第八章 自动引导小车

1、第八章第八章 自动引导小车自动引导小车Automated Guided Vehicle，简称AGV 第一节第一节 概述概述AGV是一种自动化的无人驾驶的智能化是一种自动化的无人驾驶的智能化搬运设备搬运设备,属于移动式机器人系统，属于移动式机器人系统， 可以可以按照监控系统下达的指令，根据预先设按照监控系统下达的指令，根据预先设定的程序，依照车载传感器确定的位置定的程序，依照车载传感器确定的位置信息，沿着规定的行驶路线和停靠位置信息，沿着规定的行驶路线和停靠位置自动驾驶。自动驾驶。AGV具有灵活性、智能化等显著特点具有灵活性、智能化等显著特点,可可以方便地重组系统以方便地重组系统,达到生产过程的

2、柔性达到生产过程的柔性化运输。化运输。第一节第一节 概述概述一、分类一、分类1、牵引式、牵引式AGV2、托盘式、托盘式AGV3、单元载荷式、单元载荷式AGV4、叉车式、叉车式AGV5、轻便式、轻便式AGV6、专用式、专用式AGV7、悬挂式、悬挂式AGV第二节第二节 AGV的基本构成的基本构成AGV以电池为动力，装备电磁或光学以电池为动力，装备电磁或光学等等自动导航装置自动导航装置，能够独立自动寻址，能够独立自动寻址，并通过计算机系统控制，完成无人驾驶并通过计算机系统控制，完成无人驾驶及作业。因此，及作业。因此，AGV具有电动车辆的具有电动车辆的结构特征。结构特征。第二节第二节 AGV的基本构成

3、的基本构成AGV的基本构成包括：车体、能源储的基本构成包括：车体、能源储存装置、转向和驱动系统、安全系统、存装置、转向和驱动系统、安全系统、控制与通信系统、引导系统控制与通信系统、引导系统 。1、车体、车体车体包括底盘、车轮、车架、壳体和控车体包括底盘、车轮、车架、壳体和控制室等，是制室等，是AGV的运动的主要部件和的运动的主要部件和装配其他装置的主要支撑装配其他装置的主要支撑。 图图1所示是一种三轮所示是一种三轮AGV的结构示意图的结构示意图,主要由底盘车、动力装置和控制系统等主要由底盘车、动力装置和控制系统等组成组成,采用后轮驱动、前轮转向运行方式。采用后轮驱动、前轮转向运行方式。AGV的

4、底盘车主要包括车架、驱动装置的底盘车主要包括车架、驱动装置和转向机构。和转向机构。车架通常为钢结构件车架通常为钢结构件,要求具有一定的强要求具有一定的强度和刚度。度和刚度。二、能源储存装置二、能源储存装置能源储存装置是能源储存装置是AGV的动力装置，一般的动力装置，一般为蓄电池及其充放电控制装置，电池为为蓄电池及其充放电控制装置，电池为24V或或48V的工业电池的工业电池,有铅酸蓄电池、镉有铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、镍锌蓄电池、镍氢蓄电池、镍蓄电池、镍锌蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子蓄电池等可供选用，需要考虑的锂离子蓄电池等可供选用，需要考虑的因素除了功率、容量因素除了功率、容量(Ah数数)、功率重

5、量、功率重量比、体积等外，最关键的因素是需要考比、体积等外，最关键的因素是需要考虑充电时间的长短和维护的容易性。虑充电时间的长短和维护的容易性。二、能源储存装置二、能源储存装置快速充电为大电流充电快速充电为大电流充电,一般采用专业的一般采用专业的充电装备充电装备,AGV本身必须有充电限制装本身必须有充电限制装置和安全保护装置。置和安全保护装置。充电装置在充电装置在AGV上的布置方式有多种，上的布置方式有多种，一般有地面电靴式、壁挂式等一般有地面电靴式、壁挂式等,并需要结并需要结合合AGV的运行状况，综合考虑其在运行的运行状况，综合考虑其在运行状态下，可能产生的短路等因素，从而状态下，可能产生的

6、短路等因素，从而考虑配置考虑配置AGV的安全保护装置。的安全保护装置。三、转向和驱动系统三、转向和驱动系统驱动装置由车轮、减速器、制动器、电驱动装置由车轮、减速器、制动器、电机及调速器等组成，是一个伺服驱动的机及调速器等组成，是一个伺服驱动的速度控制系统，驱动系统可由计算机或速度控制系统，驱动系统可由计算机或人工控制，可驱动人工控制，可驱动AGV运行并具有速度运行并具有速度控制和制动能力。控制和制动能力。根据根据AGV运行方式的不同，常见的运行方式的不同，常见的AGV转向机构有铰轴转向式、差速转向式和转向机构有铰轴转向式、差速转向式和全轮转向式等形式。通过转向机构，全轮转向式等形式。通过转向机

7、构，AGV可以实现向前、向后，或能纵向、可以实现向前、向后，或能纵向、横向、斜向及回转的全方位运动横向、斜向及回转的全方位运动。四、安全系统四、安全系统AGV的安全措施至关重要的安全措施至关重要,必须确保必须确保AGV在运行过在运行过程中的自身安全程中的自身安全,以及现场人员与各类设备的安全。以及现场人员与各类设备的安全。一般情况下一般情况下,AGV都采取多级硬件和软件的安全监都采取多级硬件和软件的安全监控措施。如在控措施。如在AGV前端设有非接触式防碰传感器前端设有非接触式防碰传感器和接触式防碰传感器和接触式防碰传感器,AGV顶部安装有醒目的信号顶部安装有醒目的信号灯和声音报警装置灯和声音报

