运动起始点(4,3)与终点(13,14)、运动速度＝0.2m/s、循环次数＝1等信息传输给5G数据转换模块。

(5)5G数据转换模块将5G网关2发送来的AGV运动起始点(4,3)与终点(13,14)、运动速度＝0.2m/s、循环次数＝1等信息，通过TCP/IP协议将数据传输给CPU模块。

(6)CPU模块根据5G数据转换模块发送过来的AGV运动起始点(4,3)与终点(13,14)对AGV进行路径规划，规划结果如图4所示，确定出AGV的运动轨迹。CPU模块根据5G数据转换模块发送过来的运动速度＝0.2m/s、循环次数＝1等信息对AGV的4个轮组驱动速度及方向进行解析计算，将计算结果发送给CAN通讯模块。

(7)CAN通讯模块接收到CPU模块发送的AGV的4个轮组驱动速度及方向信号，通过MODBUS现场总线协议同时发送给AGV驱动轮组1、AVG驱动轮组2、AGV驱动轮组3、AVG驱动轮组4。4个驱动轮组根据各自地址接收相应速度及方向信号。同时，4个驱动轮组会将当前轮组速度、方向以及故障信息反馈给CAN通讯模块。

(8)CAN通讯模块将AGV驱动轮组1、AVG驱动轮组2、AGV驱动轮组3、AVG驱动轮组4反馈的当前轮组速度、方向以及故障信息发送给CPU模块。

(9)RS485通讯模块通过MODBUS现场总线协议接收AGV导航系统反馈的AGV当前电量＝49.5V260AH、路径状况＝无障碍、当前位置＝(4,3)。

(10)CPU模块接收来自RS485通讯模块发送的AGV当前电量＝49.5V260AH、路径状况＝无障碍、当前位置＝(4,3)等信息，决定下一步动作。

(11)若AGV处于终点位置，CPU模块会将AGV稳定支撑驱动1、AGV稳定支撑驱动2、AGV稳定支撑驱动3、AGV稳定支撑驱动4的速度、方向、启动、停止等指令发送给高速脉冲输出模块。此时CPU模块会根据压力传感器1、压力传感器2、压力传感器3、压力传感器4反馈的数值以及双轴倾角传感器反馈的数值进行粗调、精调两次调平：首先，CPU模块会根据压力传感器1、压力传感器2、压力传感器3、压力传感器4反馈的数值进行粗调，AGV稳定支撑1在没接触到地面时，压力传感器1数值为定值F₁＝68Nm，AGV稳定支撑刚刚接触到地面后，压力传感器数值发生变化，此时数值为F₁’＝164Nm，此时CPU模块会使AGV稳定支撑1停止运动。AGV稳定支撑2在没接触到地面时，压力传感器2数值为定值F₂＝64Nm，AGV稳定支撑刚刚接触到地面后，压力传感器数值发生变化，此时数值为F₂’＝166Nm，此时CPU模块会使AGV稳定支撑2停止运动。AGV稳定支撑3在没接触到地面时，压力传感器3数值为定值F₃＝66Nm，AGV稳定支撑刚刚接触到地面后，压力传感器数值发生变化，此时数值为F₃’＝169Nm，此时CPU模块会使AGV稳定支撑3停止运动。AGV稳定支撑4在没接触到地面时，压力传感器4数值为定值F₄＝65Nm，AGV稳定支撑刚刚接触到地面后，压力传感器数值发生变化，此时数值为F₄’＝161Nm，此时CPU模块会使AGV稳定支撑4停止运动。CPU模块会根据AGV上平面需要上升的高度值再次将AGV稳定支撑驱动1、AGV稳定支撑驱动2、AGV稳定支撑驱动3、AGV稳定支撑驱动4的速度、方向、启动、停止等指令发送给高速脉冲输出模块，使稳定支撑运动。完成第一步粗调平后，CPU模块会根据RS485模块反馈的双轴倾角传感器采集的α与β值进行精调平。此时α＝2°＞0且β＝1.3°＞0，则AGV稳定支撑3最高，AGV稳定支撑1最低；采用“只升不降”原则，AGV稳定支撑2升高高度为L₁Sin2°，AGV稳定支撑4升高高度为L₂Sin1.5°，AGV稳定支撑1升高高度为L₁Sin2°+L₂Sin1.5°，其中L₁＝2.5米，L₂＝1.5米，在得出各个稳定支撑升高高度值后，CPU模块会再次将AGV稳定支撑驱动1、AGV稳定支撑驱动2、AGV稳定支撑驱动3、AGV稳定支撑驱动4的速度、方向、启动、停止等指令发送给高速脉冲输出模块，使稳定支撑运动，最终完成AGV上平面调平。

