專利名稱：自動導引車輛控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于自動導引車輛(AGV, Automated Guided Vehicle)技術(shù)領(lǐng)域,且特別是有關(guān)于一種自動導引車輛控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
自動導引車輛(Automated Guided Vehicle,簡稱AGV),指裝備有電磁或光學等自動導引裝置，能夠沿規(guī)定的導引路徑行駛，具有安全保護以及各種移載功能的運輸車，工業(yè)應用中不需駕駛員且以可充電之蓄電池為其動力來源。一般可透過電腦來控制其行進路線以及行為，或利用電磁軌道來設立其行進路線，電磁軌道黏貼于地板上，無人搬運車則依循電磁軌道所帶來的信息進行移動與動作。AGV相對于步行、爬行或其它非輪式的移動機器人具有行動快捷、工作效率高、結(jié)構(gòu)簡單、可控性強、安全性好等優(yōu)勢。與物料輸送中常用的其他設備相比，AGV的活動區(qū)域 無需鋪設軌道、支座架等固定裝置，不受場地、道路和空間的限制。一般普通的AGV都具有兩個電機驅(qū)動其運動，由這兩個電機分別控制其在平面上的X坐標和Y坐標，并有一個萬向輪來調(diào)節(jié)其穩(wěn)定性，到達站點后人工裝卸貨物。現(xiàn)有的AGV基本上都是由單個數(shù)字信號處理器(digital signal processor, DSP)控制,如圖I所示，為現(xiàn)有技術(shù)的AGV控制系統(tǒng)的方框圖?，F(xiàn)有技術(shù)中，一般的AGV的控制系統(tǒng)包括電池11、DSP 12、第一控制器13、第二控制器14、第一電機15、第二電機16、信號處理器17及機械裝置18。電池11為供電裝置,為整個系統(tǒng)的工作提供工作電壓。DSP12內(nèi)置控制程序，并發(fā)出控制信號至第一控制器13及第二控制器14，第一控制器13及第二控制器14分別控制第一電機15、第二電機16的工作，第一電機15、第二電機16又分別用于驅(qū)動設于AGV的機械裝置18進行運動。其中,第一電機15和第二電機16的驅(qū)動信號經(jīng)過信號處理器17合成之后，控制機械裝置18的運動。長期以來，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的AGV存在著很多安全隱患，包括
(I)由于以上的運動控制系統(tǒng)是基于“微處理器+運動控制芯片”的運動控制，這類運動控制器開發(fā)簡單、可靠性高，但是由于采用了專用的運動控制芯片，無法進行擴展設計，也無法實現(xiàn)各種先進運動控制算法。(2)基于DSP的開發(fā)程序較難，而且要求開發(fā)人員具有較高的C語言或者是匯編語言知識，而且二次開發(fā)較難。(3)單片DSP難以勝任多信號處理系統(tǒng)的要求，如果增加新的處理器來滿足AGV快速性和穩(wěn)定性的要求，又要處理兩個處理器之間的同步和通訊等問題，延長了系統(tǒng)開發(fā)時間。(4)由于受周圍環(huán)境不穩(wěn)定因素干擾，單DSP控制器經(jīng)常會出現(xiàn)異常，引起失控，抗干擾能力較差。因此，需要對現(xiàn)有的基于單片DSP控制的AGV控制器進行重新設計。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種自動導引車輛控制系統(tǒng)，其基于高級運動語言，利用ADSP和FPGA雙核控制。本發(fā)明提出一種自動導引車輛控制系統(tǒng)，其包括電池、控制模塊、電機控制器、第一電機、第二電機、信號處理器及機械裝置。所述控制模塊發(fā)出控制信號至電機控制器，電機控制器分別控制第一電機、第二電機的工作，以驅(qū)動設于機械裝置運動。第一電機和第二電機的驅(qū)動信號經(jīng)過信號處理器合成之后，控制機械裝置的運動?？刂颇K為一雙核控制器，其包括ADSP電路及FPGA電路，ADSP電路實現(xiàn)人機界面、路徑規(guī)劃、數(shù)據(jù)存儲、輸入輸出控制、在線輸出功能，F(xiàn)PGA電路實現(xiàn)多軸伺服系統(tǒng)，向電機控制器發(fā)送多軸控制信號，且ADSP電路及FPGA電路之間進行通訊連接，實時進行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。在本發(fā)明的一個實施例中，所述電池進一步與第一電機和第二電機的輸出端連接，且控制模塊進一步分別連接至第一電機輸出端和電池之間的連接點，及第二電機輸出 端和電池之間的連接點。