8、警装置,以提醒周围的操作人员。对需以提醒周围的操作人员。对需要前后双向运行或有侧向移动需要的要前后双向运行或有侧向移动需要的AGV,则防碰则防碰传感器需要在传感器需要在AGV的四面安装。一旦发生故的四面安装。一旦发生故障障,AGV自动进行声光报警自动进行声光报警,同时采用无线通讯方式同时采用无线通讯方式通知通知AGV监控系统。监控系统。五、控制系统五、控制系统AGV控制系统通常包括车上控制器和地面控制系统通常包括车上控制器和地面(车外车外)控制器两部分控制器两部分,目前均采用微型计算目前均采用微型计算机机,由通信系统联系。通常由通信系统联系。通常,由地面由地面(车外车外)控控制器发出控制指令制

9、器发出控制指令,经通信系统输入车上控经通信系统输入车上控制器控制制器控制AGV运行。运行。车上控制器完成车上控制器完成AGV的手动控制、安全装的手动控制、安全装置启动、蓄电池状态、转向极限、制动器置启动、蓄电池状态、转向极限、制动器解脱、行走灯光、驱动和转向电机控制与解脱、行走灯光、驱动和转向电机控制与充电接触器的监控及行车安全监控等。充电接触器的监控及行车安全监控等。五、控制系统五、控制系统地面控制器完成地面控制器完成AGV调度、控制指调度、控制指令发出和令发出和AGV运行状态信息接收。运行状态信息接收。控制系统是控制系统是AGV的核心。的核心。AGV的运的运行、监测及各种智能化控制的实现行

10、、监测及各种智能化控制的实现,均需通过控制系统实现。均需通过控制系统实现。第三节第三节 AGV的导航技术的导航技术AGV的导航是指其决定的导航是指其决定AGV运行方向和运行方向和路径的方法。目前常用的路径的方法。目前常用的AGV导航方式导航方式主要有主要有 预定路径方式和非预定路径方式预定路径方式和非预定路径方式两种。两种。所谓车外预定路径导航方式是指在行驶所谓车外预定路径导航方式是指在行驶的路径上设置导航用的信息媒介物的路径上设置导航用的信息媒介物,AGV通过检测其信息而得到导向的导航方式通过检测其信息而得到导向的导航方式,如电磁导引、光学导引、磁带导引如电磁导引、光学导引、磁带导引(又称又

11、称磁性导引磁性导引)等。等。第三节第三节 AGV的导航技术的导航技术所谓非预定路径所谓非预定路径(自由路径自由路径)导航方式是导航方式是指指AGV不预先确定行驶路径不预先确定行驶路径,AGV根据根据调度要求调度要求,在运行过程中通过方位识别在运行过程中通过方位识别确定行驶路径。如激光导航、坐标或地确定行驶路径。如激光导航、坐标或地理信息识别导航、视觉导航、路径规划理信息识别导航、视觉导航、路径规划等。等。1、光学与磁性导航方式、光学与磁性导航方式光学与磁性导航方式是光学与磁性导航方式是AGV较早开始使较早开始使用的导航方式，使用方便。用的导航方式，使用方便。光学导航方式是在地面上连续铺设一条光

12、学导航方式是在地面上连续铺设一条用发光材料制作的带子，或者用发光涂用发光材料制作的带子，或者用发光涂料涂抹在规定的运行路线上，在料涂抹在规定的运行路线上，在AGV的的底部左右对称安装有底部左右对称安装有2个检测反射光的个检测反射光的传感器。传感器。通过偏差测定来控制驱动与转向电机，通过偏差测定来控制驱动与转向电机，达到调整达到调整AGV前进方向的目的前进方向的目的 。 在地面上连续铺设一条金属磁在地面上连续铺设一条金属磁带，在带，在AGV上安装磁性传感器上安装磁性传感器,检测磁带的磁场，通过磁场偏差检测磁带的磁场，通过磁场偏差测定和控制驱动与转向电机来调测定和控制驱动与转向电机来调整车辆行驶方

13、向，这就是磁性导整车辆行驶方向，这就是磁性导航方式。航方式。2、电磁感应导航方式、电磁感应导航方式在地面沿预先设定的行驶路径埋设电线在地面沿预先设定的行驶路径埋设电线,当高频电流流经导线时当高频电流流经导线时,导线周围产生电导线周围产生电磁场磁场,AGV上左右对称安装有上左右对称安装有2个电磁感个电磁感应器应器,它们所接收的电磁信号的强度差异它们所接收的电磁信号的强度差异可以反映可以反映AGV偏离路径的程度。偏离路径的程度。2、电磁感应导航方式、电磁感应导航方式AGV的自动控制系统根据这种偏差来控的自动控制系统根据这种偏差来控制车辆的转向制车辆的转向,连续的动态闭环控制能够连续的动态闭环控制能

14、够保证保证AGV对设定路径的稳定自动跟踪。对设定路径的稳定自动跟踪。这种电磁感应引导式导航方法目前在绝这种电磁感应引导式导航方法目前在绝大多数商业化的自动导航车系统大多数商业化的自动导航车系统(AGVS)上使用上使用,尤其是适用于大中型的尤其是适用于大中型的AGV。3、激光导航方式、激光导航方式激光导航方式是在激光导航方式是在AGV上安装可旋转的激光上安装可旋转的激光扫描器扫描器B，同时在运行路径沿途的墙壁或支，同时在运行路径沿途的墙壁或支柱上安装有高反光性反射板的激光定位标志柱上安装有高反光性反射板的激光定位标志A。AGV依靠激光扫描器发射激光束，然后接受依靠激光扫描器发射激光束，然后接受由