(12)高速脉冲输出模块接收CPU模块发送的4个AGV稳定支撑驱动的方向和脉冲信号并发送给AGV稳定支撑驱动1、AGV驱动轮组2、AGV驱动轮组3、AGV驱动轮组4。其中高速脉冲输出模块共有8路输出接口，第1路对应AGV稳定支撑驱动1的速度信号、第2路对应AGV稳定支撑驱动1的方向信号、第3路对应AGV稳定支撑驱动2的速度信号、第4路对应AGV稳定支撑驱动2的方向信号、第5路对应AGV稳定支撑驱动3的速度信号、第6路对应AGV稳定支撑驱动3的方向信号、第7路对应AGV稳定支撑驱动4的速度信号、第8路对应AGV稳定支撑驱动4的方向信号。

(13)压力传感器1、压力传感器2、压力传感器3、压力传感器4分别放置在AGV稳定支撑1、AGV稳定支撑2、AGV稳定支撑3、AGV稳定支撑4的下方。4个压力传感器会将稳定支撑的压力值实时传输给RS485模块。

(14)双轴倾角传感器放置在AGV上平面上，可以采集AGV上平面与水平线夹角α以及AGV上平面与竖直方向夹角β，并将这两个值实时传输给RS485模块。

(15)CPU模块将RS485通讯模块以及CAN通讯模块反馈的信息进行解析计算，形成AGV当前运动速度0.2m/s、位置＝(4,3)、实时循环次数＝1、电量＝49.5V260AH、路径状况＝无障碍、故障报警＝无故障等信息并将这些信息发送给5G数据转换模块。

(16)5G数据转换模块接收到CPU模块发送的AGV当前运动速度0.2m/s、位置＝(4,3)、实时循环次数＝1、电量＝49.5V260AH、路径状况＝无障碍、故障报警＝无故障等信息并将这些信息发送给5G网关2。

(17)5G网关2接收到5G数据转换模块发送过来的AGV当前运动速度0.2m/s、位置＝(4,3)、实时循环次数＝1、电量＝49.5V260AH、路径状况＝无障碍、故障报警＝无故障等信息，利用5G通讯技术通过外部5G基站向5G网关1发送这些数据。

(18)5G网关1通过5G基站接收到5G网关2发送过来的AGV当前运动速度0.2m/s、位置＝(4,3)、实时循环次数＝1、电量＝49.5V260AH、路径状况＝无障碍、故障报警＝无故障等信息。

上位机接收到5G网关1发送过来的AGV当前运动速度0.2m/s、位置＝(4,3)、实时循环次数＝1、电量＝49.5V260AH、路径状况＝无障碍、故障报警＝无故障等信息，并最终将这些信息显示在上位机界面上。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于5G技术的远程可监控多轴协同智能控制器，其特征在于，包括控制终端、远端控制板；

所述控制终端包括上位机和5G网关1；

所述的上位机用于为AGV发送运动指令，包括运动起始点、运动终点、运动速度、循环次数，上位机将上述运动指令发送给5G网关1；同时上位机用于显示AGV当前运动速度、位置、实时循环次数、电量、路径状况、故障报警信息，上位机从5G网关1接收所述显示信息；

