一種基于磁帶導(dǎo)航的AGV嵌入式控制系統(tǒng)及控制方法與流程

本發(fā)明涉及移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域，特別是一種基于磁帶導(dǎo)航的agv嵌入式控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

自動(dòng)導(dǎo)引車agv(automaticguidedvehicle)是當(dāng)代物流系統(tǒng)自動(dòng)化、柔性化及智能化的關(guān)鍵角色，已成為現(xiàn)代物流系統(tǒng)不可或缺的設(shè)備。它是以電池為動(dòng)力源，配備電磁、激光或攝像頭等非接觸式導(dǎo)航裝置，齊備接觸和非接觸式多級(jí)安全模塊，在控制器的控制下，以足夠的精度沿著預(yù)定的軌跡安全高效地完成貨物移載作業(yè)的智能移動(dòng)機(jī)器人。

自主導(dǎo)航技術(shù)是agv控制系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，常見(jiàn)的導(dǎo)航方式包括磁導(dǎo)航、激光導(dǎo)航與視覺(jué)導(dǎo)航，其中磁導(dǎo)航又可細(xì)分為電磁感應(yīng)導(dǎo)航與磁帶導(dǎo)航。磁帶導(dǎo)引的控制精度不如激光導(dǎo)引，但是控制簡(jiǎn)單，成本低；相較電磁感應(yīng)導(dǎo)引，磁帶導(dǎo)引的靈活性可以得到較好的保證；至于視覺(jué)導(dǎo)引，由于導(dǎo)航作業(yè)中容易受光線及贓物等周圍環(huán)境的影響，適應(yīng)性差。

agv車載控制系統(tǒng)在架構(gòu)上可以分為兩大類，一種基本的架構(gòu)模式為“單微控制器+外圍設(shè)備”。把集成在單微控制器上的普通數(shù)字io接口、a/d接口、d/a接口、pwm接口、lcd顯示接口及通信接口直接與車載電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、蔽障傳感器及顯示屏等相連。此系統(tǒng)架構(gòu)由于只使用單微控制器，因此控制系統(tǒng)具有低功耗、結(jié)構(gòu)緊湊與成本低廉等特點(diǎn)，在一定程度上是可行的。但是從agv產(chǎn)品的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展角度來(lái)看，它展現(xiàn)出了許多致命缺陷。首先在系統(tǒng)穩(wěn)定性上，微控制器把所有功用集于一身，長(zhǎng)期處于高負(fù)荷工作，容易牽一發(fā)而動(dòng)全身，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常工作；其次在系統(tǒng)實(shí)時(shí)性上，難以同時(shí)提供高時(shí)鐘頻率去發(fā)送agv車載的控制速度、接收車載位姿數(shù)據(jù)與讀取寫(xiě)入io狀態(tài)等，系統(tǒng)整體響應(yīng)速度慢；再次在系統(tǒng)可管理性上，難于操控作業(yè)中的agv與分析其工作性能；最后在系統(tǒng)的可擴(kuò)展性上，難以從原控制系統(tǒng)裁剪或分配出額外資源來(lái)擴(kuò)展新功能，無(wú)法同時(shí)滿足現(xiàn)實(shí)工作的不同需要。另外一種改進(jìn)的架構(gòu)模式為“帶監(jiān)控管理系統(tǒng)的工控機(jī)+多微控制器+外圍設(shè)備”。由于國(guó)內(nèi)對(duì)agv的研究與應(yīng)用起步晚，我國(guó)agv技術(shù)發(fā)展不夠成熟，改進(jìn)型的agv系統(tǒng)架構(gòu)模式雖然正逐漸被相關(guān)廠家與機(jī)構(gòu)所研發(fā)引入，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際生產(chǎn)需要，本發(fā)明正是基于此來(lái)開(kāi)發(fā)研究的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于磁帶導(dǎo)航的agv嵌入式控制系統(tǒng)及控制方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于磁帶導(dǎo)航的agv嵌入式控制系統(tǒng)，包括：