15、四周定位标志反射回的激光束，车载计算由四周定位标志反射回的激光束，车载计算机机C据此计算出车辆当前的位置以及运动的据此计算出车辆当前的位置以及运动的方向，通过内置的数字地图进行对比来校正方向，通过内置的数字地图进行对比来校正方位，从而实现自动运行。方位，从而实现自动运行。C是车载计算机是车载计算机B是激光扫描器是激光扫描器D是车载控制面是车载控制面板，可监控板，可监控AGV的运行状态的运行状态;E和和F是伺服控制是伺服控制器，通过伺服电器，通过伺服电机控制机控制AGV行走行走及转向。及转向。激光扫描车体方位计算原理激光扫描车体方位计算原理 在在AGV运行环境的四周固定地点放置一运行环境的四周固

16、定地点放置一定数量的直角反射镜，它们的坐标精确值定数量的直角反射镜，它们的坐标精确值已知并存储在已知并存储在AGV车载控制计算机上车载控制计算机上.在在自动导引小车顶部安装一个激光发射和检自动导引小车顶部安装一个激光发射和检测装置测装置,当激光束射进反射镜时当激光束射进反射镜时,大部分能大部分能量被反射，因此能被安装在发射源附近的量被反射，因此能被安装在发射源附近的光敏二极管检测到光敏二极管检测到,同时反射光线与小车同时反射光线与小车前进方向所成的角度前进方向所成的角度也能够确定也能够确定.运行中的运行中的AGV不断接受不断接受3个个(或以上或以上)已知位置反射回来的已知位置反射回来的激光束激

17、光束,将相对于小车前进方将相对于小车前进方向的方位角经过几何运算向的方位角经过几何运算,就就可以确定可以确定AGV的准确位置和的准确位置和前进方向前进方向.AGV测得从测得从3个已知参考点个已知参考点(R1,R2,R3)反射回反射回的激光束的激光束,它们在坐标系它们在坐标系x0y中的坐标中的坐标(x1,y1),(x2,y2)和和(x3,y3)已知已知.当测得小车前进方向和当测得小车前进方向和3个参考点的夹角个参考点的夹角1,2和和3时时,则小车坐标则小车坐标(xv,yv)和前进方向可按下面和前进方向可按下面的方法求的方法求.令令=1-2,=1-3,圆圆O12表示经过小车表示经过小车V,R1和和

18、R2的圆的圆,圆圆O13表示经过小车表示经过小车V,R1和和R3的圆的圆.则圆心坐标则圆心坐标O12(x12,y12)和和O13(x13,y13)为为(x12,y12)=(x1+P1,y1+Q1), (x13,y13)=(x1+P2,y1+Q2), 坐标坐标(x1,y1),(x2,y2)和和(x3,y3)已知已知,则可求得则可求得L12,L13,1和和2的值的值.其其中中,L12表示表示R1和和R2之间的距之间的距离离,L13表示表示R1和和R3之间的距离之间的距离,1表示表示L12与与x轴之间的夹角轴之间的夹角,2表示表示L12与与L13间的夹角间的夹角.由方程由方程(1)和和(2),圆圆O

19、12和和O13可表示为可表示为O12:(xv-x1-P1)2+(yv-y1-Q1)2=P21+Q21,(3)O13:(xv-x1-P2)2+(yv-y1-Q2)2=P22+Q22.(4)通过解方程通过解方程(3)和和(4),可得到小车的位置可得到小车的位置为为(xv,yv)=x1+k(Q2-Q1),y1-k(P2-P1), (5)4、视觉导航方式、视觉导航方式AGV的视觉导航方式是正在快速发展的视觉导航方式是正在快速发展和成熟的一种新型导航方式。该方式和成熟的一种新型导航方式。该方式在车载计算机中设置有在车载计算机中设置有AGV欲行驶路欲行驶路径周围环境的图像数据库。径周围环境的图像数据库。

20、4、视觉导航方式、视觉导航方式 AGV行驶过程中行驶过程中,通过通过CCD摄像机和传感摄像机和传感器动态获取车辆周围环境图像信息并与数器动态获取车辆周围环境图像信息并与数据库进行比较据库进行比较,从而确定当前位置并对下一从而确定当前位置并对下一步行驶做出决策。步行驶做出决策。视觉导航方式不需要人为设置任何物理路视觉导航方式不需要人为设置任何物理路径径,在理论上具有最佳的导航柔性在理论上具有最佳的导航柔性,随着计随着计算机图像采集、储存和处理技术的飞速发算机图像采集、储存和处理技术的飞速发展展,这种导航方式的实用性越来越强。这种导航方式的实用性越来越强。昆船昆船AGV应用应用典型应用典型应用AG

21、V在休息点在休息点-烟丝搬运烟丝搬运 新车装配线上的汽车发动机、后桥装配新车装配线上的汽车发动机、后桥装配青岛海尔国际物流中心青岛海尔国际物流中心 昆船昆船AGV解决方案解决方案1、昆船、昆船AGV输送集成系统输送集成系统ATIS 昆船昆船ATIS（AGV Transport Integration System）是建立在软件平台思想上，采用面向对是建立在软件平台思想上，采用面向对象技术，象技术， 适应复杂多变的适应复杂多变的AGV 运行路运行路径和运行流程，径和运行流程， 并可支持多种导引方式并可支持多种导引方式（ 惯性导引、电磁导引、激光导引等）惯性导引、电磁导引、激光导引等） 的的AGV

