【正文】 續(xù)的動態(tài)閉環(huán)控制能夠保證自動導(dǎo)引車對設(shè)定路徑的穩(wěn)定自動跟蹤，這種電磁感應(yīng)引導(dǎo)式導(dǎo)航方法目前使用在絕大多數(shù)商業(yè)化的自動導(dǎo)引車上，尤其是適用于大中型的自動導(dǎo)引車。導(dǎo)引車的下面裝有光源，用以照射色帶，色帶反射回來的光線由光學(xué)檢測器（傳感器）接收，經(jīng)過檢測和運算回路計算，將計算結(jié)果傳至驅(qū)動回路，控制驅(qū)動系統(tǒng)工作。因此，自動導(dǎo)引車能夠始終沿著色帶的導(dǎo)引軌跡運行 [5]。圖 為激光導(dǎo)航導(dǎo)引原理圖，是在導(dǎo)引車頂部裝置一個沿 360176。當自動導(dǎo)引車運行時，不斷接受到從已知位置反射來的激光束，經(jīng)過簡單的幾何運算，就可以確定自動導(dǎo)引車的準確位置，控制系統(tǒng)根據(jù)準確位置就可對其進行導(dǎo)向控制 [4]。依據(jù)相似的引導(dǎo)原理，若將激光掃描器更換為紅外發(fā)射器或超聲波發(fā)射器，則激光引導(dǎo)式自動導(dǎo)引車可以變?yōu)榧t外引導(dǎo)式自動導(dǎo)引車和超聲波引導(dǎo)式自動導(dǎo)引車。自動導(dǎo)引車行駛過程中，攝像機動態(tài)獲取車輛周圍環(huán)境圖像信息并與圖像數(shù)據(jù)庫比較，從而確定當前位置并對下一步行駛做出決策。 本課題的研究背景及意義隨著經(jīng)濟一體化，競爭全球化時代的到來，傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)已不能滿足多樣化、競爭差異化的市場，迫使傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)方式發(fā)生改變，批量生產(chǎn)時代正逐漸被適應(yīng)市場動態(tài)變化南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文 7的生產(chǎn)系統(tǒng)所替換，這就使制造系統(tǒng)的柔性越來越重要。 整個 FMS 系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上建成一個以計算機控制技術(shù)和通信技術(shù)為支持的、以數(shù)控加工設(shè)備為基本的生產(chǎn)單位、集成化信息管理和系統(tǒng)總控系統(tǒng)為中樞的計算機控制自動化制造系統(tǒng)。它由FMS信息分系統(tǒng)、FMS 控制分系統(tǒng)和底層設(shè)備分系統(tǒng)等三個分系統(tǒng)構(gòu)成，并通過計算機網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫集成為一個整體。 圖 無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院的 FMS 的總體框架在總體規(guī)劃的基礎(chǔ)上，學(xué)院先后完成了對硬件設(shè)備的投資，包括FMS控制軟件的模塊化設(shè)計，開發(fā)數(shù)據(jù)管理、計劃、調(diào)度仿真和底層設(shè)備控制模塊，其中底層設(shè)備包括裝卸站、運輸系統(tǒng)、自動導(dǎo)引車和機床，同時完成立體倉庫硬件投資，加入立體倉庫控制功能模塊，進一步提高生產(chǎn)線的自動化程度。該自動導(dǎo)引車主要用于在指定的工作站完成工件搬運或裝配等工作，移動定位精確穩(wěn)定，可實現(xiàn)遠程控制，具有一定的智能。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò)與 系 統(tǒng) 數(shù) 據(jù) 庫 底 層 設(shè) 備 分 系 統(tǒng) FMS 控 制 分 系 統(tǒng) FMS信 息 分 系 統(tǒng) HAS車 床 XH714 銑 削 中 心 運 輸 小 車 、機 器 人 裝 卸 站 、 緩 沖 區(qū) 立 體 倉 庫 數(shù) 控 數(shù) 據(jù)管 理 子 系 統(tǒng) 工 藝 規(guī) 程管 理 子 系 統(tǒng) 定 單 管 理子 系 統(tǒng) 詳 細 計 劃子 系 統(tǒng) 工 藝 裝 備 管 理子 系 統(tǒng) 設(shè) 備 控 制子 系 統(tǒng) 調(diào) 度 仿 真 子 系 統(tǒng) 工 作 日 歷 管 理 子 系 統(tǒng) 基于 FMS 的自動導(dǎo)引車控制器設(shè)計與實現(xiàn)8圖 