李敬新

【關(guān)鍵詞】AGV小車；智能制造；IO接口；標準化

在高新技術(shù)快速發(fā)展的背景下，智能制造生產(chǎn)線的管理更加嚴格，同時對控制要求越來越高。智能制造設(shè)備以及相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)、運輸都需要標準化的管理。AGV物流小車就是智能控制設(shè)備的一種，其廣泛應(yīng)用于智能制造生產(chǎn)線的下料和產(chǎn)品運輸環(huán)節(jié)。該物流小車結(jié)構(gòu)簡單，能夠自動巡航，同時具備自動運料上料，產(chǎn)品入庫運輸?shù)裙δ埽哂休^高的應(yīng)用價值。隨著生產(chǎn)制造向智能化和標準化的方向邁進，提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，完善管理標準，推進智能制造標準化體系建設(shè)、標準化管理提升，推動智能制造持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)升級的重要評價標準。

1 AGV物流小車的結(jié)構(gòu)

AGV物流小車的車體由機械架構(gòu)、四車輪、外表模具以及車載機械裝置組成，內(nèi)部配備控制器、自動巡航系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊。車體上前方裝有觸摸屏和手持調(diào)節(jié)TRC示教器。操作員通過觸摸屏可以進行參數(shù)設(shè)置，也可以通過移動終端進行操作，應(yīng)用非常方便。

1.1 硬件部分設(shè)計

AGV物流小車的車主體是長方體，車長1.6 m、寬1.2 m、高1.4 m，四車輪直徑為24 mm。小車前方支架安裝觸摸顯示屏，支架高出車體0.6 m，便于操作人員操作。車體兩側(cè)安裝車載機械手，車體上面安裝車載托盤。工作時機械手抓取物料和產(chǎn)品，然后放置于車載托盤上，通過視覺系統(tǒng)判斷后，進行智能制造生產(chǎn)線加工上下料和產(chǎn)品運輸工作。

AGV物流小車的CPU處理器選用研華嵌入式控制器，型號為ARM4461_V1.0。電路板設(shè)計了多功能輸入輸出接口，能夠進行實時數(shù)據(jù)采集。板上數(shù)據(jù)存儲器與計算處理器選擇Cyclone IV E 系列的FPGA 處理器。通過觸摸屏的顯示可以監(jiān)測小車的運行狀態(tài)，同時能進行參數(shù)設(shè)置和調(diào)整小車的運行狀態(tài)，實現(xiàn)人機交互。物流小車的硬件還包括標準的電源模塊和模擬量等IO接口。AGV物流小車的硬件結(jié)構(gòu)合理，能實現(xiàn)多種功能，運行穩(wěn)定。

1.2 軟件部分設(shè)計

AGV物流小車的軟件部分包括控制器的數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計和觸摸屏的界面設(shè)計。數(shù)據(jù)采集和處理程序設(shè)計采用VHDL語言編寫控制邏輯，通過IO 數(shù)據(jù)接口采集數(shù)據(jù)存儲到FPGA進行處理，再經(jīng)過CPU的讀取和運算，實現(xiàn)對小車的智能控制，控制邏輯分模塊進行編寫，避免數(shù)據(jù)傳輸和運算出現(xiàn)錯誤，實時數(shù)據(jù)同時傳輸?shù)接|摸屏顯示區(qū)，顯示小車的運行狀態(tài)。觸摸屏設(shè)計了顯示主界面和功能操作界面，物流小車的顯示屏主界面包括上下料、功能介紹、參數(shù)設(shè)置、功能選擇等按鈕，在主界面正中央顯示小車運行軌跡曲線和動畫效果畫面，同時主界面下方設(shè)有急停報警按鍵以及報警指示燈。物流小車的功能界面設(shè)計了小車狀態(tài)顯示、安全機制、歷史曲線顯示、報表輸出等功能，實時曲線和動畫效果是顯示CPU發(fā)送的實時數(shù)據(jù)，觸摸屏的畫面顯示清晰穩(wěn)定，功能選擇明確，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠。

1.3 接口部分設(shè)計

AGV物流小車控制器的電路板設(shè)計了數(shù)據(jù)輸入輸出接口、控制接口、USB接口、模擬量輸出接口、電源接口以及手持TRC示教器接口，各接口相互對立，同時設(shè)計了抗干擾電路，避免了信號相互干擾?？刂破鬟€設(shè)計了無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，能夠?qū)?shù)據(jù)傳輸?shù)焦芾韱T的移動終端，實現(xiàn)管理員遠程操作的功能。數(shù)據(jù)輸入輸出接口設(shè)置了32 位數(shù)據(jù)通道，采用DS37-S 板載孔型端子，實現(xiàn)智能小車數(shù)據(jù)采集；模擬量輸出接口設(shè)計了±5 V和正負±10 V的直流電壓輸出信號；智能控制接口分別設(shè)置了A、B、C 三項脈沖差分信號，接口采用DS15-S 孔型端子，實現(xiàn)了控制器對機械手和托盤的運動控制；手持TRC示教器接口用來外接手持設(shè)備，根據(jù)需要進行選用配置。電路板設(shè)計了兩路標準USB3.0 接口，用來拷貝文件和修改智能物流小車運行參數(shù)。物流小車控制器的各接口均采用標準的協(xié)議器件，各接口功能完善，運行狀態(tài)穩(wěn)定。

