一种重载AGV电气控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种重载AGV电气控制，属于电气控制领域，特别是涉及一种重载AGV电气控制系统及方法。

背景技术

随着科学技术的发展，人们对工业自动化程度要求越来越高。AGV能最大限度地缩短物流周转周期，降低物料的周转消耗，实现来料与加工，物流与生产，成品与销售的柔性衔接，最大限度地提高生产系统的工作效率。在大型设备和产品运输要求越来越严格的场景下，AGV的构造和承载也发生了变化，重载AGV应运而生，开始进入市场应用。

目前，AGV主要由差速驱动控制实现的，对于可以实现全向移动的AGV主要通过控制全向轮来实现，但由于其控制较为复杂、成本偏高等原因，此方案采用度不高。另外，一般AGV控制方案中通讯距离过短，场景较大的环境下使用会出现数据丢失甚至设备掉线等严重问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是如何提供一种由该PLC控制单元进行统一调度协调，各个单元单独控制，同时每一个功能单元的对其他功能单元没有任何依赖，能够达到模块化控制的效果，极大地改善控制系统后续升级和维护的便捷性的重载AGV电气控制系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种重载AGV电气控制系统，包括：

环境感知单元，用于获取重载AGV的位置信息，其包括视觉定位单元、避障单元和防碰撞单元；

运动控制单元，用于移动重载AGV的位置和调整重载AGV的姿态，其包括驱动单元和转向单元；

数传单元，用于触控一体机与重载AGV之间的数据交换；

人机交互单元，用实时显示重载AGV状态信息，并为重载AGV设定任务；

和PLC控制单元，所述PLC控制单元分别与环境感知单元、运动控制单元、数传单元和人机交互单元之间控制连接并用于对环境感知单元、运动控制单元、数传单元和人机交互单元进行通讯调度处理。