22、 控制系统。控制系统。昆船昆船AGV解决方案解决方案1、昆船、昆船AGV输送集成系统输送集成系统ATIS系统由运行平台和开发平台两大部分组系统由运行平台和开发平台两大部分组成，成， 其中运行平台包括地面控制系统、其中运行平台包括地面控制系统、图形监控系统、车辆仿真系统及车载控图形监控系统、车辆仿真系统及车载控制系统；制系统； 开发平台包括系统定义工具及系统规划开发平台包括系统定义工具及系统规划工具。工具。ATIS系统为系统为AGV实际应用项目提实际应用项目提供了一整套设计、实现、仿真、运行及供了一整套设计、实现、仿真、运行及诊断的解决方案。诊断的解决方案。系统特点：系统特点： 结构新颖结构新颖

23、 - 开发平台可快速描述并构建开发平台可快速描述并构建A G V 项目项目 - 运行平台可执行和实现已构建的运行平台可执行和实现已构建的A G V 项目项目 灵活性强灵活性强 - 灵活的灵活的A G V 路径及装卸站台规划路径及装卸站台规划 - 简洁的运输流程定义简洁的运输流程定义 - 支持多种导引方式支持多种导引方式 简单易用简单易用 - 图形化的人机界面图形化的人机界面 - 多种操作模式多种操作模式 - 声、光、色报警声、光、色报警2、系统规划工具路径设计、系统规划工具路径设计 AGV系统规划工具是提供对组成系统规划工具是提供对组成路径的点、段（路径的点、段（ 直线段、直线段、S型曲线、型

24、曲线、U型曲线等曲线段）和导航系统所型曲线等曲线段）和导航系统所需磁钉、反射板等数据的可视化设需磁钉、反射板等数据的可视化设计系统；计系统；2、系统规划工具路径设计、系统规划工具路径设计 同时提供对各种运行车辆参数的维护，同时提供对各种运行车辆参数的维护， 并根据车辆参数和路径动态规划交通管并根据车辆参数和路径动态规划交通管理模型，并提供可视化的车辆避碰撞路理模型，并提供可视化的车辆避碰撞路径设计；径设计；系统规划工具提供对系统规划工具提供对A G V 运行路径的运行路径的复杂多变和持续完善的支持，复杂多变和持续完善的支持， 可大大可大大缩短缩短AGV 应用项目的部署实施周期。应用项目的部署实

25、施周期。 系统特点系统特点 可视化的图形设计可视化的图形设计 - 任意的图形缩放任意的图形缩放 - 支持图形的选择、拖放支持图形的选择、拖放 灵活的路径规划灵活的路径规划 - 路径点、段图形编辑路径点、段图形编辑 - 支持直线段、支持直线段、S型曲线、型曲线、U型曲线等曲型曲线等曲线段线段 - 支持多种驱动方式支持多种驱动方式 高效的站台规划高效的站台规划 - 装卸货站台规划装卸货站台规划 - 停位站台规划停位站台规划 - 充电站台规划充电站台规划 系统特点系统特点 多种导航信息规划多种导航信息规划 - 磁钉、反射板等导航目标规划磁钉、反射板等导航目标规划 - 多种导引方式系统规划多种导引方式

26、系统规划 智能的交通规划智能的交通规划 - 动态规划交通模型动态规划交通模型 - 动态调整交通管理参数动态调整交通管理参数 - 自动报告小车碰撞区域自动报告小车碰撞区域 灵活的数据接口灵活的数据接口 - 支持支持dwg、dxf等等CAD文件格式文件格式 - 规划模型数据的导入导出规划模型数据的导入导出3、系统定义工具流程设计、系统定义工具流程设计 AGV系统定义工具是利用特有的系统定义工具是利用特有的AGV Script 语言对地面控制系统的语言对地面控制系统的AGV任任务运行流程进行程序设计的开发系统。务运行流程进行程序设计的开发系统。它提供运行流程程序的编辑、编译和它提供运行流程程序的编辑

27、、编译和调试；调试； 同时动态配置系统功能（同时动态配置系统功能（ 如车辆管理、如车辆管理、任务管理、交通管理、车辆类型、通任务管理、交通管理、车辆类型、通信接口）信接口） 参数。参数。系统定义工具流程设计系统定义工具流程设计 地面程序定义工具提供对地面程序定义工具提供对AGV 运行流程的复杂多变、持续完善运行流程的复杂多变、持续完善和外围协作设备的多样性配置的和外围协作设备的多样性配置的支持，支持， 快速定义出满足用户要快速定义出满足用户要求地面控制系统。求地面控制系统。 系统特点系统特点 灵活的系统流程设计灵活的系统流程设计 - 支持自主的支持自主的AGV Script语言语言 - 多达多

28、达100 条的指令支持条的指令支持 - 图形化的程序编译调试图形化的程序编译调试 多样的通信定义多样的通信定义 - 上位通信定义上位通信定义 - 小车通信定义小车通信定义 - I/O 通信定义通信定义 - 监控通信定义监控通信定义 系统特点系统特点 真实的真实的AGV模拟定义模拟定义 - 仿真速度定义仿真速度定义 - 装卸货充电等操作定义装卸货充电等操作定义 - 起始位置定义起始位置定义 - . 多种系统参数定义多种系统参数定义 - 任务调度模型参数定义任务调度模型参数定义 - 交通管理模型参数定义交通管理模型参数定义 - 车辆调度模型参数定义车辆调度模型参数定义4、地面控制系统、地面控制系统