無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 FMS 系統(tǒng)的平面布置 本課題的研究任務(wù)FMS 系統(tǒng)要求自動導(dǎo)引車能實時準確地采集柔性生產(chǎn)線上各工位的狀態(tài)信息，高效精確地將零件裝卸到指定的位置，整個系統(tǒng)以高精度的自動導(dǎo)引車為載體，采用光電導(dǎo)引方式實時檢測并控制正確的運動方向，具有編程和模式選擇裝置，能按照系統(tǒng)指令自動存放、搬運倉庫中的半成品、成品等零件到規(guī)定的位置，從而為實現(xiàn)數(shù)字化車間物料的自動搬運奠定基礎(chǔ)。智能控制：該自動導(dǎo)引車采用基于微機的控制方式，將一臺工業(yè)控制計算機嵌入到機身，工控機安裝 Windows 2022 server 操作系統(tǒng)，采用數(shù)據(jù)采集卡、無線網(wǎng)卡插入工控機 PCI 插槽，安裝驅(qū)動軟件；編寫基于 Visual C++的實時控制程序，程序中包含循環(huán)檢測線程，一方面進行行走運動控制，即實時讀取前、后方向通道光電傳感器的信號，根據(jù)讀取的信號與標準信號比較值決定執(zhí)行不同的程序，控制行走電機差動調(diào)速，或進行運動糾偏，使自動導(dǎo)引車始終沿著白色的窄帶前行，并根據(jù)接收到的信號進行啟、?？刂?；另一方面，實時檢測安裝在自動導(dǎo)引車上的開關(guān)信號，根據(jù)接受到的信號，分析、判斷，發(fā)出不同的運動控制指令，從而實現(xiàn)叉手的升、降、伸、縮、定時功能等?？蓪崿F(xiàn)遠程控制：自動導(dǎo)引車的工控機上安裝 Windows 2022 server 操作系統(tǒng)，利用自帶的終端服務(wù)完全控制遠程計算機，其操作過程為，在自動導(dǎo)引車工控機上安裝終端服務(wù)器并實現(xiàn)終端服務(wù)，創(chuàng)建客戶機安裝盤；在上位機（客戶機）上利用客戶機安裝盤安裝“終端客戶服務(wù)端”并對它進行配置。尋跡準確可靠：采用差動調(diào)速控制小車行走驅(qū)動輪按軌跡行走，算出對應(yīng) 1μs 的計數(shù)器頻率，建立微秒級函數(shù)以便程序調(diào)用。本課題所做的主要工作是：南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文 91. 論述自動導(dǎo)引車在國內(nèi)外的技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用、路徑導(dǎo)引方式及原理、課題的研究背景及意義，概括并總結(jié)以往工業(yè)用自動導(dǎo)引車的各項參數(shù)指標，并結(jié)合無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院工業(yè)培訓(xùn)中心的實際條件，本著以教學(xué)示范為主要目的的原則，設(shè)計系統(tǒng)的導(dǎo)引方式。并根據(jù)小車的驅(qū)動方式和工作要求，充分考慮系統(tǒng)的通用性和經(jīng)濟性，確定自動導(dǎo)引車的車體結(jié)構(gòu)、驅(qū)動導(dǎo)向系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、控制、通訊系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)。 本章小結(jié)本章在詳細查閱中英文有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，綜述了自動導(dǎo)引車作為自動化搬運系統(tǒng)、物流倉儲系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)（FMS ）和柔性裝配系統(tǒng)（FAS ）的重要裝備，在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用領(lǐng)域，系統(tǒng)地分析了自動導(dǎo)引車的特點、類型和自動導(dǎo)引車系統(tǒng)的技術(shù)組成，提出了本課題的應(yīng)用背景、技術(shù)要求及研究內(nèi)容。3mm，橫向177。?黑白反差盡可能大，白帶寬為 30mm。?電池組工作電壓：U=48vDC、24VDC?充電方式：外置充電器?