在一个较佳实施例中，所述重载AGV电气控制系统还包括无线遥控单元，所述无线遥控单元与PLC控制单元之间信号连接，并用于操作重载AGV执行遥控操作模式。

在一个较佳实施例中，所述重载AGV电气控制系统还包括无线充电单元，所述无线充电单元与PLC控制单元之间控制连接，并用于检测重载AGV在空闲状态下的电量。

在一个较佳实施例中，当重载AGV处于空闲状态时的电量低于设定阈值时，无线充电单元引导重载AGV到达充电桩位置，同时下放无线充电接收线圈，开始无线充电。

在一个较佳实施例中，所述视觉定位单元包括视觉识别色带和编码器，

所述视觉识别色带与编码器相配合，并用于获取重载AGV的位置信息；

所述避障单元为激光雷达，用于获取重载AGV车体前后的障碍物信息；

所述防碰撞单元用于获取激光雷达无法检测的障碍物信息。

在一个较佳实施例中，所述驱动单元用于根据该PLC控制单元的指示信号，按指定速度运行重载AGV；

所述转向单元用于根据该PLC控制单元的指示信号，调整电机驱动的轮组方向，进而对重载AGV进行姿态调整。

一种重载AGV电气控制方法，用于实现上述重载AGV电气控制系统，所述重载AGV电气控制方法包括如下步骤：

S1、PLC控制单元上电初始化，开启硬件自检检测，通过检测到的信息判定是否进入步骤S2；

S2、在人机交互或触控一体机上进行模式选择，模式包括遥控模式和任务模式，并通过模式的选择判定是否进入步骤S3；

S3、重载AGV通过无线充电单元定时查询自身电量，并通过自身电量值判定开始无线充电或开始执行任务；

S4、人机交互单元或触控一体机通过数传单元传输任务指令，重载AGV接收任务指令后，包括如下操作步骤：

A：计算车体当前所处位置与预设目标位置之间的位置偏差信息，

B：结合运动模型速度分解得到重载AGV运动至该预设目标位置对应所需的运动速度和方向转角，

C：给运动控制单元下发速度和转向指令，重载AGV上报警灯闪烁提示周边人员进行避让；

S5、环境感知单元获取重载AGV在运动过程对应的障碍物存在与分布状态信息，通过运动控制单元调整重载AGV的行进位置及行进姿态；

S6、重载AGV到达指定位置后执行相应任务；

S7、重载AGV完成本次任务后，发送完成信号至触控一体机，若有任务执行，则开启下次任务，若无其他任务则返回初始位置等待下次任务分配。

在一个较佳实施例中，在步骤S1的自检检测中，

若检测到硬件问题反馈故障码至所述重载AGV人机交互单元/触控一体机，形成故障AGV，同时打开报警灯进行提示，所述故障AGV停留在待命区等待人工检修，

若自检成功，则进入步骤S2。

在一个较佳实施例中，在步骤S2的模式选择与判定中，

若选择遥控控制模式，则重载AGV进入手动遥控模式，并执行无线遥控单元的指令；

若选择任务模式，则重载AGV进入任务模式则开始执行步骤S3。

在一个较佳实施例中，在步骤S3自身电量值判定中，

若电量低于设定的低压阈值时，则拒绝执行任务并引导自身到达充电桩位置，开始无线充电；

若电量高于设定的低压阈值或当充电达到开启任务的电压阈值时，开启执行任务，等待接收任务并执行。

本发明的有益效果是：由该PLC控制单元进行统一调度协调，各个单元单独控制，同时每一个功能单元的对其他功能单元没有任何依赖，能够达到模块化控制的效果，极大地改善控制系统后续升级和维护的便捷性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明一种重载AGV电气控制系统的系统整体框图；

图2是本发明一种重载AGV电气控制系统中环境感知单元系统框图；

图3是本发明一种重载AGV电气控制系统中控制单元系统框图；

图4是本发明一种重载AGV电气控制方法的整体流程图；

图5是本发明一种重载AGV电气控制方法的程序流程控制图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明提供如下实施例对本发明进行详细描述：

实施例1

一种重载AGV电气控制系统，包括：

环境感知单元，用于获取重载AGV的位置信息，其包括视觉定位单元、避障单元和防碰撞单元，所述视觉定位单元包括视觉识别色带和编码器，其中，所述视觉识别色带与编码器相配合，并用于获取重载AGV的位置信息；所述避障单元为激光雷达，用于获取重载AGV车体前后的障碍物信息；所述防碰撞单元用于获取激光雷达无法检测的障碍物信息；

运动控制单元，用于移动重载AGV的位置和调整重载AGV的姿态，其包括驱动单元和转向单元，所述驱动单元用于根据该PLC控制单元的指示信号，按指定速度运行重载AGV，所述转向单元用于根据该PLC控制单元的指示信号，调整电机驱动的轮组方向，进而对重载AGV进行姿态调整；

数传单元，用于触控一体机与重载AGV之间的数据交换；

人机交互单元，用实时显示重载AGV状态信息，并为重载AGV设定任务；

PLC控制单元，分别与环境感知单元、运动控制单元、数传单元和人机交互单元之间控制连接并用于对环境感知单元、运动控制单元、数传单元和人机交互单元进行通讯调度处理。所述重载AGV电气控制系统还包括无线遥控单元，所述无线遥控单元与PLC控制单元之间信号连接，并用于操作重载AGV执行遥控操作模式。

在具体的实施过程中，所述重载AGV电气控制系统还包括无线充电单元，所述无线充电单元与PLC控制单元之间控制连接，并用于检测重载AGV在空闲状态下的电量。当重载AGV处于空闲状态时的电量低于设定阈值时，无线充电单元引导重载AGV到达充电桩位置，同时下放无线充电接收线圈，开始无线充电。

