基于無線通訊的AGV設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

王國梁 薛曉茹 孫佳麗 宮政

摘? 要：AGV在現(xiàn)代工業(yè)自動化系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用和推廣，但由于移動往往不能和其它設(shè)備組網(wǎng)，針對這個問題運(yùn)用WBOX網(wǎng)絡(luò)模塊設(shè)計一款無線通訊的AGV，對AGV進(jìn)行了硬件設(shè)計，同時對循跡算法進(jìn)行改進(jìn)。經(jīng)實(shí)踐表明，利用WBOX組網(wǎng)方式簡單快捷，方便推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無線通訊;AGV;WBOX組網(wǎng);循跡算法

中圖分類號：TM73? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）04-0096-03

Abstract： AGV has been widely used and popularized in modern industrial automation system， but it is often unable to network with other devices because of mobile. To solve this problem， we use WBOX network module to design a wireless communication AGV， design the hardware of AGV， and improve the tracking algorithm. The practice shows that WBOX networking is simple and fast， and it is easy to promote and apply.

Keywords： wireless communication; AGV; WBOX networking; tracking algorithm

1 概述

自動導(dǎo)引車種類繁多，是工業(yè)移動機(jī)器人的典型代表，因其操作靈活、工作效率高、容易升級等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代工業(yè)自動化系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用和推廣[1-2]。但是由于AGV是移動的，往往不能和其它設(shè)備組網(wǎng)，無法實(shí)時控制，因此本文利用國內(nèi)信捷公司推出的WBOX網(wǎng)絡(luò)模塊，設(shè)計一款無線通訊的AGV，可以進(jìn)行組網(wǎng)建設(shè)，從而使AGV更智能化。

2 硬件設(shè)計

AGV小車一般應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場，所以選用抗干擾的PLC作為控制器，小車主要功能就是檢測外界信號，判斷行走路線并走到指定區(qū)域，所以由導(dǎo)航裝置、驅(qū)動模塊、無線通訊和人機(jī)界面幾部分組成，具體框圖如圖1。

2.1 導(dǎo)航模塊

AGV小車常用的導(dǎo)引方式有電磁感應(yīng)、激光、磁帶感應(yīng)、陀螺儀等幾種主流的導(dǎo)引方式[3]，而磁帶導(dǎo)引方式鋪設(shè)成本低，相較于其他方式便于實(shí)施，不容易受外界環(huán)境的變化所影響，如光線的變化或者路面的污損，且它的成本低廉使用壽命長可靠性高。本設(shè)計采用的是磁帶導(dǎo)引方式，它主要是在地上鋪設(shè)磁條，然后通過磁導(dǎo)引傳感器來檢測當(dāng)前位置，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而達(dá)到導(dǎo)向的功能。磁帶導(dǎo)引傳感器能夠檢測微弱的磁場強(qiáng)度，這種傳感器通常情況下分為很多點(diǎn)數(shù)，其中不同的點(diǎn)數(shù)也決定了他的精度不一樣，與此同時其點(diǎn)數(shù)的間隔以及響應(yīng)時間等都會對其有所影響，我們采用的WRG-016型的磁帶傳感器，它可以檢測磁場的S極，具有16路開關(guān)信號，引腳定義如表1。

AGV屬于移動裝置，直流電源供電，因此選用直流無刷電機(jī)。我們選用尤奈特電機(jī)BM 1418ZXF型直流電機(jī)，它的額定功率為350W，額定轉(zhuǎn)速為2800rpm，減速比為1：6，額定電壓36V，直流電機(jī)與車輪利用鏈連接，達(dá)到傳動的目的。采用差速型控制，即利用左右兩個電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和速度的差值實(shí)現(xiàn)AGV的左右轉(zhuǎn)、前進(jìn)、后退和停止。

2.3 WBOX網(wǎng)絡(luò)模塊

WBOX是基于無線WIFI的數(shù)據(jù)通信模塊，支持Modbus-RTU協(xié)議，無線端提供Modbus TCP協(xié)議，可以和xc系列PLC廣泛應(yīng)用于自動化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無線監(jiān)控。AGV的控制器通過WBOX模塊與無線路由器建立連接，從而使得AGV與上位機(jī)進(jìn)行無線局域網(wǎng)通信。WBOX和PLC的連接方式如圖2。

2.4 PLC選擇及I/O分配

因?yàn)閭鞲衅魇荖PN輸出型，所以PLC也要選擇NPN型的輸入，而且磁帶傳感器有16個端子信號，選擇信捷XC5-32RT-C型PLC，由于需要的輸入點(diǎn)比較多，所以增加一個擴(kuò)展模塊XC-C16X增加輸入點(diǎn)。