所述远端控制板包括5G网关2、5G数据转换模块、CPU模块、RS485通讯模块、CAN通讯模块、高速脉冲输出模块；

所述的5G网关2通过外部5G基站与5G网关1进行数据的交互；

所述的5G数据转换模块用于将5G网关2发送来的运动起始点、运动终点、运动速度、循环次数信息，通过TCP/IP协议传输给CPU模块；同时，5G数据转换模块通过TCP/IP协议接收来自CPU模块发送过来的AGV当前运动速度、位置、实时循环次数、电量、路径状况、故障报警信息；

所述CPU模块用于根据运动起始点、运动终点、运动速度、循环次数信息对AGV进行路径规划，并根据AGV当前电量、路径状况、当前位置计算AGV的轮组驱动速度和方向；CPU模块根据压力传感器反馈的压力信号和双轴倾角传感器信号，通过高速脉冲输出模块对AGV进行调平；

所述RS485通讯模块接收AGV导航系统的反馈信号，包括AGV当前电量、路径状况、当前位置，并发送给CPU模块；所述RS485通讯模块接收压力传感器反馈的压力信号和双轴倾角传感器信号并发送给CPU模块；

所述CAN通讯模块用于接收CPU模块发送的AGV的轮组驱动速度和方向，通过MODBUS现场总线协议发送给AGV；同时，AGV的驱动轮组会将当前轮组速度、方向以及故障信息反馈给CAN通讯模块，CAN通讯模将当前轮组速度、方向以及故障信息发送给CPU模块；

所述高速脉冲输出模块用于接收CPU模块发送的AGV稳定支撑驱动的方向和脉冲信号并发送给AGV稳定支撑驱动轮组；

CPU模块对AGV的运动路径进行规划，规划方法为：AGV从运动起始点(m，n)开始，根据AGV的运动方向运动终点(m’，n’)移动，移动过程中，AGV检测与当前所处点位距离最近的四个点位是否存在障碍物，在不存在障碍物的点位中进行选择确定下一个移动点位，选择方式为：对每一个不存在障碍物的点位，以该点位分别沿X轴方向和Y轴方向到对角线的距离为直角边，以对角线的局部为斜边，计算该点位和所述对角线所围成的直角三角形面积；选择直角三角形面积最小时对应的点位作为下一个移动点位，直到到达运动终点(m’，n’)。

2.根据权利要求1所述的一种基于5G技术的远程可监控多轴协同智能控制器，其特征在于，CPU模块利用压力传感器的测量信号进行AGV的粗调平；CPU模块利用双轴倾角传感器的测量信号进行AGV的精调平。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于5G技术的远程可监控多轴协同智能控制器，其特征在于，所述AGV上设有4个驱动轮组。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于5G技术的远程可监控多轴协同智能控制器，其特征在于，所述AGV上设有4个压力传感器和4个AGV稳定支撑，每个AGV稳定支撑下方均安装1个压力传感器。

5.一种基于5G技术的远程可监控多轴协同智能控制器的智能控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、利用5G网关获取AGV的运动起始点、运动终点、运动速度、循环次数后发送给5G数据转换模，5G数据转换模通过TCP/IP协议将AGV的运动起始点、运动终点、运动速度、循环次数传输给CPU模块；

S2、CPU模块根据所述运动起始点、运动终点，确定AGV从运动起始点到运动终点的步数；其中AGV的运动路径中任意相邻的两点间距均相等；

S3、假设运动起始点为(m，n)，运动终点为(m’，n’)；CPU模块首先根据运动起始点(m，n)和运动终点(m’，n’)确定AGV的运动方向，然后以点(m，n)、点(m’，n’)、点(m，n’)、点(m’，n)为顶点围成矩形；

