非接触式供电技术的自动导引车的电气自动控制系统装置

摘要

本发明涉及非接触性供电技术的自动导引车的电气控制系统及装置，属于机电类，自动导引车上位控制系统由自动导引车地面控制系统与自动导引车图形监控系统组成，在各伺服电机上装备有作为行走速度的反馈信号的安全传感器，自动导引车地面控制系统是自动导引车系统的核心，其通过无线局域网通讯方式通讯，根据任务管理计算机设置的控制参数进行相应的动作，并统一指挥交通，避免自动导引车间发生相互碰撞，并完成与外围设备的通信。本发明具有设置有操作简便的人机界面及手动/全自动控制功能，具有完善的工艺参数设置调节功能、安全保护功能，易于操作维护；系统具备良好的可兼容性和可扩张性，便于系统在未来发展中的升级换代或增减重组。

说明书

技术领域

本发明涉及机电类，特别涉及一种非接触性供电技术的自动导引车的电气自动控制装置，尤指具备小车编程及外部系统控制管理功能，自动沿着规定的路径行驶，自动完成一系列运输、存取任务的非接触式供电技术的自动导引车的电气自动控制系统装置。

背景技术

随着我国汽车工业及其物流业的快速发展，大型物流仓储基地的规模不断壮大，其自动化和智能化程度越来越高，采用自动导引车进行物流传输已成为当今自动化仓储系统中物流传输的主要方向。传统的自动导引车是以电池为动力，装有非接触导向装置和独立寻址系统的无人驾驶自动运输车。由于采用电池供电，传统的自动导引车的功率和行驶距离受到极大的限制，自动导引车的利用率也不高；传统的自动导引车动力电源一般配用的是“高倍率开口镉镍电池”，以适应其快速充电和较大电流放电的要求。但受“ 镉镍电池”记忆效应的影响，使用、维护比较麻烦，成本较高。同时由于“镉镍电池”中镉的污染，不适应环保的要求。

在我国目前的汽车生产分装线上，一般是采用人力推动前端小车行驶到各个分装工位，完成该工位的安装任务后，再由人工推至下一个工位，完成全部分装工作后，由工人推到前端安装工位进行前端的合装工作，整个过程中都需要有操作人员推动小车的工作，这样一方面加大了员工的任务量，另一方面也使装配任务中受员工操作影响较多，当节拍时间达到一定的限额时，过多的员工操作因素将会对节拍产生影响。所以，更换原有人力推动的前端小车为本发明的非接触式供电技术的自动导引车，不仅减轻了员工的工作量，同时也满足生产节拍的要求。

发明内容

本发明目的在于提供一种非接触式供电技术的自动导引车的电气自动控制系统装置，解决因电池充电等待或损坏带来的开动率降低和自动导引车在行走时前进或后退及转向时的精确控制问题。

本发明主要由自动导引车的机械部分、CPS非接触电源系统、电气自动控制装置系统（含上位控制系统）、用于导向的电磁引导单元、通讯管理单元和安全防护装置所构成。

自动导引车的主体结构主要由防护装置、车身主体、控制面板、托举机构、蓄电池、电池箱、车内电控柜及其电气控制系统装置、导引传感器、电源拾取器（取电器）、驱动器框架、伺服电机、左驱动轮、右驱动轮、同步带调整装置、同步带、同步带轮构成。自动导引车的行走和转向是由左、右两组四个驱动轮完成的，可实现自动导引车的前进、后退转向等功能，在各伺服电机上都装备了感应式导引传感器，作为行走速度的反馈信号。自动导引车的行走和转向是由两组左、右四个驱动轮和四个同步带调整装置完成的，驱动电机采用双组差速控制技术，可实现自动导引车的前进、后退转向等功能；采用无线局域网通讯方式与自动导引车上位控制系统相连接。

自动导引车上位控制系统由自动导引车地面控制系统与自动导引车图形监控系统组成，自动导引车地面控制系统是自动导引车系统的核心，它根据任务管理计算机设置的控制参数进行相应的动作，并统一指挥交通，避免自动导引车间发生相互碰撞，并完成与外围设备的通信。其构成为：

采用自行研制开发的AC TECH组态单元系统平台。该系统平台在路径规划、站点设置、速度设置、段点分配、干道分流、弯道计算、优化设计、任务分配、过程控制、快速响应、避免死锁、减免堵塞、安全保护等多方面都有较高的技术先进性，并成功地应用到了多个自动导引车项目中。

中央控制器接收非接触式电源供电系统中的PICKUP、感应式导引传感器-后、感应式导引传感器-前、位置点读取模块所输入的电气信号，并经过中央控制计算机数据处理后将控制信息指令发送给上述各控制单元及执行单元；