在本發(fā)明的一個實施例中，所述ADSP電路包括DSP運算電路、連接端口、人機界面、存儲器、隨機存儲器及靜態(tài)隨機存儲器控制器，所述連接端口、人機界面、存儲器、隨機存儲器均與DSP運算電路進行通訊連接，且靜態(tài)隨機存儲器控制器與隨機存儲器連接，靜態(tài)隨機存儲器控制器進一步與一備份電源連接。在本發(fā)明的一個實施例中，所述連接端口包括RS-232串行接口及ICE端口。在本發(fā)明的一個實施例中，所述人機界面包括開始/重啟按鍵及功能選擇鍵。在本發(fā)明的一個實施例中，所述FPGA電路包括FPGA芯片、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、編碼器及伺服控制器，其中，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器及編碼器均與FPGA芯片通訊連接，且數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器與伺服控制器連接后，再進一步連接至電機控制器。在本發(fā)明的一個實施例中，所述伺服控制器還包括一個或多個傳感器。在本發(fā)明的一個實施例中，所述伺服控制器包括導航傳感器、前方傳感器、側(cè)面?zhèn)鞲衅?、站點傳感器和速度傳感器。在本發(fā)明的一個實施例中，所述存儲器中存儲有PLC梯形圖和運動控制程序。在本發(fā)明的一個實施例中，所述DSP運算電路與FPGA芯片之間連接一震蕩器。本發(fā)明所述的自動導引車輛控制系統(tǒng)由FPGA處理全數(shù)字伺服控制，大大提高了運算速度，解決了單DSP軟件運行較慢的瓶頸，縮短了開發(fā)周期短，并且程序可移植能力強。本發(fā)明完全實現(xiàn)了單板控制，不僅節(jié)省了控制板占用空間，而且還實現(xiàn)了多路控制信號的同步控制，有利于提高AGV小車的穩(wěn)定性和動態(tài)性能。由于本控制器采用FPGA處理大量的數(shù)據(jù)與算法，并充分考慮了周圍的干擾源，并把DSP從繁重的工作量中解脫出來，有效地防止了程序的“跑飛”，抗干擾能力大大增強。再者，由于DSP和FPGA已經(jīng)固化，使得二者不再需要更改，開發(fā)人員只需要采用比較簡單的PLC語言就可以對此系統(tǒng)進行二次開發(fā)。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉實施例，并配合附圖，詳細說明如下。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)的AGV控制系統(tǒng)的方框圖。圖2為本發(fā)明較佳實施例的AGV控制系統(tǒng)的方框圖。圖3為本發(fā)明較佳實施例的的控制模塊的方框圖。圖4為本發(fā)明較佳實施例的AGV控制系統(tǒng)應用示意圖。圖5為本發(fā)明較佳實施例的PLC梯形圖。圖6為本發(fā)明較佳實施例的運動控制程序框圖。
具體實施方式
隨著微電子技術(shù)和計算機集成芯片制造技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，數(shù)DSP由于其快速的計算能力，不僅廣泛應用于通信與視頻信號處理，也逐漸應用在各種高級的控制系統(tǒng)中。AD公司的ADSP-21XX系列提供了低成本、低功耗、高性能的處理能力和解決方案。其中的ADSP-2188指令執(zhí)行速度高達75MIPS，加上獨立的算術(shù)邏輯單元，擁有強大的數(shù)字信號處理能力。此外，大容量的隨機存取存儲器(RAM,random access memory)被集成到該芯片內(nèi)，可以極大地簡化外圍電路設計，降低系統(tǒng)成本和系統(tǒng)復雜度，也大大提高了數(shù)據(jù)的存儲處理能力。基于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA, Field Programmable Gata Array)及現(xiàn)代電子設計自動化(EDA)技術(shù)的硬件實現(xiàn)方法是最近幾年出現(xiàn)了一種全新的設計思想。雖然FPGA本身只是標準的單元陣列，沒有一般的集成電路所具有的功能，但用戶可以根據(jù)自己的設計需要，通過特定的布局布線工具對其內(nèi)部進行重新組合連接，在最短的時間內(nèi)設計出自己的專用集成電路，這樣就減小成本、縮短開發(fā)周期。由于FPGA采用軟件化的設計思想實現(xiàn)硬件電路的設計，這樣就使得基于FPGA設計的系統(tǒng)具有良好的可復用和修改性。這種全新的設計思想已經(jīng)逐漸應用在高性能的交流驅(qū)動控制上，并快速發(fā)展。