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AGV机器人在柔性制造系统中的应用
2016-04-13 08:08:41  来源: AGV之家
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自动导引小车(AGV)是装备有电磁或光电等自动导引装置,能够沿规定的导引路径行驶,具有编程和模式选择装置、安全保护及各种移载功能的搬运机器人。AGV具有自动化程度高、安全、灵活等特点,因而广泛应用于汽车制造、机械加工等自动化生产和仓储系统,它是柔性制造生产线和自动化立体仓库等现代化物流仓储系统的关键设备之一。我们开发的该AGV机器人用于柔性制造系统的立体仓库单元,采用光电导引方式实时检测并控制正确的运动方向,作为堆垛机按照系统指令自动存放、搬运仓库中的半成品、成品等零件到规定的位置,从而实现数字化车间物料的自动搬运[1]。


1 AGV机器人功能模块的组成


    该AGV机器人由AGV车体、控制系统、转向驱动装置、光电导引系统、无线通讯系统、蓄电充电装置及安全装置等模块组成[2]。本AGV机器人的控制系统基于IPC的主控制器、数据采集卡、无线网络(无线网卡、无线接入点)等技术的综合运用,将整个控制系统与有线网络进行无缝集成,利于分布式控制系统的实现。



    AGV机器人车体部分由车身和机械手组成。机械手可进行伸缩、上下及旋转等操作;控制系统是系统的中枢,它将电机驱动、传感器信号、定位算法、机械手动作及无线通讯等功能整合在一起,完成上位机对AGV机器人发出的运动方向、装卸、停靠及避障等控制指令。转向驱动装置由车轮、驱动电机、光电传感器及控制电路组成;光电导引系统利用左右驱动轮差动调速保证AGV沿正确轨道运行;无线通讯系统实现AGV机器人与主控计算机(上位机)的通信,主控计算机与AGV机器人上的嵌入式工控机均配置无线数据通信卡;蓄电池采用48V的直流蓄电,保证连续工作12h;安全装置利用一些红外线传感器进行避撞、避障检测,对人及设备进行安全保护[3]。


2 AGV机器人功能模块的程序实现


    本系统采用工业控制微机(IPC)作为主控制器,安装了winddos 2000(Server版)操作系统,控制系统的开发平台为Visual C++6.0,使用MFC进行程序开发。在系统程序的编写过程中,考虑到windows系统是抢先式的多任务操作系统,因此在实时控制系统中,采用多线程技术编程,提高程序响应实时操作的能力。程序中采用了4个线程分别为:纠偏线程(CwinThread*m_Pjp),是程序主线程;左电机PWM线程(CWinThread*m_pPWMleft);右电机PWM线程(CwinThread*m_pPWNright);主控界面线程(CMainCtlThread*m_pMainCtlThread)。利用消息处理函数实现电机差动调速目的。


2.1 AGV机器人行走模块


    机器人的行走由直流电机驱动,条形码读取装置及各种传感器信号通过采集转换电路,经过I/O转换基板及PCI数据采集卡与工控机进行数据交换,工控机对数据进行运算处理后发出PWM输出信号经小车隔离驱动、升降隔离驱动分别对小车电机及又手电机进行差动控制。16位光电传感器高、低8位的状态分两次读取,得到的数值需屏蔽掉前(或后)两位,得到的数据如果是0X0380、0x01c0、0x01E0或0x0780,就认为在中间位置,偏差为0;如果得到的是其他数据,需与0x03c0比较,求出偏差值。建立在AGV机器人运行趋势的变化上,本次偏差值与前次相比较,如果偏差趋势变大,分左偏、右偏两种情况分别调用左偏、右偏函数进行差动纠偏,即驱动左轮或右轮移动;如果偏差未变或偏差趋势减小,机器人继续沿直线移动直到接收到停止信号为止[4]。


2.2 任务接受模块


    AGV机器人嵌入式工控机及其上位机都安装有用于分布式控制系统的CORBA软件,两者都作了IDL接口定义,通过编程AGV能实时接受上位机管理系统给出的路径运行指令及机械手动作指令,经车载机软件处理后可直接变为AGV机器人的执行指令。车载机的嵌入式工控机通过无线路由器和无线网卡组成一个无线局域网,使上位机发送的任务信息、行走路径等数据通过网络传送到车载计算机。


2.3 机械手动作模块


    AGV机器人升降机构、伸缩叉机构的运动控制及机械手旋转控制由循环线程向主线程(视类)发消息来实现。在循环线程函数体中实时检测启、停开关量的变化,然后向主线程发送自定义消息,具体操作由消息响应函数完成,从而实现机械手的升降、伸缩及旋转控制。


3 AGV机器人在柔性制造系统中的应用


    柔性制造系统中的立体仓库模块,需要对毛坯、半成品和成品进行搬运、入库及出库等操作。AGV机器人能方便地实现自动出入装卸站、工作台和货架等,充分适应柔性高、物流量大、搬运线路复杂等要求。我们开发的AGV机器人在柔性加工生产自动立体仓库现场作为堆垛机使用,主要作业流程如下。


    (1)入库:整个柔性制造系统上的某个工位向系统提出入库的明确要求,这些要求主要有零部件名称和数量等,系统响应后,上位机通过无线网络给AGV上工控机发出指令明确地通知AGV机器人搬运零件至对应仓位。

    (2)AGV机器人从装卸站抓取零件,并根据当前的状态、位置、任务等规划运动路径,运行到相应的仓位,准停。

    (3)AGV机器人根据目标位置自动将零件放置到对应的仓位。

    (4)AGV机器人通过无线网络向上位机发送当前位置和状态;上位机根据当前状态更新数据库。

    (5)出库:系统以指令形式通知AGV机器人从库内特定仓位取出零件至装卸站。

    (6)AGV机器人从仓库特定库架抓取零件,并根据当前的位置规划运动路径,运行至装卸站,准停。

    (7)AGV机器人根据目标位置自动将零件放置到装卸站缓冲区。

    (8)AGV机器人通过无线网络向上位机发送当前位置和状态;上位机根据当前状态更新数据库。

    不断重复(1)~(8)的过程。

    该系统要求AGV机器人能实时准确地采集柔性生产线上各工位的状态信息,高效精确地将零件装卸到指定的位置。实践证明我们开发的AGV机器人能够满足这样的功能要求。


4 结束语

    基于无线网络的AGV机器人的开发,实现了无线网络与有线网络的无缝集成,能够保证AGV按照上位机的指令安全可靠地完成指定任务。在柔性制造加工自动仓库系统中,高效准确地实现入库出库的操作,具有较大的应用价值。