中央控制器通过无线局域网控制模块的接收来自中央控制计算机的无线通讯信号，并将中央控制器获得的小车及各主要组成电气元件的状态信息等通过无线局域网控制模块发送给中央计算机。

非接触式供电系统为各用电设备提供电能；

由中央控制器控制的位置点读取模块分别控制伺服放大器-左及伺服电机-右，控制伺服电机-左及伺服电机-右，伺服放大器-左和伺服放大器-右分别接受编码器-左、编码器-右发出的电气信号；

采用双组差速控制技术的自动导引车的伺服电机和伺服伺服驱动器；

在各伺服电机上装有作为行走速度反馈信号的旋转编码器；

在自动导引车的工艺路线上设置有若干个电子标签（RFID）的位置点读取模块和数据载体的、可根据生产工艺的调整任意安装的位置点；

在收到地面生产控制系统发出的工作地目标点及操作任务控制命令后，中央控制器能够按路径，给直流无刷直流驱动器控制信号，驱动自动导引车向目标点行驶。

图形监控单元自动导引车系统的人机交互接口，它提供图形化的操作界面，使用户能够直观、方便地监控自动导引车系统的运行情况，如车辆行走、操作状况、所在位置；

自动导引车地面控制系统与各自动导引车之间使用无线以太网控制模块进行连接的无线局域网控制模块通讯方式通讯。

自动导引车图形监控系统是自动导引车系统的人机交互接口，它提供图形化的操作界面，使用户能够直观、方便地监控自动导引车系统的运行情况，如车辆行走、操作状况、所在位置等。

自动导引车地面控制系统与各自动导引车之间使用无线以太网进行连接。

自动导引车电气控制系统与自动导引车地面控制系统通过有线连接或无线联网，自动导引车在收到地面生产控制系统发出的工作地目标点及操作任务控制命令后，其自动导引车控制器能够按路径发出直流无刷直流驱动器驱动自动导引车向目标点行驶的控制信号。在行驶过程中，自动导引车中央控制器不断读取前后实际位置坐标点数值，并将此偏差转换成速度和转向的命令值，随时修正自动导引车在行走过程中产生的偏差。

自动导引车上设有不断读取小车前后驱动部实际偏离规定路径的差值、用于前轮的感应式导引传感器-前和用于后轮的感应式导引传感器-后，并将运行偏差转换成速度和转向的命令值，随时修正自动导引车在行走过程中产生偏差的中央控制器。

自动导引车地面控制系统及管理方法：

自动导引车地面控制系统以后台服务的形式运行，所管理的任务包括：

a、任务管理，对任务管理计算机下达的任务根据时间先后和位置优先级进行调度，可查看系统中正在运行的任务情况，可查看任务的详细信息；

b、车辆管理，根据当时自动导引车的位置和状态，选择距目标点最近（含各路段加权值计算结果）的空闲自动导引车执行任务。可查看系统中自动导引车的列表，并可查看相应车辆的详细信息，如位置点、PLC状态位；

c、交通管理，由交通单元对管辖内的所有自动导引车能实时控制和管理，自动导引车严格遵循规划路径行驶，彼此独立行驶和作业，并能相互让车，当大线取件工位有自动导引车占位时，其将受交通管制约束，直到大线取件工位为空时才能自动解除；

d、远程控制单元，自动导引车地面控制系统计算机通过以太网络无线局域网控制模块与中央控制计算机的远程控制单元保持联系，由通讯管理单元接受任务调度，报告执行结果，自动导引车地面控制系统中央控制控制计算机通过无线局域网控制模块与各自动导引车保持实时的通讯联系，指挥车辆作业、获取车辆各种状态；

    e、图形监控单元，其是自动导引车系统人机接口，它提供图形化的操作界面，提供用户对自动导引车系统的监视和控制功能；

f、图形监控单元以平面图形的方式显示系统范围内每辆自动导引车的位置点和状态，常用状态有正常状态、手动状态、急停状态、路径阻塞、车辆丢失、车辆停止，不同的状态使用不同的颜色和图形表示，能够显示自动导引车的载货信息、各作业点、大线取件点、交通管制等待区的占用信息，提供对主监控视图的放大和缩小功能，方便用户查看监控视图。