本發(fā)明結(jié)合長期對無刷直流電機的工程使用，為克服單DSP不能滿足穩(wěn)定性和快速性的要求，舍棄了國產(chǎn)AGV小車所采用的單DSP多控制器工作模式，在吸收國外先進控制思想的前提下，自主研發(fā)了基于DSP+FPGA的全新控制模式?？刂瓢逡訤PGA為處理核心，實時處理三相無刷直流電機的各種運動狀態(tài)。為了提高二次開發(fā)的容易程度，本發(fā)明把多年開發(fā)的DSP程序和FPGA程序固化到芯片后就不再對芯片內(nèi)容進行更改，然后通過自主開發(fā)的高級運動語言對此芯片二次開發(fā)，然后通過超級終端輸入到存儲器中供ADSP2188調(diào)用。由于二次開發(fā)采用的是PLC語言，所以開發(fā)人員即使不了解C語言或匯編語言，也可以輕易對此系統(tǒng)進行二次開發(fā)。如下詳細介紹本發(fā)明的技術(shù)方案。圖2為本發(fā)明較佳實施例的AGV控制系統(tǒng)的方框圖。本實施例中，AGV的控制系統(tǒng)包括電池21、控制模塊22、電機控制器23、第一電機24、第二電機25、信號處理器26及機械裝置27。電池21為供電裝置，為整個系統(tǒng)的工作提供工作電壓?？刂颇K22內(nèi)置控制程序及控制電路，發(fā)出控制信號至電機控制器23，電機控制器23分別控制第一電機24、第二電機25的工作,第一電機24、第二電機25又分別用于驅(qū)動設于AGV車體的機械裝置27進行X方向(水平)和Y方向(垂直)的運動。其中，第一電機24和第二電機25的驅(qū)動信號經(jīng)過信號處理器26合成之后,控制機械裝置27的運動。電池21進一步與第一電機24和第二電機25的輸出端連接，且控制模塊22進一步分別連接至第一電機24輸出端和電池21之間的連接點，及第二電機25輸出端和電池21之間的連接點。請進一步參閱圖3，為本發(fā)明較佳實施例的控制模塊22的方框圖。本實施例中，控制模塊22為一雙核控制器，其包括ADSP電路(圖未標)及FPGA電路(圖未標)，二者通過震蕩器33連接，并可相互通訊。其中，ADSP電路包括DSP運算電路310、連接端口 311、人機界面 312、存儲器 313、RAM 314 及靜態(tài)隨機存儲器(SRAM, Static Random Access Memory)控制器315。連接端口 311、人機界面312、存儲器313、RAM 314均與DSP運算電路310進行通訊連接，且SRAM控制器315與RAM 314連接，SRAM控制器315進一步與備份電源35連接。連接端口 311包括RS-232串行接口、ICE端口等。人機界面312包括開始/重啟按鍵及功能選擇鍵。AGV控制的人機界面、路徑規(guī)劃、數(shù)據(jù)存儲、I/O控制及在線輸出等功能分雖由人機界面312、RAM 314及SRAM控制器315、存儲器313 及連接端口 311來實現(xiàn)。FPGA電路包括FPGA芯片320、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC，Analog to DigitalConverter)321、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC,Digital to Analog Converter)322、編碼器 323 及伺服控制器324。其中，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC, Analog to Digital Converter)321、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC，Digital to Analog Converter)322 及編碼器 323 均與 FPGA 芯片 320 通訊連接，且DAC322與伺服控制器324連接后，再進一步連接至電機控制器23，伺服控制器324向電機控制器23發(fā)送多軸控制信號，以控制第一電機24和第二電機25的工作。根據(jù)上述內(nèi)容，本實施方式把AGV控制系統(tǒng)分為兩部分工作量最大的多軸伺服系統(tǒng)交給FPGA處理，其余的人機界面、路徑規(guī)劃、數(shù)據(jù)存儲、1/0控制、在線輸出等功能交給ADSP完成，這樣就實現(xiàn)了 ADSP與FPGA的分工，同時二者之間也可以進行通訊，實時進行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用，完成AGV小車對地面標志的跟蹤。進一步參照圖4，其為本發(fā)明較佳實施例的AGV控制系統(tǒng)應用示意圖。伺服控制器324還包括一個或多個傳感器，本實施例中，圖中標號SI、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、SlO代表設于AGV小車的傳感器，其中傳感器SI、S2、S3、S4、S5為導航傳感器，傳感器S9、SlO設于前方和傳感器S8設于側(cè)面，傳感器S6為站點傳感器，傳感器S7為速度傳感器。