S4、运动起始点(m，n)和运动终点(m’，n’)的连线即为所述矩形的一条对角线；CPU模块计算所述矩形内所有点位，分别沿X轴方向和Y轴方向到所述对角线的距离；

S5、CPU模块对AGV的运动路径进行规划，规划方法为：AGV从运动起始点(m，n)开始，根据AGV的运动方向运动终点(m’，n’)移动，移动过程中，AGV检测与当前所处点位距离最近的四个点位是否存在障碍物，在不存在障碍物的点位中进行选择确定下一个移动点位，选择方式为：对每一个不存在障碍物的点位，以该点位分别沿X轴方向和Y轴方向到所述对角线的距离为直角边，以所述对角线的局部为斜边，计算该点位和所述对角线所围成的直角三角形面积；选择直角三角形面积最小时对应的点位作为下一个移动点位，直到到达运动终点(m’，n’)；

S6、CPU模块根据运动速度、循环次数、AGV的运动路径计算AGV的轮组驱动速度和方向，将计算结果发送给CAN通讯模块；

S7、CAN通讯模块通过MODBUS现场总线协议将AGV的轮组驱动速度和方向发送给AGV的轮组驱动；同时AGV将当前轮组速度和方向、故障信息发送给CAN通讯模块；RS485通讯模块通过MODBUS现场总线协议接收AGV导航系统反馈的AGV当前电量、路径状况、AGV当前位置；RS485通讯模块通过MODBUS现场总线协议接收压力传感器的测量信号和双轴倾角传感器的测量信号；压力传感器位于AGV稳定支撑的下方，双轴倾角传感器用于测量AGV上平面与水平方向夹角α以及AGV与垂直方向夹角β；

S8、CAN通讯模块将当前轮组速度和方向、故障信息发送给CPU模块；RS485通讯模块将AGV当前电量、路径状况、AGV当前位置、压力传感器的测量信号、双轴倾角传感器的测量信号发送给CPU模块；CPU模块将AGV当前电量、路径状况、AGV当前位置、当前轮组速度和方向、故障信息经5G 数据转换模块实时发送给5G网关；

S9、AGV到达运动终点后，CPU模块根据压力传感器的测量信号、双轴倾角传感器的测量信号，通过高速脉冲输出模块对AGV进行调平。

6.根据权利要求5所述的一种基于5G技术的远程可监控多轴协同智能控制器的智能控制方法，其特征在于，AGV从运动起始点(m，n)运动到运动终点(m’，n’)的步数为：

d＝|m′-m|+|n′-n|。

7.根据权利要求5所述的一种基于5G技术的远程可监控多轴协同智能控制器的智能控制方法，其特征在于，确定AGV的运动方向的方法为：

当m’＝m时，若n’≥n，则AGV沿竖直方向Y轴运动，由(m，n)→(m，n+i)方向运动，其中0≤i≤(n’-n)；i为Y轴方向步进序数；

当m’＝m时，若n’<n，则AGV沿竖直方向Y轴运动，由(m，n)→(m，n+i)方向运动，其中(n’-n)≤i≤0；

当m’<m时，tanγ＝(n’-n)/(m’-m)，若tanγ≥0，则AGV沿(m，n)→(m+t，n+i)方向运动，其中(m’-m)<t≤0，(n’-n)≤i≤0，γ为起始点(m，n)与终点(m’，n’)所连成的斜线与X轴正方向的夹角，0≤γ≤180°，t为X轴方向步进序数；

当m’>m时，若tanγ≥0，则AGV沿(m，n)→(m+t，n+i)方向运动，其中0≤t<(m’-m)，0≤i≤(n’-n)；

当m’<m时，若tanγ<0，则AGV沿(m，n)→(m+t，n+i)方向运动，其中(m’-m)<t≤0，0≤i≤(n’-n)；

当m’>m时，若tanγ<0，则AGV沿(m，n)→(m+t，n+i)方向运动，其中0≤t<(m’-m)，(n’-n)≤i≤0。

8.根据权利要求5所述的一种基于5G技术的远程可监控多轴协同智能控制器的智能控制方法，其特征在于，CPU模块利用压力传感器的测量信号进行AGV的粗调平；CPU模块利用双轴倾角传感器的测量信号进行AGV的精调平。

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