具體的I/O分配如表2。

3 軟件設(shè)計

3.1 PWM調(diào)速

AGV主要實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)，后退和轉(zhuǎn)彎，而轉(zhuǎn)彎靠速差來實(shí)現(xiàn)，所以調(diào)速是重點(diǎn)，直接選用PWM調(diào)速指令如圖3，對頻率以及占空比大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)速。

占空比數(shù)值 n的范圍為1～255，輸出頻率f的范圍是0～72KHz，PWM脈寬調(diào)制輸出的占空比=n/256×100%。

PWM脈寬調(diào)制輸出是以0.1Hz為單位的，所以S2設(shè)定頻率時，設(shè)定值是實(shí)際頻率的10倍關(guān)系（即10f）。如要設(shè)定頻率為72KHz，則S2中的設(shè)定值應(yīng)為720000。X0為ON時，輸出PWM波形;X0為OFF時，停止輸出。PMW脈寬調(diào)制輸出是不同于脈沖輸出的，它的輸出不累計的。

在梯形圖中，我們可以將占空比以及頻率都設(shè)成相應(yīng)的寄存器，這樣就修改寄存器的值就可調(diào)節(jié)速度，方便調(diào)試，程序如圖4所示。

3.2 無線通訊配置

連接WBOX時，PLC串口需配置成一些參數(shù)，表3所示。同時將撥碼開關(guān)S2置off，設(shè)為Modbus模式;配置完成后，由于Modbus通訊，編程直接運(yùn)用通訊指令如REGW和REGR指令。

3.3 循跡算法

循跡算法設(shè)計是否合格的關(guān)鍵在于AGV機(jī)器人的運(yùn)

行是否穩(wěn)定，循跡路線是否與設(shè)定軌道一致。AGV正常運(yùn)行時一般的當(dāng)機(jī)器人在磁道正中間時磁導(dǎo)航傳感器剛好可以檢測到2路磁通量，當(dāng)機(jī)器人發(fā)生偏轉(zhuǎn)時16路傳感器的磁通開關(guān)量可以本論文采用16路磁通開關(guān)量磁導(dǎo)航傳感器，共16個輸入信號，我們規(guī)定好AGV的行車線路，將1號磁通檢測開關(guān)所在位置設(shè)定為左邊，16號磁通檢測開關(guān)所在的位置設(shè)定為右邊，中間8、9磁通檢測開關(guān)所在的位置為直線行駛中間位置。AGV小車直線前進(jìn)時，8、9兩個磁通檢測開關(guān)應(yīng)該是始終置on的，因?yàn)榇艓в幸欢ǖ膶挾龋鴥蓚€引腳之間的距離只有10mm，所以將7、10兩個端子當(dāng)做余量處理。一旦有7往前編號的開關(guān)量觸發(fā)，即AGV向右偏轉(zhuǎn)一定的角度。另一側(cè)則AGV向左偏轉(zhuǎn)一定的角度。根據(jù)信號值判斷偏轉(zhuǎn)角度的大小，然后調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速差，從而實(shí)現(xiàn)循跡。

但是如果只要導(dǎo)引磁帶與機(jī)器人有稍微的偏移，電機(jī)會立即做出調(diào)整，循跡過程中機(jī)器人的調(diào)整過快就會造成機(jī)器人沿著軌跡擺動，嚴(yán)重時出現(xiàn)發(fā)生劇烈的抖動。所以我們可以將1～6號端子分階段，采用模糊控制，控制左右輪，以達(dá)到穩(wěn)定的效果，向右偏轉(zhuǎn)效果如左一樣。具體循跡措施如表4所示。

4 結(jié)束語

本文論文對循跡算法進(jìn)行了改進(jìn)，使AGV的行走更平穩(wěn)，采用WBOX模塊實(shí)現(xiàn)了AGV的無線監(jiān)控，解決傳統(tǒng)AGV往往只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的功能，使AGV更加智能化，該無線組網(wǎng)方式簡單方便，可在更多的工控領(lǐng)域推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉懿鋒，張瑜潔.自動化物流系統(tǒng)中AGV小車系統(tǒng)的應(yīng)用探討[J].中國設(shè)備工程，2018（16）：135-136.

[2]張辰貝西，黃志球.自動導(dǎo)航車（AGV）發(fā)展綜述[J].中國制造業(yè)信化，2010（01）：53-59.

[3]楊美娟.磁導(dǎo)航AGV機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)的研究及應(yīng)用[D].青島科技大學(xué)，2018.