圖中的減速、站點11、加速、等待區(qū)域是設于地面的反射裝置，上述傳感器可配合反射裝置協(xié)助AGV小車的運動。根據(jù)圖4中的傳感器SI、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、SlO位置和地面的反射裝置，做類似與圖5的梯形圖，然后根據(jù)梯形圖采用PLC語言編寫邏輯程序，然后把各個邏輯輸出到設置好的寄存器當中，此寄存器用作運動控制程序中跳轉(zhuǎn)的變量。在電源打開狀態(tài)下，即電池21處于供電狀態(tài)時，先有人機界面312工作，再根據(jù)人機界面312的功能選擇確定AGV小車的路徑規(guī)劃，AGV地面導航傳感器和前方、左右側(cè)面蔽障傳感器根據(jù)實際導航環(huán)境傳輸參數(shù)給控制模塊22中的ADSP電路，ADSP電路會根據(jù)輸入的PLC梯形圖確定要開通的寄存器，然后由相應的寄存器開通要觸發(fā)的模式，可以直接調(diào)用此模式下已經(jīng)預設好的速度，加速度，位置等參數(shù)，然后與FPGA通訊，按照上述參數(shù)由FPGA處理多軸電機的伺服控制，將從ADSP電路輸入的模式信號通過ADC 321、編碼器323及DAC 322進行處理，并將處理后的信號輸入至伺服控制器324，再進一步由伺服控制器324處理后發(fā)送至電機控制器23，以進一步控制AGV小車的運動。本發(fā)明的較佳實施例中，AGV控制系統(tǒng)以如下流程形成把已經(jīng)編譯好的ADSP程序固化到ADSP2188中，把已經(jīng)編譯好的FPGA程序固化到A3P250中。根據(jù)圖4中的傳感器SI、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10位置和地面的反射裝置，做類似與圖5的梯形圖，然后根據(jù)梯形圖采用PLC語言編寫邏輯程序，然后把各個邏輯輸出到設置好的寄存器當中，此寄存器用作運動控制程序中跳轉(zhuǎn)的變量。根據(jù)圖5的梯形圖，編寫運動控制程序，運動控制程序框圖如圖6，其中框圖中的程序主體按照上述步驟中寄存器的值做跳轉(zhuǎn)條件而編寫。通過超級中斷把上述步驟設置的程序?qū)氲酱鎯ζ?13中。開電后，ADSP會調(diào)用存儲器313中的內(nèi)容，然后執(zhí)行PLC梯形圖和運動控制程序。綜上所述，為了提高運算速度，保證AGV系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，本發(fā)明在單DSP控制器中引入FPGA，形成基于DSP+FPGA的雙核控制器，此控制器把原有的單DSP實現(xiàn)的多控制器系統(tǒng)集中設計，并充分考慮電池在這個系統(tǒng)的作用，實現(xiàn)單一控制器同步發(fā)送多軸控制信號的功能。把AGV控制系統(tǒng)中工作量最大的多軸伺服系統(tǒng)交給FPGA處理，充分發(fā)揮FPGA數(shù)據(jù)處理速度較快的特點，而人機界面、路徑規(guī)劃、在線輸出、數(shù)據(jù)存儲、I/O控制等功 能交給ADSP完成，這樣就實現(xiàn)了 ADSP與FPGA的分工，同時二者之間也可以進行通訊，實時進行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。本發(fā)明具有的有益效果是
I :由FPGA處理直線導航電機的全數(shù)字伺服控制，大大提高了運算速度，解決了單DSP軟件運行較慢的瓶頸，縮短了開發(fā)周期短，并且程序可移植能力強。2:本發(fā)明完全實現(xiàn)了單板控制，不僅節(jié)省了控制板占用空間，而且還實現(xiàn)了多路控制信號的同步控制，有利于提高AGV小車的穩(wěn)定性和動態(tài)性能。3 :由于本控制器采用FPGA處理大量的數(shù)據(jù)與算法，并充分考慮了周圍的干擾源，并把DSP從繁重的工作量中解脫出來，有效地防止了程序的“跑飛”，抗干擾能力大大增強。4 :由于DSP和FPGA已經(jīng)固化，使得二者不再需要更改，開發(fā)人員只需要采用比較簡單的PLC語言就可以對此系統(tǒng)進行二次開發(fā)。