CN205121333U - 一种agv车载控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种AGV车载控制系统，其包括主控制单元、数字输入输出IO口控制单元、驱动及导航控制单元，所述数字输入输出IO口控制单元、驱动及导航控制单元均通过CAN总线与主控单元连接。本实用新型提供的AGV车载控制系统采用嵌入式系统结构，基于CAN总线通讯方式，具有集成度高、智能性好、可扩展性强等特点；同时还具有工作稳定性高、抗干扰能力强，适应范围广等优点。

Description

一种AGV车载控制系统

技术领域

本实用新型涉及AGV控制领域，特别涉及一种AGV车载控制系统。

背景技术

AGV(AutomatedGuidedVehicle）,意即“自动导引运输车”，是指装备有电磁或光学等自动导引装置，它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车，AGV属于轮式移动机器人的范畴。国内对AGV控制技术的研究起步较晚，始于上世纪70年代，这些AGV使用的均是各AGV厂商针对自己产品开发的专用控制系统，不具备开放性和柔性，技术并不成熟，应用有限。而现有的AGV车载控制系统在开发过程中，普遍存在可重用性差，开发效率低，产品功能单一等问题，且AGV车载控制系统还存在着工作稳定性较差、适用范围不广等缺点。随着物流系统的迅速发展,AGV的应用范围也在不断扩展，而目前我国对AGV关键技术主要是从国外引进，单纯的引进技术产品价格昂贵。鉴于目前我国对AGV车载控制系统的研发尚处于初级阶段，现有的AGV车载控制系统难以满足在实际应用的需求，始终制约了我国制造业的发展，本实用新型正是基于填补国内这一空白技术的背景下而研发的。

实用新型内容

为了克服现有技术中的不足，本实用新型提供一种工作稳定性高、适应范围广的AGV车载控制系统。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种AGV车载控制系统，包括主控制单元、数字输入输出IO口控制单元、驱动及导航控制单元，所述数字输入输出IO口控制单元、驱动及导航控制单元均通过CAN总线与主控单元连接；

所述主控制单元包括ARM微处理器、CAN总线通信模块、外部IO设备接口模块、RFID信息采集模块、人机界面模块以及通信模块，所述ARM微处理器通过CAN总线通信模块与CAN总线连接，所述外部IO设备接口模块与ARM微处理器的数字IO口连接，所述RFID信息采集模块、人机界面模块以及通信模块则分别与ARM微处理器的一COM口连接；

所述驱动及导航控制单元包括DSP处理器、CAN总线通信模块、以及车轮驱动控制模块，所述DSP处理器的CAN模块通过CAN总线通信模块与CAN总线连接，所述车轮驱动控制模块与DSP处理器连接；

所述数字输入输出IO口控制单元包括DSP处理器、CAN总线通信模块、以及外部IO设备接口模块，所述DSP处理器通过CAN总线通信模块与CAN总线连接，所述外部IO设备接口模块与DSP处理器的数字IO口连接。

进一步地，所述主控制单元还包括2.4G无线模块，该2.4G无线模块与所述ARM微处理器的数字IO口连接，用以组成一交通管制模块，该交通管制模块主要负责AGV与AGV之间的数据交换处理，接受和解析AGV与AGV无线信息，实现AGV与AGV之间的自主交通管制。

进一步地，所述驱动及导航控制单元还包括显示模块，该显示模块与所述驱动及导航控制单元中的DSP处理器的数字IO口连接，用以组成一数据监控模块，该数据监控模块主要负责对驱动及导航控制单元的数据监控。

进一步地，所述数字输入输出IO口控制单元还包括显示模块、COM口通信模块、2.4G无线模块中的一种或多种模块，该显示模块与数字输入输出IO口控制单元中的DSP处理器的数字IO口连接,用以组成一数据监控模块，该数据监控模块主要负责对数字输入输出IO口控制单元的数据监控；该2.4G无线模块与数字输入输出IO口控制单元中的DSP处理器的数字IO口连接,用以组成一无线通信模块，该无线通信模块主要负责与带2.4G无线模块接口设备之间的数据交换处理，接收和解析带2.4G无线模块接口设备的信息，同时将控制信息反馈给带2.4G无线模块接口设备；该COM口通信模块与数字输入输出IO口控制单元中的DSP处理器的一COM口连接，其主要负责与带COM口设备之间的数据交换处理，接收和解析带COM口设备的信息，同时将控制信息反馈给带串口COM口设备。