29、 AGV地面控制系统是地面控制系统是ATIS 地面系统的核地面系统的核心，心， 它根据上位系统下达的任务，它根据上位系统下达的任务， 统筹统筹调度调度AGV 完成任务，完成任务， 并统一指挥并统一指挥AGV 的的交通，交通， 避免相互碰撞，避免相互碰撞， 同时自动管理同时自动管理AGV 充电，充电， 并完成和外围设备的通信。并完成和外围设备的通信。系统由命令管理模块、车辆管理模块、交系统由命令管理模块、车辆管理模块、交通管理模块、通讯管理模块、路径管理模通管理模块、通讯管理模块、路径管理模块和块和 I/O管理模块等组成。管理模块等组成。系统特点系统特点 灵活的任务管理灵活的任务管理 - 多优先

30、级任务调度多优先级任务调度 - 支持先来先服务、最近优先、整体优化支持先来先服务、最近优先、整体优化等调度模型等调度模型 - 先进的虚拟机技术，提供对用户程序的先进的虚拟机技术，提供对用户程序的高效运行高效运行 高效的车辆调度高效的车辆调度 - 最短路径优先的车辆分配及重分配原则最短路径优先的车辆分配及重分配原则 - 多级、多模式的停位调度多级、多模式的停位调度 - 自动的推动式调度自动的推动式调度系统特点系统特点智能的交通管理智能的交通管理 - 多优先级的路径分配多优先级的路径分配 - 实时的死锁检测和解决实时的死锁检测和解决 多样的通信管理多样的通信管理 - 多协议通信管理多协议通信管理

31、- 动态的通信配置动态的通信配置 强大可集成性强大可集成性 - 支持多种支持多种IO设备设备 - 支持多种支持多种PLC5、地面监控系统、地面监控系统 AGV地面监控系统可以实时监控地面监控系统可以实时监控AGV 系系统的运行情况，统的运行情况， 是地面控制系统的人机操是地面控制系统的人机操作界面。作界面。操作人员可随时监视操作人员可随时监视AGV 的运行状态，的运行状态， 如行走、停车、装卸货等，如行走、停车、装卸货等， 并可直观地看并可直观地看出各台出各台AGV的运行区域。的运行区域。在在AGV 运行出现意外故障时，运行出现意外故障时， 可人工取可人工取消当前命令，消当前命令， 并解决系统

32、出现的问题。并解决系统出现的问题。 系统特点系统特点 可视化的图形监控可视化的图形监控 - 支持支持2D及及3D模式监控（用户可选）模式监控（用户可选） - 自定义背景、图层颜色自定义背景、图层颜色 - 自定义小车外形及各状态下的颜色自定义小车外形及各状态下的颜色 - 任意的图形缩放任意的图形缩放 动态的任务监控动态的任务监控 - 任务启动、取消、查询任务启动、取消、查询 - 局部数据区动态维护局部数据区动态维护 - 全局数据区动态维护全局数据区动态维护 实时的车辆监控实时的车辆监控 - 小车信息浏览小车信息浏览 - 车辆动态维护车辆动态维护 - 路径交通监控路径交通监控 系统特点系统特点 外

33、围的设备监控外围的设备监控 - I/O读写读写 - PLC读写读写 - 条码读写条码读写 仿真监控仿真监控 - 充放电模拟充放电模拟 - 装卸货模拟装卸货模拟 - 行走模拟行走模拟 灵活的事件定义灵活的事件定义 - 事件定义事件定义 - 事件浏览事件浏览 - 事件处理事件处理第四节第四节 AGV控制系统控制系统AGV控制系统采用计算机集中控制控制系统采用计算机集中控制和分散控制两种方案。和分散控制两种方案。两种控制系统按控制功能均可分为两种控制系统按控制功能均可分为:系统管理，交通管理和车辆控制系统管理，交通管理和车辆控制(包包括车上控制和车外控制括车上控制和车外控制)三种主要功三种主要功能。

34、这些功能如何组合决定了控制能。这些功能如何组合决定了控制系统是集中控制还是分散控制。系统是集中控制还是分散控制。1.主计算机主计算机主计算机主要负责编制主计算机主要负责编制生产日程计划，指挥物料生产日程计划，指挥物料输送系统中输送系统中AGV，AS/RS,输送机和机器人的生产活输送机和机器人的生产活动，以便能够按生产计划动，以便能够按生产计划安排安排,准时把物料从准时把物料从AS/RS中取出并送到加工中取出并送到加工/组装工位。组装工位。主计算机还负责维持一主计算机还负责维持一定量库存定量库存,保持数据库记保持数据库记录录,生成管理报告作为生生成管理报告作为生产决策依据。产决策依据。2.系统管

35、理控制器系统管理控制器在在AGV集中控制系统中集中控制系统中,系统管理控制器系统管理控制器和交通控制器一起安装在控制中心和交通控制器一起安装在控制中心,组成组成AGV地面管理系统地面管理系统(简称简称VSM)。在在VSM中系统管理控制器的主要任务是中系统管理控制器的主要任务是向上与主计算机通讯向上与主计算机通讯,接受主计算机下达接受主计算机下达的物料搬运任务的物料搬运任务,向下与交通控制器通讯向下与交通控制器通讯,负责系统中车辆调度。负责系统中车辆调度。2.系统管理控制器系统管理控制器此外系统管理控制器还负责把空闲车集此外系统管理控制器还负责把空闲车集存在特定区存在特定区,监控车辆蓄电池自动充