以上所述，僅是本發(fā)明的實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種自動導引車輛控制系統(tǒng)，其包括電池、控制模塊、電機控制器、第一電機、第二電機、信號處理器及機械裝置，其特征在于控制模塊發(fā)出控制信號至電機控制器，電機控制器分別控制第一電機、第二電機的工作，以驅(qū)動設于機械裝置運動；第一電機和第二電機的驅(qū)動信號經(jīng)過信號處理器合成之后，控制機械裝置的運動； 其中，控制模塊為一雙核控制器，其包括ADSP電路及FPGA電路，ADSP電路實現(xiàn)人機界面、路徑規(guī)劃、數(shù)據(jù)存儲、輸入輸出控制、在線輸出功能，F(xiàn)PGA電路實現(xiàn)多軸伺服系統(tǒng)，向電機控制器發(fā)送多軸控制信號，且ADSP電路及FPGA電路之間進行通訊連接，實時進行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自動導引車輛控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電池進一步與第一電機和第二電機的輸出端連接，且控制模塊進一步分別連接至第一電機輸出端和電池之間的連接點，及第二電機輸出端和電池之間的連接點。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自動導引車輛控制系統(tǒng)，其特征在于，所述ADSP電路包括DSP運算電路、連接端口、人機界面、存儲器、隨機存儲器及靜態(tài)隨機存儲器控制器，所述連接端口、人機界面、存儲器、隨機存儲器均與DSP運算電路進行通訊連接，且靜態(tài)隨機存儲器控制器與隨機存儲器連接，靜態(tài)隨機存儲器控制器進一步與一備份電源連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動導引車輛控制系統(tǒng)，其特征在于，所述連接端口包括RS-232串行接口及ICE端口。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動導引車輛控制系統(tǒng)，其特征在于，所述人機界面包括開始/重啟按鍵及功能選擇鍵。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動導引車輛控制系統(tǒng)，其特征在于，所述FPGA電路包括FPGA芯片、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、編碼器及伺服控制器，其中，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器及編碼器均與FPGA芯片通訊連接，且數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器與伺服控制器連接后，再進一步連接至電機控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自動導引車輛控制系統(tǒng)，其特征在于，所述伺服控制器還包括一個或多個傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自動導引車輛控制系統(tǒng)，其特征在于，所述伺服控制器包括導航傳感器、前方傳感器、側(cè)面?zhèn)鞲衅鳌⒄军c傳感器和速度傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動導引車輛控制系統(tǒng)，其特征在于，所述存儲器中存儲有PLC梯形圖和運動控制程序。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動導引車輛控制系統(tǒng)，其特征在于，所述DSP運算電路與FPGA芯片之間連接一震蕩器。
全文摘要
本發(fā)明提出一種自動導引車輛控制系統(tǒng)，其包括電池、控制模塊、電機控制器、第一電機、第二電機、信號處理器及機械裝置。所述控制模塊發(fā)出控制信號至電機控制器，電機控制器分別控制第一電機、第二電機的工作，以驅(qū)動設于機械裝置運動。第一電機和第二電機的驅(qū)動信號經(jīng)過信號處理器合成之后，控制機械裝置的運動。控制模塊為一雙核控制器，其包括ADSP電路及FPGA電路，ADSP電路實現(xiàn)人機界面、路徑規(guī)劃、數(shù)據(jù)存儲、輸入輸出控制、在線輸出功能，F(xiàn)PGA電路實現(xiàn)多軸伺服系統(tǒng)，向電機控制器發(fā)送多軸控制信號，且ADSP電路及FPGA電路之間進行通訊連接，實時進行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。
文檔編號G05D1/02GK102759925SQ20121026126
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者張好明, 李紅益, 王應海, 袁麗娟 申請人:蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學院