进一步地，所述AGV车载控制系统还包括有通过CAN总线与主控单元连接的扩展模块单元，所述扩展模块单元包括用于采集现场数字量传感器信号的数字开关量信号采集模块和/或用于采集现场模拟量传感器信号的模拟量输出的传感器信号采集模块。

优选地，所述车轮驱动控制模块包括依次连接的DA转换电路、电机驱动器、电机以及编码器，所述DA转换电路与所述ARM微处理器的数字IO口连接，所述编码器通过光耦与ARM微处理器的电平终端变化口连接，所述电机驱动器还通过光耦与所述ARM微处理器的数字IO口连接。

优选地，所述主控制单元中的外部IO设备接口模块通过光耦模块与ARM微处理器的数字IO口连接；所述数字输入输出IO口控制单元中的外部IO设备接口模块通过光耦模块与DSP处理器的数字IO口连接。

优选地，所述主控制单元中的通信模块为COM口通信模块或串口服务器；所述驱动及导航控制单元与数字输入输出IO口控制单元中的显示模块均为LCD模块。

优选地，所述CAN总线通信模块包括依次连接的CAN接口电路、高速光耦以及CAN模块，所述CAN模块为所述ARM微处器或DSP处理器内的功能模块。

本实用新型提供的AGV车载控制系统具有的有益效果有：采用嵌入式系统结构，基于CAN总线通讯方式，具有集成度高、智能性好、可扩展性强等特点；同时还具有工作稳定性高、抗干扰能力强，适应范围广等优点。

附图说明

附图1为本实用新型实施例中AGV车载控制系统的结构示意框图；

附图2为本实用新型实施例中主控制单元的结构示意框图；

附图3为本实用新型实施例中驱动及导航控制单元的结构示意框图；

附图4为本实用新型实施例中数字输入输出IO口控制单元的结构示意框图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

如附图1所示，一种AGV车载控制系统，包括主控制单元、数字输入输出IO口控制单元、驱动及导航控制单元，所述数字输入输出IO口控制单元、驱动及导航控制单元均通过CAN总线与主控单元连接。为了适应不同的应用场合和扩展其应用范围，该AGV车载控制系统还设置有扩展模块单元，该扩展模块单元同样是通过CAN总线与主控单元连接，具体扩展功能模块，可根据实际需要来进行扩展。本实施例中，所述扩展模块单元包括用于采集现场数字量传感器信号的数字开关量信号采集模块和/或用于采集现场模拟量传感器信号的模拟量输出的传感器信号采集模块。

在本实施例中，主控制单元为基于Cortex-M3内核的ARM微处理器的控制单元，数字输入输出IO口控制单元、驱动及导航控制单元则为基于DSP处理器的控制单元；其中，本实施例的ARM微处理器的型号优选为STM32F103VE，DSP处理器的型号优选为DSPIC30F6014A。

本实施例提供的AGV车载控制系统以CAN总线为桥梁，实现各单元间的数据交换和处理，彼此相互独立却又相互联系，即其驱动及导航控制单元、数字输入输出IO口控制单元以及扩展模块单元均通过CAN总线与主控制单元连接，主控单元将控制指令以定义好的协议通过CAN总线发送给数字输入输出IO口控制单元、驱动控制及导航控制单元、扩展模块单元，同时数字输入输出IO口控制单元、驱动控制及导航控制单元、扩展模块单元将状态信息以定义好的协议反馈给主控制单元。