最大噪聲：≤60db 自動導(dǎo)引車系統(tǒng)原理本系統(tǒng)構(gòu)成如圖 所示，該自動導(dǎo)引車由車體、叉手、控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向驅(qū)動裝置、 前、后向光電傳感器行程開關(guān)主控計算機（網(wǎng)卡有源集線器升降電機 行走電機 伸縮電機功率驅(qū)動模塊控制計算機（無限網(wǎng)卡）無限接入點最大距離：50 米圖 自動導(dǎo)引車系統(tǒng)原理圖南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文 11光電導(dǎo)引系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)、蓄電充電裝置及安全裝置等模塊組成，控制系統(tǒng)基于 IPC 的主控制器、數(shù)據(jù)采集卡、無線網(wǎng)絡(luò)（無線網(wǎng)卡、無線接入點）等技術(shù)的綜合運用，將整個控制系統(tǒng)與有線網(wǎng)絡(luò)無縫集成，利于分布式控制系統(tǒng)的實現(xiàn)。然后自動導(dǎo)引車啟動，駛向目標卸貨點，準確定位后，移載機構(gòu)動作，完成卸貨過程，并向控制計算機報告其位置和狀態(tài)。其主要系統(tǒng)構(gòu)成包括 :? 充電過、欠壓保護及電瓶系統(tǒng)：整機的能源供給系統(tǒng)，并對電瓶實行保護，電瓶為免維護電瓶。? 起停鑒別系統(tǒng)：接受運輸系統(tǒng)控制器發(fā)出的開關(guān)指令。1. 自動導(dǎo)引車總體結(jié)構(gòu)圖 是自動導(dǎo)引車的總體結(jié)構(gòu)示意圖。行走小車 3 上部前端安裝有鏈式傳動升降機構(gòu) 4，叉手 2 通過升降導(dǎo)桿 1 與鏈式傳動升降機構(gòu) 4 聯(lián)接，通過前后移動機構(gòu) 5 與鏈式傳動升降機構(gòu) 42 叉手1 升降導(dǎo)桿5 前后移動機構(gòu)4 鏈式傳動升降機構(gòu)3 行走小車 基于 FMS 的自動導(dǎo)引車控制器設(shè)計與實現(xiàn)12實現(xiàn)貨物上下與前后搬運。其中有條形碼掃描器 光電傳感器 工控機及電瓶 碰撞開關(guān) 升降及叉手部分 啟動及停止信號接受 驅(qū)動輪 7 及導(dǎo)向輪 8。工控機和電瓶放在稍后位置增加配重。圖 自動導(dǎo)引車中行走小車機構(gòu)分布示意圖3. 自動導(dǎo)引車總體控制如圖 所示，16 路光電傳感器、條形碼讀取裝置及各種傳感器信號，通過采集轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)過 I/O 轉(zhuǎn)換基板及 PCI 數(shù)據(jù)采集卡，與工控機進行數(shù)據(jù)交換，工控機對數(shù)據(jù)運算處理后，發(fā)出 PWM 輸出信號，經(jīng)小車隔離驅(qū)動、升降隔離驅(qū)動分別對小車電機及叉手電機進行控制。車載機的嵌入式工控機通過無線路由器和無線網(wǎng)卡組成一個無線局域網(wǎng)，使上位機發(fā)送的任務(wù)信息、行走路徑等數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳送到車載計算機接收任務(wù)。 本章小結(jié)本章結(jié)合自動導(dǎo)引車的工作運行環(huán)境，介紹了其系統(tǒng)工作原理，機構(gòu)分布、總體控制方案和軟件設(shè)計方案?；谧詣訉?dǎo)引車的工業(yè)運行環(huán)境，在硬件選擇時，應(yīng)考慮以下主要因素：首先，硬件的可靠性要求較高；此外，還應(yīng)合理確定傳感器的性能，以滿足自動導(dǎo)引車功能的要求。自動導(dǎo)引車電氣控制部分主要由嵌入式工控機作為中央控制器， 4 只碰撞開關(guān)及兩個條形碼掃描器將輸入信號通過數(shù)據(jù)采集卡輸入工控機內(nèi)存，確定自動導(dǎo)引車啟停位置，并在一旦受到碰撞時得到保護；自動導(dǎo)引車通過前后兩組光電圖 自動導(dǎo)引車電氣控制框圖傳感器識別地上預(yù)先鋪設(shè)的 30mm 寬的白條作為小車運行軌跡，進行差動調(diào)速，使小車沿條無線網(wǎng)卡2 臺 76W24V直流電機電機驅(qū)動外部存儲器工控機無線通訊PCI 總線IO 擴展2 個條形碼掃描器4 只碰撞傳感器（保護）2 組光電傳感器(前后尋跡)啟停信號自動導(dǎo)引車操作部分南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文 15形碼軌道運行。工控機將信號輸出給機械手可升降電機及叉手前后移動電機，控制信號可使自動導(dǎo)引車升降，并可使叉手前后動作。 