广汽乘用车有限公司 广东广州 510000
摘要：目前磁导引AGV技术已趋于成熟，在汽车行业应用也越来越广泛，且技术较为简单，通过零件选型、机械设计及AGV控制程序的编写，可以制造出应用于总装车间的牵引式AGV，自主设计开发AGV不仅可以降低制造成本，并且在使用过程中可以快速进行故障对应，并可自行对AGV结构及功能根据实际使用情况进行改造，降低使用及维护成本。
关键词：磁导引AGV；PLC；总装车间；设计开发；调度系统
引言
AGV即自动导引小车，它是一种以电池为动力，装有非接触导向装置和独立寻址系统的无人驾驶自动化搬运车辆【1】。目前汽车制造厂基本都是从AGV厂家批量购买使用，并由AGV厂家进行后续的维护保养，而AGV厂家对AGV核心技术资料保密，且磁导引AGV大部分都是采用单片机进行控制，导致控制程序无法查看及修改，当AGV出现故障时，我们无法快速找到原因并给出有效的对策以防止故障再发，又当AGV需要增加功能或更换零件品牌等改动时，我们必须委托该AGV厂家进行改造，这就大大地增加了AGV的使用成本。目前磁导航AGV技术较为成熟简单，我们自主进行AGV的设计、开发及制造，以减少对AGV厂家的依赖，降低AGV的使用成本，接下来将详细介绍AGV自主开发过程。
一、AGV结构介绍：
1.1AGV结构
AGV小车由车体、驱动装置、蓄电池、导引装置、主控制器、通信装置、安全保护装置、运载装置等组成【2】，下面重点介绍一下驱动装置：
AGV系统结构图
驱动装置—常用的驱动结构有舵轮结构、双轮差动结构等两种结构，舵轮驱动结构一般用于重载型AGV，双轮差动结构一般用于中载或轻载型AGV。根据牵引物体重量，我们选择双轮差动式机构，其主要由车轮、减速器、驱动电机及驱动器等部分组成。
双轮差动 舵轮结构
1.2 单片机与PLC控制的优劣势
AGV控制器分别有两种：单片机与PLC。市场上中低端AGV大部分都是采用单片机进行控制，而采用便于后期维护的PLC控制的AGV较少。
单片机：代表产品例如STM32。优点，经济实惠，成本相对较低；缺点，用单片机制作的主控板受制版工艺、布局结构、器件质量等因素的影响导致抗干扰能力差，故障率高，不易扩展，对环境依赖性强，开发周期长。
PLC：代表产品例如西门子的 S7-1200和1500，PLC 以稳定性好、可靠性高著称，它主要用于逻辑控制，程序采用梯形图，可读性强。
两种控制器对比
考虑到PLC的程序可读性及扩展性等优点，我们采用PLC作为AGV的控制器，便于设备人员后续的维保及改造。
二、AGV设计：
2.1 技术规格
结合使用需求，我们自主开发一台由PLC控制的磁导航牵引式AGV，用于总装车间SPS台车的搬运。
AGV技术参数
2.2 程序设计
2.2.1 PLC控制程序
确定了AGV的技术规格，接下来我们需要进行程序的编写，在编写程序前，需要梳理出AGV的具体功能，对AGV功能进行分解，梳理必要的程序段，确定PLC控制程序框架，其中包含异常报警程序、驱动器控制程序、RFID读取程序、外部，命令输入程序、安全防撞程序及速度选择程序等：
触摸屏即人机操作界面，方便操作人员对AGV状态的可视化管理，可查看AGV的实时运行状态及故障信息等，并可通过触摸屏对AGV进行命令下达及参数设置。
对触摸屏画面进行设计开发，程序共有6个画面，分别是“自动运行”、“手动运行”、“信号检测画面”、“报警界面”及“电机状态”，可实现AGV运行时的实时状态监控，方便操作人员管理。
2.3 机械结构设计
装配图2
用SolidWorks软件对AGV的各个零件及模块进行建模，最终装配成整个完整AGV。车身采用前端凸起的形式，有利于PLC等控制元件的放置，同时方便操作人员查看AGV触摸屏信息。
三、交通管制
当多台AGV进行协同合作时，随着AGV的数量的增多，AGV不是单行的通道运行，会出现交叉的通道，即类型十字路口或者其它特殊区域，对于现代交通来说，可以在十字路口设置红绿灯或其他的交通管制措施来避免车辆堵塞或相撞，但是对于AGV来说，其本身就是高自动化设备，其无法有效的识别红绿灯，所以如何进行AGV的交通管制成为一个非常重要的问题，故在运行过程中AGV之间需要进行信息交互。
3.1 交通管制类型
点对点通信：此方式为近距离无线通信方式，信息传递是AGV—AGV，不需要经过第三方处理转发。当AGV进入特定区域时，站点信息经过控制器分析后，AGV将交通管制信息通过无线模块向外发送，到达该区域入口的AGV接收信息后将会停下等待，直到上一辆AGV离开此区域才开始运行。
中央调度控制：此方式设有一个中央控制系统，AGV之间的信息传输都是通过AGV控制台完成。AGV控制台与AGV间采用无线通讯方式，控制台和AGV构成无线局域网。控制台依靠无线局域网向AGV发出系统控制指令，任务调度指令，避碰调度指令。控制台同时可接收AGV发出的通讯信号。AGV依靠无线局域网向控制台报告各类指令的执行情况、AGV当前位置及状态。
3.2 中央调度系统设计
中央调度系统图
由中央控制台对多AGV发送调度指令，系统可分为三个部分：服务层、网络层及采集层。其中服务层是系统控制器部分，由控制主机、显示器等组成；网络层是主机与AGV之间通讯的媒介，由交换机和无线AP组成；采集层即为AGV本体，接收和发送相关信息，需要无线通信模块。
四、调试与结语：
4.1 轨道搭设及测试
搭设AGV简易机械框架，对AGV进行不同工况及路径测试，测试60天，AGV牵引功能正常，能够稳定地进行牵引工作
4.2 结语
自主设计开发AGV，前期会投入大量的人力、物力，但开发成功后，将会带来很多的收益：
（1）成本方面：零件选型、机械设计及程序设计由自己跟进，可减少制造成本；零件采用标准化零件，将来可进行品牌更换，减少备件费用；控制器采用PLC，可后续自行进行模块功能扩展等改造，减少改造费用。
（2）维护方面：控制器采用PLC，便于操作人员查看、监控及修改程序，方便AGV的维护。
参考文献：
[1]张辰贝西，黄志球.自动导航车（AGV）发展综述[J].中国制造业信化，2010，39（1）：53-59.DOI：10.3969/j.issn.1672-1616.2010.01.014.
[2]朗誉.AGV小车结构主要组成概述，2016.
论文作者:董海涛
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/12/2
标签：双轮论文; 结构论文; 程序论文; 控制台论文; 控制程序论文; 控制器论文; 单片机论文; 《基层建设》2019年第24期论文;