实施例2

一种重载AGV电气控制系统，所述重载AGV电气控制系统包括环境感知单元、运动控制单元、数传单元、PLC控制单元、无线充电单元、人机界面、遥控器单元。

环境感知单元包含视觉识别色带传感器、激光雷达避障、防撞条。

运动控制单元中，该运动控制单元包含驱动和转向两个部分。

数传单元采用数传电台，用于触控一体机与重载AGV数据交互。

PLC控制单元负责对环境感知单元、运动控制单元、数传单元、激光避障单元进行关于安全感知的通讯调度处理；

无线充电单元，当AGV处于空闲状态检测到电量低于设定阈值时，会引导自身到达充电桩位置，下放无线充电接收线圈，开始无线充电。

人机交互单元，可实时显示重载AGV状态信息，也可为重载AGV设定任务。

视觉识别色带、激光雷达避障、防撞条等部分的设定中，视觉识别色带配合编码器用于获取AGV的定位信息，激光雷达用于检测车体前后障碍，防撞条则用于检测地面一些低小的、激光雷达无法检测的障碍。

驱动部分负责带动重载AGV运行，转向部分配合驱动部分负责调整重载AGV位姿调整。

数传单元采用专业的数传电台，传输距离可达数公里，用于传输触控一体机与重载AGV数据交互，传输距离更远，更稳定。

实施例3

该发明控制系统包括环境感知单元、运动控制单元、数传单元、PLC控制单元、无线充电单元、人机界面、遥控器单元。

环境感知单元包含视觉识别色带、激光雷达避障、防撞条等部分。采用视觉识别色带导航方式，主要的优点是路面铺设较为容易，拓展与更改路径容易，成本低；车体前后均安装有激光雷达避障和防撞条，保证运行安全可靠。

运动控制单元包含驱动和转向两个部分，驱动部分用于根据该PLC控制单元的指示信号，按指定速度运行；转向部分则根据该PLC控制单元的指示信号，调整电机驱动模块中的轮组方向，进而对重载AGV进行姿态调整。通过对驱动电机、转向电机控制，可实现不采用全向轮而能实现全方向运动的重载AGV控制系统的功能，电气回路简单，成本低。

数传单元采用数传电台，用于触控一体机与重载AGV数据交互，通讯距离达数公里，稳定可靠；

PLC控制单元负责对环境感知单元、运动控制单元、数传单元、激光避障单元进行关于安全感知的通讯调度处理；

无线充电单元，当AGV处于空闲状态检测到电量低于设定阈值时，会引导自身到达充电桩位置，下放无线充电接收线圈，开始无线充电，由于属于非接触式传输，能够避免接触式电能传输可能带来的接触火花、滑动磨损、爆炸电击等问题。

人机交互单元，可实时显示重载AGV状态信息，也可为重载AGV设定任务。

综上所述，该系统中的环境感知单元、运动控制单元、数传单元、PLC控制单元、无线充电单元、人机界面，由该PLC控制单元进行统一调度协调，各个单元都能单独控制。由于该重载AGV不同功能单元之间只需要通过数据通信即可，每一个功能单元的对其他功能单元没有任何依赖，从而达到模块化控制的效果，极大地改善控制系统后续升级和维护的便捷性。

实施例4

该发明控制系统包括环境感知单元、运动控制单元、数传单元、PLC控制单元、无线充电单元、人机界面。

环境感知单元包含视觉识别色带、激光雷达避障、防撞条等部分。视觉识别色带用于获取AGV的定位信息，激光雷达用于检测车体前后障碍，防撞条则用于检测地面一些低小的、激光雷达无法检测的障碍。

运动控制单元中，驱动部分由8台驱动电机构成，2个电机为一组，每组的2台电机各自通过减速机后共同输出同一驱动轴，带动驱动轮转动，四组电机共同完成四轮差速控制；8个转向电机同驱动电机结构类似，2个电机一组，提高带载能力。共同调整电机驱动模块中的轮组方向，进而对重载AGV进行姿态调整。

数传单元采用数传电台，用于触控一体机与重载AGV数据交互。

PLC控制单元负责对环境感知单元、运动控制单元、数传单元、激光避障单元进行关于安全感知的通讯调度处理；

无线充电单元，当AGV处于空闲状态检测到电量低于设定阈值时，会引导自身到达充电桩位置，下放无线充电接收线圈，开始无线充电。

人机交互单元，可实时显示重载AGV状态信息，也可为重载AGV设定任务。

实施例5

一种重载AGV电气控制方法，用于实现上述重载AGV电气控制系统，所述重载AGV电气控制方法包括如下步骤：

S1、PLC控制单元上电初始化，开启硬件自检检测，若检测到硬件问题反馈故障码至所述重载AGV人机交互单元/触控一体机，形成故障AGV，同时打开报警灯进行提示，所述故障AGV停留在待命区等待人工检修，