設(shè)置于自動(dòng)引導(dǎo)車上的agv車載工控機(jī)、can現(xiàn)場(chǎng)總線單元與arm7控制單元；所述arm7控制單元經(jīng)所述can現(xiàn)場(chǎng)總線單元與所述agv車載工控機(jī)相連；

設(shè)置于自動(dòng)引導(dǎo)車左側(cè)且用于驅(qū)動(dòng)左側(cè)驅(qū)動(dòng)輪的左側(cè)直流電機(jī)，分別與所述左側(cè)直流電機(jī)相連的左側(cè)伺服驅(qū)動(dòng)器以及左側(cè)直流電機(jī)編碼器；所述左側(cè)伺服驅(qū)動(dòng)器以及左側(cè)直流電機(jī)編碼器還與所述arm7控制單元相連，所述左側(cè)直流電機(jī)編碼器還與所述左側(cè)伺服驅(qū)動(dòng)器相連；

設(shè)置于自動(dòng)引導(dǎo)車右側(cè)且用于驅(qū)動(dòng)右側(cè)驅(qū)動(dòng)輪的右側(cè)直流電機(jī)，分別與所述右側(cè)直流電機(jī)相連的右側(cè)伺服驅(qū)動(dòng)器以及右側(cè)直流電機(jī)編碼器；所述右側(cè)伺服驅(qū)動(dòng)器以及右側(cè)直流電機(jī)編碼器還與所述arm7控制單元相連，所述右側(cè)直流電機(jī)編碼器還與所述右側(cè)伺服驅(qū)動(dòng)器相連；

設(shè)置于自動(dòng)引導(dǎo)車前側(cè)的前側(cè)紅外光電蔽障傳感器，設(shè)置于自動(dòng)引導(dǎo)車后側(cè)的后側(cè)紅外光電蔽障傳感器，所述前側(cè)紅外光電蔽障傳感器與所述后側(cè)紅外光電蔽障傳感器均與所述arm7控制單元相連；

設(shè)置于自動(dòng)引導(dǎo)車前側(cè)中部底端的磁帶導(dǎo)航傳感器以及設(shè)置于自動(dòng)引導(dǎo)車后側(cè)底端的磁帶命令傳感器，所述磁帶導(dǎo)航傳感器與所述磁帶命令傳感器均與所述arm7控制單元相連。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述agv車載工控機(jī)包括一pc/104總線接口，所述arm7控制單元包括一can總線接口，所述arm7控制單元通過(guò)該can總線接口經(jīng)所述can現(xiàn)場(chǎng)總線單元，連接至所述agv車載工控機(jī)的pc/104總線接口。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述agv車載工控機(jī)還包括一usb接口，所述agv車載工控機(jī)經(jīng)該usb接口與一外置usb無(wú)線網(wǎng)卡相連；所述外置usb無(wú)線網(wǎng)卡與一外部客戶端計(jì)算機(jī)通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)匹配。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述arm7控制單元包括一定時(shí)器電路，所述左側(cè)伺服驅(qū)動(dòng)器與該定時(shí)器電路的第一pwm接口相連，所述右側(cè)伺服驅(qū)動(dòng)器與該定時(shí)器電路的第二pwm接口相連，所述左側(cè)直流電機(jī)編碼器與該定時(shí)器電路的第一增量式編碼器接口相連，所述左側(cè)直流電機(jī)編碼器與該定時(shí)器電路的第一增量式編碼器接口相連，所述右側(cè)直流電機(jī)編碼器與該定時(shí)器電路的第二增量式編碼器接口相連。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述arm7控制器單元還包括一通用io電路，所述前側(cè)紅外光電蔽障傳感器與該通用io電路中的第一通用io接口相連，所述后側(cè)紅外光電蔽障傳感器與該通用io電路中的第二通用io接口相連，所述磁帶導(dǎo)航傳感器與該通用io電路中的第三通用io接口相連，所述磁帶命令傳感器與該通用io電路中的第四通用io接口相連。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述arm7控制單元包括復(fù)數(shù)個(gè)arm7控制器。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述can現(xiàn)場(chǎng)總線單元為一雙路can接口板卡。