    本发明的优点在于：

1设置有操作简便的人机界面及手动/全自动控制功能，具有完善的工艺参数设置调节功能、安全保护功能，易于操作维护。

2系统具备良好的可兼容性和可扩张性，便于系统在未来发展中的升级换代或增减重组。

附图说明

图1为本发明自动导引车结构示意图之一。

图2为本发明自动导引车结构示意图之二

图3为本发明上位控制系统组成框图。

图4 为本发明中央控制计算机与无线局域网控制模块通讯示意框图。

图5 为中央控制计算机与各被控制单元关系示意图。

附图中序号代表含义：11.防护装置、12.车身主体、13.控制面板、14.托举机构、15.蓄电池、16.电池箱、17.车内电气控制柜、21.导引传感器、22. 电源拾取器（取电器）、23.驱动器框架、24.伺服电机、25A.左驱动轮、25B.右驱动轮、26.同步带调整装置、27.同步带、28.同步带轮；

D1.中央控制器、D01.中央控制计算机、D2.安全传感器、无线局域网控制模块D3、D4.各用电设备、D5.非接触式供电系统、D6.感应式导引传感器-后、D7.感应式导引传感器-前、D8.位置点读取模块、D9伺服放大器-左、D10.伺服电机-左、D11.旋转编码器-左、D12.伺服放大器-右、D13.伺服电机-右、D14.旋转编码器-右、D15.机械式防护装置、D16.图形监控单元、D17.交通管理单元、D18.通讯管理单元、D19.远程控制单元。

具体实施方式

如附图1和附图2所示，自动导引车主要由防护装置11、车身主体12、控制面板13、托举机构14、蓄电池15、电池箱16、车内电气控制柜17、导引传感器21、电源拾取器（取电器）22、驱动器框架23、伺服电机24、左驱动轮25A、右驱动轮25B、同步带调整装置26、同步带27、同步带轮28构成。自动导引车的行走和转向是由左、右两组四个驱动轮完成的，可实现自动导引车的前进、后退转向等功能，在各伺服电机24上都装备了旋转编码器传感器，作为行走速度的反馈信号。

自动导引车在收到地面控制命令（要去的目标点及操作任务）后，中央控制器D1能够按路径，给伺服驱动器控制信号，驱动自动导引车向目标点行驶。在行驶过程中，自动导引车中央控制器D1不断读取前后实际位置点，并将此偏差转换成速度和转向的命令值，随时修正自动导引车在行走过程中产生的偏差。

自动导引车的单机采用了西门子WINCC MP2008软PLC系统，自动导引车中央控制器D1控制自动导引车的行走（导引计算及导航计算）并与地面控制系统通讯和控制自动导引车的执行机构和声光报警等。

如附图3所示，为本发明上位控制系统组成框图。本发明的上位控制系统由中央控制器（HMI—MP2008）D1、安全传感器(Laser Scanner)D2、无线局域网控制模块D3、各用电设备D4、非接触式供电系统D5、感应式导引传感器-后D6、感应式导引传感器-前D7、位置点读取模块（RFID）D8、伺服放大器-左D9、伺服放大器-右D12、伺服电机-左D10、旋转编码器-左D11、伺服电机-右D13、旋转编码器-右D14、机械式防护装置D15组成，机械式防护装置D15与伺服电机-左D10及伺服电机-右D13采用安全电缆相连通，位置点读取模块D8与感应式导引传感器-前D7及感应式导引传感器-后D6、伺服放大器-左D9及伺服放大器-右D12与中央控制器D1间采用PROFBUS总线技术，旋转编码器与伺服放大器采用控制电缆相连通。

 

中央控制器D1为本控制系统的核心，接收非接触式供电系统（PICKUP)D5、感应式导引传感器-后D6、感应式导引传感器-前D7、位置点读取模块（RFID）D8所输入的电气信号，并经过中央控制计算机D01数据处理后反馈控制信息指令给上述各控制单元及执行单元；中央控制器D1接收无线局域网控制模块D3的无线通讯信号，并经过中央控制计算机D01数据处理后反馈信息给无线局域网控制模块D3；非接触式供电系统D5为各用电设备D4提供电能；由中央控制器（MHI-MP2008）D1控制的位置点读取模块(RFID)D8分别控制伺服放大器-左D 9及伺服电机-右D13，控制伺服电机-左D10及伺服电机-右D13，伺服放大器-左D9和伺服放大器-右D12分别接受旋转编码器-左D11、旋转编码器-右D14发出的电气信号。

本系统采用非接触式供电方式，供电源采用变频控制技术，提供25kHz

的恒流电源，并输送到以行走路径为基准线而铺设的中频电缆上。车体安装PICKUP取点元件，当车体沿着中频电缆行走时，通过电磁耦合原理小车将获得驱动电源(500VDC)和控制电源（24VDC）。