以下对AGV车载控制系统中的主控制单元、驱动及导航控制单元、数字输入输出IO口控制单元等各控制单元作进一步说明。

如附图2所示，所述主控制单元包括ARM微处理器、CAN接口电路、外部IO设备接口模块、RFID信息采集模块、触控屏、2.4G无线模块以及通信模块，其中：CAN接口电路与ARM微处理器的CAN模块连接，通信模块、触控屏、RFID信息采集模块分别与ARM微处理器的COM1口、COM2口、COM3口连接，2.4G无线模块、外部IO设备接口模块均与ARM微处理器的数字IO口连接。优选地，CAN接口电路通过高速光耦与ARM微处理器的CAN模块连接，外部IO设备接口模块则通过光耦与ARM微处理器的数字IO口连接，以对输入、输出电信号起到良好的隔离作用，增强系统的抗干扰能力与工作的可靠性。

本实施例的主控制单元中，CAN接口电路、高速光耦、ARM微处理器中的CAN模块依次连接构成CAN总线通信模块，其主要负责主控制单元与驱动及导航控制单元、数字输入输出IO口控制单元和扩展模块单元的数据交换处理，接受和解析主控制单元与驱动及导航控制单元、数字输入输出IO口控制单元和扩展模块单元的状态信息，同时将指令信息传输给驱动及导航控制单元和数字输入输出IO口控制单元。

触控屏通过与ARM微处理器中的COM2口连接构成人机界面模块，主要负责主控制单元和触控屏的数据交换处理，接受和解析触摸屏数据，以实现参数设定，配置，航线表设置，手动操作等功能，同时将驱动及导航控制单元、数字输入输出IO口控制单元和扩展模块单元信息输送给人机界面实现状态监控。

RFID信息采集模块与ARM微处理器的COM3口连接，其主要负责控制单元对RFID信息的采集和解析，同时将解析的信息与人机界面模块设定的航线表进行数据处理，形成控制指令，同时还对RFID信息采集模块进行参数配置使其适合不同类型的RFID信息的采集。

本实施例中，主控制单元中的通信模块为COM口通信模块或串口服务器，该通信模块与ARM微处理器的COM1口连接，构成一无线局域网通信模块，其主要负责整个AGV车载控制系统与上位机系统数据交换处理，接受和解析上位机系统的调度控制指令，同时将车载控制系统的状态信息反馈给调度系统，实现物流输送系统的任务调度。

主控制单元中的2.4G无线模块与ARM微处理器的数字IO口连接，用以构成一交通管制模块，主要负责AGV与AGV之间的数据交换处理，接受和解析AGV与AGV的无线信息，实现AGV与AGV之间的自主交通管制。该交通管制模块可根据实际需要来配置。

如附图3所示，所述驱动及导航控制单元包括DSP处理器、通过高速光耦与DSP处理器的CAN模块连接的CAN接口电路、与DSP处理器的数字IO口连接的显示模块（本实施例为LCD模块），还包括有由DA转换电路、电机驱动器、电机、编码器以及光耦组成的车轮驱动控制模块；其中DA转换电路、电机驱动器、电机以及编码器依次连接，DA转换电路与DSP处理器的数字IO口连接，编码器通过光耦与DSP处理器的电平中断变化口连接，电机驱动器还通过光耦与DSP处理器的数字IO口连接，形成一个对车轮的闭环控制系统，实现对电机的驱动与控制，从而实现对车身姿态校正、车身行走轨迹的精确导航等。

在驱动及导航控制单元中，CAN接口电路、高速光耦、DSP处理器中的CAN模块依次连接构成CAN总线通信模块，其主要负责驱动及导航控制单元与主控制单元的数据交换处理，通过接收和解析主控制单元发送的指令对行走驱动控制模块进行控制，同时将行走驱动控制模块的运行状态信息反馈给主控制单元。

车轮驱动控制模块主要用于将主控制单元给定运行速度通过DA转换电路转化成速度控制量发送给电机驱动器，对驱动轮进行控制如控制驱动轮的启动和停止，前进和后退，加速和减速，同时通过驱动轮编码器采集驱动轮电机的实际转速，组成一个速度和车体姿态闭环控制系统，同时调整AGV车体姿态，使AGV按照设定的路径轨迹运行。