2 智能AGV小車的應(yīng)用

AGV物流小車在應(yīng)用前進行了相關(guān)的驗證。控制板為了避免干擾，在設(shè)計過程中采用電源獨立模塊，同時增加了EMC 電源保護和抗干擾器件，在控制板載上增加了濾波電路，能夠?qū)崿F(xiàn)高階噪聲濾除功能。應(yīng)用之前進行抗干擾實驗，其中包括電磁兼容、電壓暫降、靜電放電以及高低溫和濕度實驗等，結(jié)果表明該小車控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，抗干擾能力較強，能夠適應(yīng)智能制造現(xiàn)場復(fù)雜的工作環(huán)境。

AGV物流小車廣泛應(yīng)用于智能制造和自動化生產(chǎn)線現(xiàn)場，主要集中在倉儲和自動上下料生產(chǎn)線中。智能AGV小車可以運輸毛坯件、次加工件、成品以及殘次品等，將不同的產(chǎn)品按預(yù)定要求運送到指定區(qū)域。在工作過程中，車載機械手負責抓取物料到車載托盤上，視覺識別系統(tǒng)根據(jù)托盤上的物料數(shù)量判斷是否停止抓取，待物料裝載完成，識別系統(tǒng)發(fā)送指令到中央處理器，處理器再發(fā)送命令控制小車沿著預(yù)設(shè)軌道行駛，到達上料站由機械手抓取物料完成自動化生產(chǎn)線的上料工作，上料完成后再抓取殘次物料到車載托盤，由小車運送到廢料區(qū)處理。

AGV物流小車在智能倉儲中應(yīng)用比較靈活，可根據(jù)需要隨時修改參數(shù)。小車會根據(jù)設(shè)定的條件進行判斷，沿巡航軌道行駛。AGV物流小車上裝有視覺判斷設(shè)備，能夠識別產(chǎn)品數(shù)量信息，當產(chǎn)品數(shù)量達到預(yù)定要求時，小車開始自動運行，到達存儲區(qū)域通過識別判斷存放空間是否滿足存放條件，進行智能化存儲。在智能制造生產(chǎn)應(yīng)用過程中，AGV物流小車工作效率較高，能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。

3 智能制造標準化應(yīng)用

智能制造生產(chǎn)標準化研究對促進不同地區(qū)、不同行業(yè)的智能制造工作交流和國內(nèi)各領(lǐng)域開展智能制造建設(shè)有著重要的意義。智能制造標準化研究不是要再制定一系列制造技術(shù)標準和信息技術(shù)標準，而是在智能制造新技術(shù)要求下，滿足智能制造生產(chǎn)，選擇和制定與技術(shù)融合的標準。智能制造生產(chǎn)標準化的范圍包括安全標準、器件選擇標準、材料標準以及生產(chǎn)線相關(guān)標準等。

國家有關(guān)機構(gòu)持續(xù)推進智能制造標準頂層設(shè)計，發(fā)布了智能制造標準建設(shè)的相關(guān)文件，在推動智能制造標準的發(fā)展和建設(shè)中起到了指導和引領(lǐng)作用，數(shù)據(jù)調(diào)查研究顯示，國家智能制造標準立項通過220 多項，共發(fā)布130 多項基于安全和評價類的通用國家標準，同時在智能制造標準推廣中開展培訓和征集意見，細分行業(yè)智能制造標準體系建設(shè)，調(diào)研工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸業(yè)以及高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)等十余個細分行業(yè)的智能制造標準化現(xiàn)狀，推動各行業(yè)開展智能制造標準體系建設(shè)。

智能制造技術(shù)高速發(fā)展的同時對標準化的應(yīng)用要求也越來越高。AGV物流小車自動巡航功能的實現(xiàn)是建立在標準的軌道、導航系統(tǒng)、視覺識別系統(tǒng)和規(guī)格統(tǒng)一的倉儲空間，根據(jù)視覺識別實現(xiàn)抓取物料和判斷產(chǎn)品的數(shù)量，以及根據(jù)統(tǒng)一規(guī)格的倉儲空間實現(xiàn)產(chǎn)品的有序存放。因此，在設(shè)計研究智能AGV小車的硬件結(jié)構(gòu)和軟件系統(tǒng)時應(yīng)該注重標準化器件的選擇，硬件核心處理器CPU、數(shù)據(jù)采集器件FPGA、電源模塊EMC器件以及接口連接器都需要選擇標準化的器件，這樣才能滿足不同生產(chǎn)線、不同智能制造現(xiàn)場的要求。

4 結(jié)語

網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的飛速發(fā)展和智能制造生產(chǎn)對智能化、標準化要求越來越高，提升生產(chǎn)效率、完善管理、推進智能制造標準化體系建設(shè)已經(jīng)迫在眉睫。AGV物流小車利用CPU中央控制功能和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過識別系統(tǒng)和感應(yīng)系統(tǒng)無需人工引航，可沿預(yù)定軌道自動行駛，自動完成產(chǎn)品的運輸和上下料等工作。同時，該物流小車在倉儲管理運輸?shù)确矫鎽?yīng)用廣泛，智能化水平較高，是智能制造標準化的重要組成部分，具有良好的實用價值。