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AGV系列之运动控制系统介绍

时间:2022-09-27 17:08:07来源:剑指工控 王刚

导语:​AGV硬件系统负责信息感知,执行运动控制等任务,是影响AGV系统性能的关键因素。本文主要对AGV运动控制系统做简单介绍,为后续的理论研究奠定基础。

  AGV硬件系统负责信息感知,执行运动控制等任务,是影响AGV系统性能的关键因素。本文主要对AGV运动控制系统做简单介绍,为后续的理论研究奠定基础。

  运动控制系统是AGV系统的核心部件,是AGV的大脑。运动控制器接收任务指令,转化成各个电机的速度,然后下发给驱动器,驱动电机运转,从而控制AGV本体的运动。同时,运动控制器接收来自AGV各个传感器的反馈信号,对接受到的信息进行分析处理。它会按照预存的信息、AGV的运行状态以及周围环境信息等做出运动决策。使得AGV的可靠性、精确度以及效率更高。运动控制系统主要是保证驱动系统以及AGV的稳定运行,主要负责AGV启动、停止、调速、紧急制动等基础控制功能,从而控制整个AGV的运动过程,实现AGV的移动以及定位。

AGV的组成框架如图.png

图1 AGV的组成框架如图

  运动控制部分的功能是根据决策控制部分给定的期望任务控制自身运动。运动控制子系统可分为速度轨迹生成(Velocity Trajectory Generation) 、速度轨迹跟随(Velocity Trajectory Tracking)两个部分:速度轨迹生成部分针对决策控制部分制定的“任务”,根据AGV当前位置、当前速度、目标点位置和目标点速度,为AGV生成一条从“当前点”到“目标点”的最优的速度轨迹。速度轨迹跟随部分控制AGV的驱动机构,实时控制AGV的速度跟随生成的速度轨迹,使AGV完成自身规划的各种位置和姿态等目标。AGV运动控制系统硬件主要由运动控制器、伺服驱动器、减速机、直流电机等组成。为了实现运动控制器与各驱动之间的通信及传输功能,必须选择合适的通讯保证设备之间的通信协议匹配。对于AGV厂商来说,运动控制系统有的厂商采用自主研发,有的厂商采用系统方案集成。一般自主研发采用MPU+DSP或FPGA作为主处理器,一般是基于ARM、X86等芯片或者核心板自己开发外围电路而成。采用系统方案集成的厂商一般采用市面上常用的运动控制系统集成,节约了大量的研发时间。那下面简单介绍一下AGV常用的运动控制系统。

  1. 运动控制器

  运动控制器是运动控制系统的控制核心,运动控制器是工业中对电机控制的主要应用设备,运动控制器作为“控制”的大脑,以实现伺服驱动、运动插补以及电机速度的运动控制,此外还可以提供各种数字量、模拟量的输入与输出接口来对传感器信号进行处理。运动控制器主要负责环境信息的检测与转换,全局坐标系下AGV的位置、姿态检测,运动控制算法和路径规划算法的实现等,并且将算法结果转换为运动指令发送给驱动器,驱动器负责对控制器的指令进行响应,驱动电机,控制AGV转速。运动控制器从MPU、PLC工控机等各种车载控制器形式都有,从体积、功能、性价比、开发难易度等方面各自都有优缺点。在关键的运动控制技术中,同时有因为AGV分类繁多,目前各种类型的AGV,不同样式,不同外观。我们需要在有限的空间装下足够多的各类电子元器件。合适体积,合适的性价比以及能够满足功能需求就显得尤为重要。

车载控制器.png

图2 车载控制器


  2. 伺服驱动器

  如果说控制器是AGV的大脑,那么驱动器就是AGV的心脏,为驱动车轮的电机提供电流。才能使AGV运动起来。由于AGV普遍采用蓄电池供电,其电压一般在12V~72V 左右。因此AGV采用低压直流型伺服驱动器。

常用伺服驱动器品牌伺服驱动器.png

图3 常用伺服驱动器品牌

      伺服驱动器将来自控制器的低电平信号转换为高功率电流和电压,以调节电机的运动。在传感器的反馈被控制器后,伺服驱动器还将根据有效载荷的重量和AGV的当前速度对AGV进行调整,以确保维持正确的操作和控制。

  3. 直流电机

  电机是整个AGV运动控制系统的驱动来源,目前,市面上的电机大体上分为交流和直流电机两种,但是交流电机如果要使用电池,还需配备逆变器等设备,这无形中就增加了AGV小车的体积、重量和复杂程度,也增加了控制难度。相比较之下,直流电机的就有了一定的优势,它的过载能力很强,抗击负载扰动能力较强,从成本和结构简约的角度考虑,满足。目前工业中应用于轮式AGV较多的电机为无刷直流电机,无刷直流电机具有转矩输出稳定、启动转矩大等优点,适合应用于转矩要求高的场合。

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  图4 直流低压伺服电机


标签: AGV运动控制

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