驱动及导航控制单元中的显示模块（LCD模块）通过与DSP处理器的数字IO口连接，用以构成一数据监控模块，该数据监控模块主要负责对驱动及导航控制单元的数据监控。该数据监控模块可根据实际需要来配置。

如附图4所示，所述数字输入输出IO口控制单元包括DSP处理器、通过高速光耦与DSP处理器的CAN模块连接的CAN接口电路、与DSP处理器的数字IO口连接的显示模块（本实施例中同样为LCD模块），通过光耦模块与DSP处理器的数字IO口连接的外部IO设备接口模块，与DSP处理器的数字IO口连接的2.4G无线模块，与DSP处理器的COM口连接的COM口通信模块。该数字输入输出IO口控制单元主要用于实现外围IO接口电路的输出信号采集与控制。

本实施例的数字输入输出IO口控制单元中，由CAN接口电路、高速光耦、DSP处理器的CAN模块依次连接构成CAN总线通信模块，其主要负责与主控制单元的数据交换处理，通过接收和解析主控制单元发送的指令对输入输出IO口进行控制，同时数字输入输出IO口控制单元状态信息反馈给主控制单元。

外部IO设备接口模块通过光耦模块与DSP处理器的数字IO口连接构成一数字IO口控制模块，用以负责外部设备的开关信号采集，和将CAN总线通信模块解析处理的指令信息转换成数字控制高低电平实现对外部IO设备控制。

此外，本实施例的数字输入输出IO口控制单元，还可根据需要配置以下几个功能模块：显示模块（LCD模块）通过与DSP处理器的数字IO口连接构成一数据监控模块，用以负责对数字输入输出IO口控制单元的数据监控；COM口通信模块与DSP处理器的COM口连接，其主要负责与带COM口的设备之间进行数据交换处理，接收和解析带COM口的设备的信息，同时将控制信息反馈给带COM口的设备；2.4G无线模块通过与DSP处理器的数字IO口连接，构成一无线通信模块，用于负责与带2.4G无线模块接口设备之间的数据交换处理，接收和解析带2.4G无线通信模块接口设备的信息，同时将控制信息反馈给带2.4G无线通信模块接口设备。

以上所述的主控制单元、驱动及导航控制单元、数字输入输出IO口控制单元中的CAN接口电路均通过CAN总线来连接，以实现各单元间的数据交换和处理；各单元还包括有用于供其进行正常工作的电源模块，这些电源模块为现有技术，可根据自身需求来进行配置，这里不再对其进行详述。

以下简要说明一下应用本实施例提供的AGV车载控制系统的工作过程：

1.当AGV运行到目标位置时，主控制单元的RFID信息采集模块采集到该点信息（如取料等待点），然后将该点的信息与人机界面模块设定的航线表参数进行数据处理得出指令信息（停止等待指令）；

2.指令信息通过CAN总线通信模块将指令发送给数字输入输出IO口控制单元、驱动及导航控制单元；

3.驱动及导航控制单元中通过其CAN总线通信模块接受和解析指令（停止等待指令），然后通过其车轮驱动控制模块对电机进行控制（让电机停止运行），同时调整AGV车体姿态，当电机停止运行后，通过CAN总线通信模块将AGV运行状态（正常停止信息）反馈给主控制单元；

4.主控制单元通过CAN总线通信模块接受和解析反馈的信息，然后将停止指令通过CAN总线通信模块发送给数字输入输出IO口控制单元，数字输入输出IO口控制单元通过CAN总线通信模块接受和解析指令（停止），然后利用数字输入输出IO口控制单元控制AGV运行状态等的切换，同时主控制单元通过其无线局域网通信模块将状态信息和当前位置信息反馈给上位机系统。

5.主控制单元通过其无线局域网通信模块接受和解析上位机系统的控制指令，当接受到启动指令后主控制单元通过CAN总线通信模块将指令发送给数字输入输出IO口控制单元和驱动及导航控制单元实现启动控制等一系列控制。

本实施例提供的AGV车载控制系统，具有集成度高、智能性好、可扩展性强等特点；同时还具有工作稳定性高、抗干扰能力强，适应范围广等优点，将其在汽车、电子、食品、化工、港口、邮政、印刷、饮料、烟草、化工、医药等多个行业的进行推广应用，可有效推动各行业的产业结构升级和转型。