36、电监控车辆蓄电池自动充电,监监控系统中出现的问题控系统中出现的问题,维持物料系统中的维持物料系统中的材料库存以及系统关闭后重新启动等。材料库存以及系统关闭后重新启动等。系统管理控制器通常采用个人计算机。系统管理控制器通常采用个人计算机。3.交通控制器交通控制器交通控制器是交通控制器是AGVS车辆交通管理的核车辆交通管理的核心。交通控制器贮存着系统中关于心。交通控制器贮存着系统中关于AGV的全部运行路线和运行时间表等信息。的全部运行路线和运行时间表等信息。当交通控制器收到由系统管理控制器传当交通控制器收到由系统管理控制器传来的一个指派任务后来的一个指派任务后,负责为指派车辆选负责为指派车辆选择一

37、条路径和运行时间表择一条路径和运行时间表,使被指派的车使被指派的车与其它车不发生干涉与其它车不发生干涉,并把这条路径的导并把这条路径的导航指令传给被指派车。航指令传给被指派车。3.交通控制器交通控制器 被指派车在行驶中被指派车在行驶中,一面不断向交通控一面不断向交通控制器报告它的位置制器报告它的位置,一面和指派位置比较一面和指派位置比较,直到到达指派目的地。同时车辆监控着直到到达指派目的地。同时车辆监控着它到达每个区的时间和速度以便准时到它到达每个区的时间和速度以便准时到达。达。交通控制器的另一个任务是负责路径上交通控制器的另一个任务是负责路径上交叉路口和道岔合流部的交通管理交叉路口和道岔合流

38、部的交通管理,避免避免撞车。撞车。4.车上控制器车上控制器近年来近年来AGV车上控制器普遍采用单片微车上控制器普遍采用单片微型计算机型计算机,它的主要任务是控制它的主要任务是控制AGV导向、导向、启动、停车、运行车速、选择路径、安启动、停车、运行车速、选择路径、安全监控、避免碰撞和交通干涉、与交通全监控、避免碰撞和交通干涉、与交通控制器通讯、与其它物料搬运设备控制器通讯、与其它物料搬运设备,如运如运输机、输机、AS/RS和机器人等接口。和机器人等接口。 一种方案一种方案,是车上控制器完全不具备导航是车上控制器完全不具备导航能力能力,这种情况要求交通控制器在对这种情况要求交通控制器在对AGV指派

39、任务时指派任务时,还必须向被指派的车传送详还必须向被指派的车传送详细的导航指令。细的导航指令。导航指令导航指令,是按交通控制器为被指派的车是按交通控制器为被指派的车所选择的路径而编制的导航控制软件所选择的路径而编制的导航控制软件,由由它控制它控制AGV的运行方向的运行方向(前进前进/后退后退)和在和在道岔分流部选择导引频率道岔分流部选择导引频率,使使AGV沿指派沿指派路径驶向目的地。路径驶向目的地。另一种方案另一种方案,是车上控制器完全具备导航是车上控制器完全具备导航能力能力,在车上控制器内部存贮器中存贮着在车上控制器内部存贮器中存贮着关于关于AGV全部行车路径的导航指令。交全部行车路径的导航

40、指令。交通控制器在对通控制器在对AGV指派任务时指派任务时,不需要不需要向向AGV提供导航指令提供导航指令,车上控制器能为车上控制器能为自己选择一条通往目的地的路径和提供自己选择一条通往目的地的路径和提供导航控制导航控制,使其到达目的地。使其到达目的地。该方案的优点该方案的优点,是可以把是可以把AGV对交通控对交通控制器的依赖性减少到最低程度。制器的依赖性减少到最低程度。AGV集中控制系统的优点集中控制系统的优点:(1)集中控制系统可与集中控制系统可与AGV连续通讯连续通讯,监控监控AGVS中所有车辆的生产活动。中所有车辆的生产活动。(2)采用无线电数字通讯采用无线电数字通讯,可以减少大量在可

41、以减少大量在地板上切槽和敷线工作地板上切槽和敷线工作,现场施工量少。现场施工量少。(3)系统扩展比较容易系统扩展比较容易,只需增设新的线路只需增设新的线路和修改导航控制程序。和修改导航控制程序。AGV集中控制系统的缺点集中控制系统的缺点:(1)采用无线电通讯采用无线电通讯,受通讯速度和通讯受通讯速度和通讯方式影响方式影响,使系统中的车数受到限制。使系统中的车数受到限制。(2)如果如果VSM采用一台计算机采用一台计算机(中央计算中央计算机机)集中控制集中控制,中央计算机需要及时处理中央计算机需要及时处理大量信息大量信息,所以中央计算机必须具有较高所以中央计算机必须具有较高的运算速度和足够大的内存