還提供一種基于磁帶導(dǎo)航的agv嵌入式控制系統(tǒng)的控制方法，啟動(dòng)所述agv車載工控機(jī)，開(kāi)始進(jìn)行磁帶跟蹤；所述arm7控制單元以第一預(yù)設(shè)周期實(shí)時(shí)讀取所述磁帶導(dǎo)航傳感器采樣點(diǎn)信號(hào)，確定自動(dòng)引導(dǎo)車的當(dāng)前中心與磁帶中心的偏距，獲取當(dāng)前跟蹤信息；所述arm7控制單元根據(jù)當(dāng)前中心與磁帶中心的偏距，以第二預(yù)設(shè)周期調(diào)節(jié)所述左側(cè)伺服驅(qū)動(dòng)器以及所述右側(cè)伺服驅(qū)動(dòng)器的輸出信號(hào)，調(diào)整對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)整自動(dòng)引導(dǎo)車的磁帶跟蹤位姿，所述左側(cè)直流電機(jī)編碼器以及所述右側(cè)直流電機(jī)編碼器上傳當(dāng)前的電機(jī)速度信息與位置信息，獲取當(dāng)前車載位姿信息；當(dāng)所述arm7控制單元接收到所述磁帶命令傳感器的命令信號(hào)時(shí)，根據(jù)命令信號(hào)執(zhí)行對(duì)應(yīng)的功能命令；當(dāng)所述arm7控制單元接收到來(lái)自所述前側(cè)蔽障傳感器或后側(cè)蔽障傳感器的障礙物觸發(fā)信號(hào)時(shí)，停止前行或停止后退至障礙物消失。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述第一預(yù)設(shè)周期為5ms，所述第二預(yù)設(shè)周期為1ms，所述磁帶導(dǎo)航傳感器采樣點(diǎn)信號(hào)為16個(gè)。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，還包括一通過(guò)一與所述agv車載工控機(jī)相連的外置無(wú)線網(wǎng)卡與所述agv車載工控機(jī)匹配的外部客戶端計(jì)算機(jī)；所述arm7控制單元將障礙物觸發(fā)信號(hào)、當(dāng)前跟蹤信息與當(dāng)前車載位姿信息通過(guò)所述can現(xiàn)場(chǎng)總線單元反饋至所述agv車載工控機(jī)，并在所述外部客戶端計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)顯示agv的動(dòng)態(tài)跟蹤行為。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明采用“帶監(jiān)控管理系統(tǒng)的工控機(jī)+多arm7微控制器+外圍設(shè)備”的三級(jí)agv嵌入式控制系統(tǒng)架構(gòu)，每一級(jí)、級(jí)間都體現(xiàn)了資源的優(yōu)化配置：

1.在工控機(jī)上外插usb無(wú)線網(wǎng)卡，與外部計(jì)算機(jī)建立起無(wú)限局域網(wǎng)，用戶可遠(yuǎn)程登陸工控機(jī)，以工控機(jī)上的agv監(jiān)控管理系統(tǒng)客戶端軟件來(lái)監(jiān)控管理agv車載系統(tǒng)，極大地增強(qiáng)了系統(tǒng)的可管理性與可交互性；工控機(jī)上提供pc/104接口，用于插接雙路can接口卡。此種接口擴(kuò)展性強(qiáng)、可靠性好、能耗低且空間資源利用率高，有助于簡(jiǎn)化系統(tǒng)的復(fù)雜性設(shè)計(jì)。