上述实施例中提到的内容为本实用新型较佳的实施方式，并非是对本实用新型的限定，在不脱离本实用新型发明构思的前提下，任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种AGV车载控制系统，其特征在于：包括主控制单元、数字输入输出IO口控制单元、驱动及导航控制单元，所述数字输入输出IO口控制单元、驱动及导航控制单元均通过CAN总线与主控单元连接；

所述主控制单元包括ARM微处理器、CAN总线通信模块、外部IO设备接口模块、RFID信息采集模块、人机界面模块以及通信模块，所述ARM微处理器通过CAN总线通信模块与CAN总线连接，所述外部IO设备接口模块与ARM微处理器的数字IO口连接，所述RFID信息采集模块、人机界面模块以及通信模块则分别与ARM微处理器的一COM口连接；

所述驱动及导航控制单元包括DSP处理器、CAN总线通信模块、以及车轮驱动控制模块，所述DSP处理器的CAN模块通过CAN总线通信模块与CAN总线连接，所述车轮驱动控制模块与DSP处理器连接；

所述数字输入输出IO口控制单元包括DSP处理器、CAN总线通信模块、以及外部IO设备接口模块，所述DSP处理器通过CAN总线通信模块与CAN总线连接，所述外部IO设备接口模块与DSP处理器的数字IO口连接。

2.根据权利要求1所述的AGV车载控制系统，其特征在于：所述主控制单元还包括2.4G无线模块，该2.4G无线模块与所述ARM微处理器的数字IO口连接，用以组成一交通管制模块。

3.根据权利要求2所述的AGV车载控制系统，其特征在于：所述驱动及导航控制单元还包括显示模块，该显示模块与所述驱动及导航控制单元中的DSP处理器的数字IO口连接，用以组成一数据监控模块。

4.根据权利要求3所述的AGV车载控制系统，其特征在于：所述数字输入输出IO口控制单元还包括显示模块、COM口通信模块、2.4G无线模块中的一种或多种模块，该显示模块与数字输入输出IO口控制单元中的DSP处理器的数字IO口连接,用以组成一数据监控模块；该2.4G无线模块与数字输入输出IO口控制单元中的DSP处理器的数字IO口连接,用以组成一无线通信模块；该COM口通信模块与数字输入输出IO口控制单元中的DSP处理器的一COM口连接。

5.根据权利要求1所述的AGV车载控制系统，其特征在于：所述车轮驱动控制模块包括依次连接的DA转换电路、电机驱动器、电机以及编码器，所述DA转换电路与所述ARM微处理器的数字IO口连接，所述编码器通过光耦与ARM微处理器的电平终端变化口连接，所述电机驱动器还通过光耦与所述ARM微处理器的数字IO口连接。

6.根据权利要求1所述的AGV车载控制系统，其特征在于：所述主控制单元中的通信模块为COM口通信模块或串口服务器。

7.根据权利要求1所述的AGV车载控制系统，其特征在于：所述主控制单元中的外部IO设备接口模块通过光耦模块与ARM微处理器的数字IO口连接；所述数字输入输出IO口控制单元中的外部IO设备接口模块通过光耦模块与DSP处理器的数字IO口连接。

8.根据权利要求1所述的AGV车载控制系统，其特征在于：所述驱动及导航控制单元与数字输入输出IO口控制单元中的显示模块均为LCD模块。

9.根据权利要求1所述的AGV车载控制系统，其特征在于：所述CAN总线通信模块包括依次连接的CAN接口电路、高速光耦以及CAN模块，所述CAN模块为所述ARM微处器或DSP处理器内的功能模块。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的AGV车载控制系统，其特征在于：所述AGV车载控制系统还包括有通过CAN总线与主控单元连接的扩展模块单元，所述扩展模块单元包括用于采集现场数字量传感器信号的数字开关量信号采集模块和/或用于采集现场模拟量传感器信号的模拟量输出的传感器信号采集模块。