42、空间。对于的运算速度和足够大的内存空间。对于较大的较大的AGVS,中央计算机往往需要采用中央计算机往往需要采用小型计算机小型计算机,小型计算机不仅价格昂贵小型计算机不仅价格昂贵,而且一般用户很难掌握。而且一般用户很难掌握。AGV集中控制系统的缺点集中控制系统的缺点:(1)采用无线电通讯采用无线电通讯,受通讯速度和通讯受通讯速度和通讯方式影响方式影响,使系统中的车数受到限制。使系统中的车数受到限制。(2)如果如果VSM采用一台计算机采用一台计算机(中央计算中央计算机机)集中控制集中控制,中央计算机需要及时处理中央计算机需要及时处理大量信息大量信息,所以中央计算机必须具有较高所以中央计算机必须具有

43、较高的运算速度和足够大的内存空间。对于的运算速度和足够大的内存空间。对于较大的较大的AGVS,中央计算机往往需要采用中央计算机往往需要采用小型计算机小型计算机,小型计算机不仅价格昂贵小型计算机不仅价格昂贵,而且一般用户很难掌握。而且一般用户很难掌握。 AGV集中控制系统的缺点集中控制系统的缺点: (3)采用计算机集中控制采用计算机集中控制,一旦中央计算一旦中央计算机出了问题将导致整个系统停产。为避机出了问题将导致整个系统停产。为避免出现这样的事故免出现这样的事故,在系统设计上可采用在系统设计上可采用冗余设计冗余设计,增加一台备用机增加一台备用机,但这将增加但这将增加工程投资。工程投资。二、二、

44、AGV分散控制系统分散控制系统AGV分散控制系统采用递阶分级控制分散控制系统采用递阶分级控制的结构形式的结构形式,它把一个大的它把一个大的AGVS分解分解为若干独立的小系统为若干独立的小系统,分别由子控制器分别由子控制器控制控制,每个子控制器负责一个分系统的每个子控制器负责一个分系统的交通管理。系统管理控制器负责系统交通管理。系统管理控制器负责系统管理管理,并且负责协调各子控制器的活动。并且负责协调各子控制器的活动。每个子控制器各自负责一个分系统的交通每个子控制器各自负责一个分系统的交通管理管理,它贮存着这个系统中关于它贮存着这个系统中关于AGV所有所有行车路径的行车路径的“内部地图内部地图”

45、。子控制器通过。子控制器通过I/O接口和通讯接口与系统管理控制器、接口和通讯接口与系统管理控制器、其它子控制器和外围设备相接。其它子控制器和外围设备相接。子控制器通过敷设在地板内的感应通讯回子控制器通过敷设在地板内的感应通讯回路与路与AGV通讯。通讯不是连续的通讯。通讯不是连续的,而是沿而是沿导引路线每隔一定距离设一个通讯点导引路线每隔一定距离设一个通讯点AGV只有在通讯点才能与感应通讯回路耦合与只有在通讯点才能与感应通讯回路耦合与子控制器进行通讯。子控制器进行通讯。AGV一面在两个通讯点间运行一面计一面在两个通讯点间运行一面计时时,并在到达通讯点时向子控制器报告并在到达通讯点时向子控制器报告

46、,子控制器跟踪车辆的运行子控制器跟踪车辆的运行,如果车辆在如果车辆在两个通讯点间的运行时间超过了预定两个通讯点间的运行时间超过了预定的时间的时间,子控制器立即向系统操作者报子控制器立即向系统操作者报告出现了问题告出现了问题,并且封闭这段路线直到并且封闭这段路线直到问题被纠正为止。问题被纠正为止。主计算机把物料搬运任务传送给系主计算机把物料搬运任务传送给系统管理控制器统管理控制器,由系统管理控制器负由系统管理控制器负责车辆调度责车辆调度,决定把任务指派给哪辆决定把任务指派给哪辆车车,然后把这个指派信息传给相应的然后把这个指派信息传给相应的子控制器。子控制器。子控制器负责为指派车选择路径子控制器负

47、责为指派车选择路径,并并通过感应通讯回路把任务和导航信通过感应通讯回路把任务和导航信息传给被指派车。息传给被指派车。AGV到达每个通讯点都把它的状态到达每个通讯点都把它的状态信息信息(包括到达位置包括到达位置)通过感应回路通过感应回路传给子控制器；传给子控制器；子控制器跟踪子控制器跟踪AGV的运行的运行,直到它完直到它完成任务或离开由该子控制器控制下成任务或离开由该子控制器控制下的分系统的分系统,该子控制器随即把离开信该子控制器随即把离开信息传送给新的子控制器。息传送给新的子控制器。AGVS分散控制的优点分散控制的优点:(1)采用物理上分散的结构采用物理上分散的结构,实现真正的实现真正的分散控

48、制。在现场就地安装子控制器分散控制。在现场就地安装子控制器,不但节省电缆不但节省电缆,同时减少了传输线的信同时减少了传输线的信号干扰。号干扰。(2)因为每个子控制器控制一个分系统因为每个子控制器控制一个分系统,所以在整个系统安装调试时所以在整个系统安装调试时,可按系统可按系统划分独立进行。最后把子控制器连到划分独立进行。最后把子控制器连到系统管理控制器上进行统调。这使系系统管理控制器上进行统调。这使系统安装调试比较容易。统安装调试比较容易。(3)系统扩展容易系统扩展容易,便于用户分期投资便于用户分期投资,逐步逐步扩展。扩展。(4)交通控制完全在子控制器级完成交通控制完全在子控制器级完成,与系与