2.工控機(jī)與底層arm7微控制器間采用can現(xiàn)場(chǎng)總線通信，通信速率最高可達(dá)1mbps，保證了通信的實(shí)時(shí)性。隨著agv控制系統(tǒng)的智能化與復(fù)雜化發(fā)展，系統(tǒng)的控制設(shè)備模塊將越來(lái)越多，can現(xiàn)場(chǎng)總線控制有助于簡(jiǎn)化模塊之間通信系統(tǒng)的建立，且保證系統(tǒng)具有好的可靠性。一對(duì)can通信雙絞線上可以掛接多個(gè)模塊，布線簡(jiǎn)便，安裝快速；將具體的控制過(guò)程下放到現(xiàn)場(chǎng)，建立了一種真正徹底的分布式控制系統(tǒng)，有利于agv控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的增強(qiáng)。

3.arm7微控制器軟硬件資源豐富，功能強(qiáng)大，簡(jiǎn)化并加速了控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程。以stm32為例，通用數(shù)字io口支持多種工作模式，比如推挽輸出，上拉輸入與浮空輸入等，為接收紅外光電蔽障傳感器和磁帶傳感器的數(shù)字狀態(tài)信號(hào)提供了友好的接口；定時(shí)器提供了豐富的硬件功能，可產(chǎn)生pwm給驅(qū)動(dòng)器，也可以增量式編碼器接口模式接收編碼器ab相信號(hào)。帶有can通信模式，擁有完善的硬件過(guò)濾器，具有充足的緩沖器內(nèi)存來(lái)發(fā)送與接收數(shù)據(jù)。可倍頻，運(yùn)算處理速度快。

4.磁帶傳感器與紅外光電蔽障傳感器以數(shù)字信號(hào)方式輸出，功耗低且開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單方便。命令磁帶傳感器具有兩個(gè)信號(hào)采樣點(diǎn)，根據(jù)接收信號(hào)的極性與次序進(jìn)行組合，可產(chǎn)生豐富的特殊功能指令，足以滿足實(shí)際作業(yè)需要。紅外光電蔽障傳感器帶有靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕，根據(jù)agv作業(yè)需求可設(shè)定障礙物的有效距離，此外它的響應(yīng)速度快。

5.數(shù)字式伺服驅(qū)動(dòng)器體積小巧、安裝方便且調(diào)試簡(jiǎn)單，對(duì)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行分頻，提高了速度位置控制精度，此外還能夠有效地對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行過(guò)載、短路和欠壓等安全保護(hù)。直流伺服電機(jī)是agv控制系統(tǒng)的執(zhí)行末端，具有位置精度高及響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中磁帶導(dǎo)航agv嵌入式控制系統(tǒng)連接圖。

圖2為本發(fā)明中arm7微控制器外設(shè)連接圖。

圖3為本發(fā)明中agv車載工控機(jī)外設(shè)連接圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說(shuō)明。

本發(fā)明提供一種基于磁帶導(dǎo)航的agv嵌入式控制系統(tǒng)，如附圖1所示，主要包括帶上層監(jiān)控管理軟件的agv車載工控機(jī)、can現(xiàn)場(chǎng)總線、底層arm7控制器、紅外光電蔽障傳感器、磁帶傳感器、分別用于驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)直流電機(jī)的數(shù)字式伺服驅(qū)動(dòng)器以及用于檢測(cè)直流電機(jī)的編碼器。雙路can接口板卡通過(guò)pc/104總線插接于agv車載工控機(jī)，通過(guò)手動(dòng)配置該板卡在工控機(jī)上占用的內(nèi)存與中斷請(qǐng)求號(hào)后即可使用。底層arm7控制器及與agv車載工控機(jī)間，以can現(xiàn)場(chǎng)總線相互連接，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)車載系統(tǒng)的實(shí)時(shí)交互通信。電機(jī)增量式編碼器與伺服驅(qū)動(dòng)器之間以單端方式連接外，還與底層arm7控制器相連，用于調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速與接收電機(jī)的速度與位置信息。紅外光電蔽障傳感器安裝于agv車載前后，遵循“遇障即停，無(wú)障則行”原則。用于跟蹤磁帶的導(dǎo)航傳感器固定在agv車載正前端底部，命令傳感器用來(lái)檢測(cè)特殊功能命令指示，安裝在正后側(cè)底部，且皆連接于底層arm7控制器。