中央控制器D1选用装载MP2008（西门子工控软件）的多功能HMI面板，以软PLC的设计思路替代硬件PLC，减少空间，提高控制效率，增减编程系统的灵活性。该中央控制器设有以太网、PROFIBUS等多个现场总线接口，满足设计的需求。 以中央控制器D1为用于现场层的高速数据传送的 PROFIBUS—DP主站，将从站位置读取模块RFID、感应式导引传感器-前D7、感应式导引传感器-后D6、伺服放大器-左D9、伺服放大器-右D12等组成PROFIBUS的通讯网络。

自动导引车在行驶过程中一旦发生偏离路径，感应式导引传感器-后D6、感应式导引传感器-前D7将根据偏移路径时的磁场强弱来计算小车的偏移量，并迅速发送给中央控制器D1。中央控制器D1然后根据偏移量的大小，发送控制指令给伺服放大器，然后进行纠偏，保证小车沿规定路径行驶。

根据具体的装配工艺或要求，需要自动导引车停止在某装配工位或减速转弯或避让等动作时，自动导引车必须接受位置点读取模块RFID的信息，并按模块的信息要求进行动作。

作为无人操作且自动导引车的车体，不仅要保证自动导引车的安全和完好，而且要保证行人、运输车等安全。显然，安全系统就必不可少。由安全传感器(Laser Scanner)D2和机械式防护装置D15组成的安全系统，二者这相互弥补安全缺陷，保安全进行生产。安全传感器(Laser Scanner)D2是4个可编程的区域扫描安全传感器。当障碍物处于第一警告区时，自动导引车减速慢行；当障碍物处于第二或三警告区时，自动导引车再次减速慢行；当障碍物处于保护区时，自动导引车立即停止。如果安全传感器(Laser Scanne)D2发生故障时，或者突发事件产生而不能按编程程序动作时，机械式保护尤为重要。一旦撞到机械式防护杆，自动导引车将立即停止行走，保证自动导引车的安全。

如附图4至附图6所示，无线局域网控制模块D3主要负责中央控制器D1与上位机中央控制计算机D01的通讯任务。当自动导引车的无线局域网控制模块D3收到上位机-中央控制计算机D01的调度指令时，如果自动导引车中央控制器D1处于忙碌状态，它将指令保存直到自动导引车将指令接受为止。同理，自动导引车将实时状态和当前位置发送给上位机中央控制计算机D01；上位机控制系统（地面控制系统）的中央控制计算机D01控制。图形监控单元D16、交通管理单元D17、通讯管理单元D18和远程控制单元D19，中央控制计算机D01和无线局域网控制模块D3主要担负如下任务：

任务管理，对任务管理计算机下达的任务根据时间先后和位置优先级进行调度，可查看系统中正在运行的任务情况，可查看任务的详细信息。

车辆管理， 根据当时自动导引车的位置和状态，选择距目标点最近（含各路段加权值计算结果）的空闲自动导引车执行任务。可查看系统中自动导引车的列表，并可查看相应车辆的详细信息，如位置、PLC状态位等。

交通管理， 对管辖内的所有自动导引车能实时控制和管理。自动导引车严格遵循规划路径行驶，彼此独立行驶和作业，并能相互让车。当大线取件工位有自动导引车占位时，其将受交通管制约束，直到大线取件工位为空时才能自动解除。

通信管理，自动导引车地面控制系统计算机通过以太网络与任务管理计算机保持联系。接受任务调度，报告执行结果；自动导引车地面控制系统计算机通过无线局域网络与各自动导引车保持实时的通讯联系，指挥车辆作业、获取车辆各种状态。

远程控制单元（D19），自动导引车地面控制系统计算机通过以太网络无线局域网控制模块（D3）与中央控制计算机（D01）的远程控制单元（D19）保持联系，由通讯管理单元（D18）接受任务调度，报告执行结果，自动导引车地面控制系统中央控制计算机（D01）通过无线局域网控制模块（D3）与各自动导引车保持实时的通讯联系，指挥车辆作业、获取车辆各种状态；

    自动导引车图形监控单元（D16），是自动导引车控制系统人机接口，它提供图形化的操作界面，提供用户对自动导引车系统的监视和控制功能。图形监控单元（D16）以平面图形的方式显示系统范围内每辆自动导引车的位置点和状态，常用状态有正常状态、手动状态、急停状态、路径阻塞、车辆丢失、车辆停止，不同的状态使用不同的颜色和图形表示，能够显示自动导引车的载货信息、各作业点、大线取件点、交通管制等待区的占用信息，提供对主监控视图的放大和缩小功能，方便用户查看监控视图。