49、系统管理控制器脱开统管理控制器脱开,即使系统管理控制器出即使系统管理控制器出现问题现问题,在子控制器控制下在子控制器控制下,系统中的车辆系统中的车辆仍能继续运行。在系统管理控制器恢复后仍能继续运行。在系统管理控制器恢复后,整个系统可重新回到正常运行。此外许多整个系统可重新回到正常运行。此外许多子控制器意味着决策是在下层进行的子控制器意味着决策是在下层进行的,提高提高了系统的反应速度。了系统的反应速度。(5)由于分散控制系统许多系统决策是由于分散控制系统许多系统决策是在子控制器作出的在子控制器作出的,系统管理控制器系统管理控制器只决定只决定AGV的最终目的地的最终目的地,所以和集所以和集中控制相

50、比中控制相比,分散控制系统可用较小分散控制系统可用较小的中央计算机的中央计算机,当前趋势是采用个人当前趋势是采用个人计算机。计算机。(6)和集中控制系统相比分散控制系统和集中控制系统相比分散控制系统更适于控制较大数量的车。更适于控制较大数量的车。AGV分散控制系统的缺点分散控制系统的缺点:(1)子站与子站与AGV通讯是通过敷设于地板通讯是通过敷设于地板中的感应回路实现的中的感应回路实现的,在大的系统中在大的系统中,有有许多感应回路需要大量地切割地板许多感应回路需要大量地切割地板,把把回路连到子站。这种附加的地板切割和回路连到子站。这种附加的地板切割和电线敷设将显著增加系统造价。电线敷设将显著增

51、加系统造价。AGV分散控制系统的缺点分散控制系统的缺点:(2)分散控制没有实时能力分散控制没有实时能力,车辆只能在车辆只能在特殊点上才与交通控制器通讯特殊点上才与交通控制器通讯,有时会有时会发生与车辆失去通讯的情况。发生与车辆失去通讯的情况。(3)更改一个分散控制系统涉及面更多更改一个分散控制系统涉及面更多,子站要修改子站要修改,内部地图要更新内部地图要更新,导向线要导向线要重新敷设重新敷设,通讯回路要增加并用电线连通讯回路要增加并用电线连到正确的子控制器上。到正确的子控制器上。激光引导系统激光引导系统1系统的工作原理系统的工作原理系统作业时，计算机通过无线电通讯系系统作业时，计算机通过无线电

52、通讯系统自动将任务分配给离任务作业点最近统自动将任务分配给离任务作业点最近的（由路径规划中段上下车行走时间确的（由路径规划中段上下车行走时间确定）定）AGV小车。小车。AGV小车根据作业指令预先制定的路径小车根据作业指令预先制定的路径自动驶向作业点进行作业，在行驶过程自动驶向作业点进行作业，在行驶过程中中AGV利用激光头对周围反射板的扫描利用激光头对周围反射板的扫描和计算来导航并修正自身的偏差，从而和计算来导航并修正自身的偏差，从而保证行走和定位的精度。保证行走和定位的精度。AGV小车与上位计算机通过无线电通讯小车与上位计算机通过无线电通讯系统进行联系，系统进行联系，AGV小车随时将自身的小车

53、随时将自身的状态和任务的完成情况上报并显示在图状态和任务的完成情况上报并显示在图形监控系统上。形监控系统上。管理和控制系统会自动对管理和控制系统会自动对AGV小车的运小车的运行进行交通管理，如果在某些路段由于行进行交通管理，如果在某些路段由于车辆过于集中而形成交通堵塞，管理和车辆过于集中而形成交通堵塞，管理和控制系统也能够自行处理。控制系统也能够自行处理。当当AGV小车电池的电量不足时会自小车电池的电量不足时会自动请求充电，由管理和控制系统发动请求充电，由管理和控制系统发出充电指令，出充电指令，AGV小车自动行驶至小车自动行驶至充电站进行充电。充电的开始和结充电站进行充电。充电的开始和结束信号

54、由信号采集系统采集后上报束信号由信号采集系统采集后上报管理控制系统进行控制。管理控制系统进行控制。2 系统功能系统功能2.1 调度管理调度管理（1）任务管理：对上位调度计算机下达的）任务管理：对上位调度计算机下达的任务根据时间先后和任务优先级进行调度。任务根据时间先后和任务优先级进行调度。（2）车辆管理：根据当时）车辆管理：根据当时AGV的位置和状的位置和状态，选择距目标点最近（含各路段加权值计态，选择距目标点最近（含各路段加权值计算结果）的空闲小车执行任务。算结果）的空闲小车执行任务。（3）交通管理：对管辖内的所有）交通管理：对管辖内的所有AGV能实能实时控制和管理。时控制和管理。AGV严格

55、遵循规划路径行驶，严格遵循规划路径行驶，彼此独立行驶和作业，能相互让车。彼此独立行驶和作业，能相互让车。2.2 通讯传输通讯传输（1）通过网络与上位调度计算机保持联）通过网络与上位调度计算机保持联系，接受任务调度，报告执行结果。系，接受任务调度，报告执行结果。（2）通过无线电与各）通过无线电与各AGV保持通讯联系，保持通讯联系，指挥车辆作业。指挥车辆作业。（3）通过无线电通讯直接修改或更新每）通过无线电通讯直接修改或更新每辆辆AGV的控制程序。的控制程序。（4）具有远程网络通讯传输功能。）具有远程网络通讯传输功能。2.3 控制管理控制管理（1）检查车辆执行命令的过程。）检查车辆执行命令的过程。（2）查询车辆状态。）查询车辆状态。（3）查询车车辆交通信息，各）查询车车辆交通信息，各点、段的占用信息。点、段的占用信息。（4）查询数据采集系统信号。）查询数据采集系统