控制器相關(guān)硬件設(shè)計與開發(fā)自動導(dǎo)引車嵌入式工控機及其上位機都安裝有用于分布式控制系統(tǒng)的 CORBA 軟件，兩者都作了 IDL 接口定義，通過編程自動導(dǎo)引車能實時接受上位機管理系統(tǒng)給出的路徑運行指令及叉手動作指令，經(jīng)車載機軟件處理后可直接變?yōu)樽詣訉?dǎo)引車的執(zhí)行指令。 自動導(dǎo)引車行走模塊自動導(dǎo)引車行走模塊主要由移動（行走）機構(gòu)、行走電機及行走電機驅(qū)動模塊等部分組成，是控制自動導(dǎo)引車正常移動的裝置。為了能控制車輪的轉(zhuǎn)速，可以采取 PWM 調(diào)速法，即由軟件輸出一系列頻率固定的方波，再通過功率放大來驅(qū)動電機，通過編程改變輸出方波的占空比，就可以改變加到電機上的平均電壓，從而改變電機的轉(zhuǎn)速。1. 移動（行走）機構(gòu)自動導(dǎo)引車在地面上的移動方式通常有三種，步行式、履帶式和車輪式。車輪移動機構(gòu)是最常用的一種移動機構(gòu)，優(yōu)點是能高速穩(wěn)定地移動，機構(gòu)和控制都比較簡單；但它也有一定的限制：對地面的要求較高，只適用于平整的硬質(zhì)路面。車輪式自動導(dǎo)引車在移動過程中需要根據(jù)傳感器采集傳輸過來的信號，自動調(diào)整移動方向。舵機調(diào)整式移動機構(gòu)通常為3輪結(jié)構(gòu)，由1個中心前輪和2個后輪成三角形布置。為宜，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。：這種移動機構(gòu)通常為4輪結(jié)構(gòu)，中間為兩個獨立驅(qū)動輪，前后各一萬向從動輪，成菱形布置。但它的缺點是前后萬向輪有時不能同時著地支撐，在高速啟動和剎車時車體會產(chǎn)生后仰和前沖，為了克服這種缺點，應(yīng)當盡量將車體的重心配置在兩個驅(qū)動輪連線的近旁，減少慣性的影響，前后萬向輪采用彈性聯(lián)接方式，采用兩輪差速進行轉(zhuǎn)向控制或按曲線運動行駛，其曲線運動半徑或轉(zhuǎn)動方向可通過控制兩車輪的速度差ΔV 或旋轉(zhuǎn)方向的不同來實現(xiàn)。兩輪的轉(zhuǎn)動方向相反，當vr rl 時，車輛左轉(zhuǎn)；當vr vl 時，車輛右轉(zhuǎn)；當vr = vl 時，可實現(xiàn)車輛原地轉(zhuǎn)向。從提高運動精度出發(fā)，自動導(dǎo)引車行走驅(qū)動電機應(yīng)使用直流伺服電機為主，但是，由于一整套直流伺服電機單元（含電機、減速器、編碼器和控制12 33241南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文 17驅(qū)動器）價格昂貴，無法大量使用。直流電動機由磁極、電樞、電刷及換向片組成，具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑，方便，調(diào)整范圍廣，過載能力強，能承受頻繁的沖擊負載，可實現(xiàn)頻繁的快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)，能滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)各種不同的特殊運行要求。直流電動機的轉(zhuǎn)速控制方法有勵磁控制法和電樞電壓控制法，絕大多數(shù)直流電動機通過脈寬調(diào)制（PWM）來控制電動機電樞電壓實現(xiàn)調(diào)速。這部分功能通過用MFC進行程序開發(fā)，采用 VISua1C++語言來進行軟件系統(tǒng)設(shè)計來實現(xiàn)。雖然使用分立元件搭建電機驅(qū)動電路造價低廉，在大規(guī)模生產(chǎn)中使用廣泛。該芯片采用 HVIC 和閂鎖抗干擾制造工藝，集成 DIP、SOIC 封裝。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括邏輯輸入、電平轉(zhuǎn)換及輸出保護等。如上述 IR2110 的特點，可以為裝置的設(shè)計帶來許多方便。如圖 所示，各引出端分別是：1 端（LO）是低端通道輸出；2 端（COM）是公共端；3 端（Vss）是低端固定電源電壓；5 端（Us ）是高端浮置電源偏移電壓；6 端（UB）是高端浮置電源電壓；7 端（HO）是高端輸出；9 端（VDD）是邏輯電路電源電壓；10 端（HIN） 、11 端（SD） 、12 端（LIN ）均是邏輯輸入； 13 端（Vss）是邏輯電路地電位端外加電源電壓，其值可以為 5V；4 端、8 端、 14 端均為空端