進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，底層arm7控制器采用基于arm7的控制器，且復(fù)數(shù)個(gè)arm7控制器。如圖2所示，包括can總線單元、定時(shí)器單元與通用io單元等。底層arm7控制器通過(guò)can總線單元與車載工控機(jī)相連，用于與其它控制器及上位機(jī)間的通信。底層arm7控制器通過(guò)定時(shí)器單元輸出變頻pwm給對(duì)應(yīng)的直流電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器，用于對(duì)各電機(jī)的變頻調(diào)速。底層arm7控制器與對(duì)應(yīng)設(shè)置于各直流電機(jī)處的編碼器通過(guò)定時(shí)器單元的增量式編碼器接口模式相連，用于接收agv當(dāng)前的位置速度值，確定出agv的當(dāng)前位姿。紅外光電蔽障傳感器連接在底層arm7控制器的通用io單元上，信號(hào)以外部中斷觸發(fā)方式被底層arm7控制器接收。磁帶導(dǎo)航傳感器與底層arm7控制器的通用io單元相連，底層arm7控制器以5ms周期實(shí)時(shí)掃描io單元方式讀取導(dǎo)航傳感器16個(gè)采樣點(diǎn)的信號(hào)狀態(tài)，以此確定出agv中心與磁帶中心的偏距。磁帶命令傳感器由兩個(gè)采樣點(diǎn)組成，接于底層arm7控制器的通用io單元，信號(hào)以有序觸發(fā)外部中斷方式被底層arm7控制器接收，每種命令由一組三次有序中端信號(hào)組成。

進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，agv車載工控機(jī)上帶有pc/104與usb接口，如圖3所示，usb接口與外置無(wú)線網(wǎng)卡相連，外部客戶端計(jì)算機(jī)與工控機(jī)通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)相連，從而外部用戶便可遠(yuǎn)程登陸agv車載工控機(jī)，通過(guò)工控機(jī)上的上層監(jiān)控管理軟件來(lái)監(jiān)控管理agv。agv車載工控機(jī)與雙路can接口卡通過(guò)pc/104總線相連，用于實(shí)現(xiàn)工控機(jī)與底層arm7微控制器間的數(shù)據(jù)通信。

進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，為了讓本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)一步了解本發(fā)明所提出的系統(tǒng)，下面結(jié)合該系統(tǒng)的控制方法進(jìn)行具體說(shuō)明。該基于磁帶導(dǎo)航的agv嵌入式控制系統(tǒng)的工作過(guò)程：通過(guò)搭載于agv車載工控機(jī)中的上層監(jiān)控管理系統(tǒng)啟動(dòng)agv，以自主跟蹤導(dǎo)航模式開(kāi)始進(jìn)行磁帶跟蹤。底層arm7控制器以周期5ms實(shí)時(shí)讀取磁帶導(dǎo)航傳感器的16個(gè)采樣點(diǎn)信號(hào)，確定出agv的當(dāng)前中心偏距。底層arm7控制器根據(jù)當(dāng)前偏距，以1ms周期不斷調(diào)節(jié)改變pwm頻率給伺服驅(qū)動(dòng)器，調(diào)整agv的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速，改良agv車載的磁帶跟蹤位姿。當(dāng)?shù)讓觓rm7控制器接收到來(lái)自磁帶命令傳感器的信號(hào)時(shí)，根據(jù)命令信息執(zhí)行裝載及卸載等特殊功能命令。當(dāng)?shù)讓觓rm7控制器接收到來(lái)自蔽障傳感器的障礙物觸發(fā)信號(hào)時(shí)，停止前行或后退至障礙物消失。同時(shí)，底層arm7控制器把蔽障信息、當(dāng)前跟蹤信息與車載位姿信息等通過(guò)can總線反饋給上層監(jiān)控管理系統(tǒng)，在上位機(jī)或外部客戶端計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)顯示agv的動(dòng)態(tài)跟蹤行為。

以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。