若自检成功，则进入步骤S2

S2、在人机交互或触控一体机上进行模式选择，模式包括遥控模式和任务模式，若选择遥控控制模式，则重载AGV进入手动遥控模式，并执行无线遥控单元的指令；若选择任务模式，则重载AGV进入任务模式则开始执行步骤S3；

S3、重载AGV通过无线充电单元定时查询自身电量，若电量低于设定的低压阈值时，则拒绝执行任务并引导自身到达充电桩位置，开始无线充电；若电量高于设定的低压阈值或当充电达到开启任务的电压阈值时，开启执行任务，等待接收任务并执行；

S4、人机交互单元或触控一体机通过数传单元传输任务指令，重载AGV接收任务指令后，包括如下操作步骤：

A：计算车体当前所处位置与预设目标位置之间的位置偏差信息，

B：结合运动模型速度分解得到重载AGV运动至该预设目标位置对应所需的运动速度和方向转角，

C：给运动控制单元下发速度和转向指令，重载AGV上报警灯闪烁提示周边人员进行避让；

S5、环境感知单元获取重载AGV在运动过程对应的障碍物存在与分布状态信息，通过运动控制单元调整重载AGV的行进位置及行进姿态；

S6、重载AGV到达指定位置后执行相应任务；

S7、重载AGV完成本次任务后，发送完成信号至触控一体机，若有任务执行，则开启下次任务，若无其他任务则返回初始位置等待下次任务分配。

实施例6

我们通过一个具体的实施例来更好的说明本发明中所述重载AGV的工作流程，具体如下：

步骤1：PLC控制单元上电初始化，开启硬件自检检测，若检测到硬件问题反馈故障码至所述重载AGV人进界面/触控一体机，并打开报警灯进行提示，所述故障AGV小车保留在待命区等待人工检修，若自检成功，则进入步骤2。

步骤2：在人机界面/触控一体机选择遥控模式或任务模式，选择遥控控制模式，则重载AGV进入手动遥控模式，执行遥控器指令，选择进入任务模式则开始执行步骤3。

步骤3:重载AGV定时查询自身电量，当电量低于设定的低压阈值时，则拒绝执行任务并引导自身到达充电桩位置，下放无线充电接收线圈，开始无线充电，防止在执行任务中出现断电现象。当充电达到开启任务的电压阈值时，开启执行任务，等待接收任务并执行。

步骤4：人机交互界面或触控一体机通过数字电传传输任务指令，重载AGV接收任务指令后，首先计算车体当前所处位置与预设目标位置之间的位置偏差信息，然后结合运动模型速度分解得到AGV运动至该预设目标位置对应所需的运动速度和方向转角，最后给运动控制单元下发速度和转向指令，报警灯闪烁提示周边人员进行避让。

步骤5：通过环境感知单元获取AGV在运动过程对应的障碍物存在与分布状态信息，对运动控制单元进行调整，以此实现对该重载AGV的减速、停止，进一步保证整个运行过程的安全性。

步骤6：重载AGV到达指定位置后执行相应任务。 步骤7：待重载AGV完成本次任务后，发送完成信号至触控一体机，若有任务执行，则开启下次任务，若无其他任务则返回初始位置等待下次任务分配。

因此，本发明具有以下优点：

1、系统中的环境感知单元、运动控制单元、数传单元、PLC控制单元、无线充电单元、人机界面，由PLC控制单元进行统一调度协调，各个单元实现单独控制。；

2、重载AGV不同功能单元之间只需要通过数据通信即可，每一个功能单元的对其他功能单元没有任何依赖，从而达到模块化控制的效果，极大地改善控制系统后续升级和维护的便捷性。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。