基于AGV的危险品运输控制系统研究

邹永立　石黄霞　窦豆

摘 要：对危险品运输系统的控制过程进行了研究探讨，提出了基于AGV的危险品运输控制系统设计方案，采用PLC作为控制器，通过对小车和机械臂的控制，结合传感器的准确性和灵敏性，实现危险品的检测和搬运。

关键词：危险品运输系统；PLC；搬运

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.21.127

1 总体方案设计

该系统设计采用PLC（Programmable Logic Controller）为主控制器，实现对车型机器人的智能化控制。整个运输系统可根据需求选择24V及以上电压为直流电机供电，采用PWM控制方式控制步进电机运行及直流电机调速。采用紅外光电传感器实现预定轨迹信号的检测，检测到的信号经过PLC处理最终实现按预定轨迹运行的目的；搬运部分主要目的是控制机械手臂准确、快速夹持物品，首先需要完成对危险品的检测，在检测到存在危险品的基础上，使用红外传感器、超声波测距等传感器来精确定位危险品，其次驱动机械臂运动到物品上方，最后对物品进行夹持。在完成这部分功能后，车型机器人可携带危险品安预定轨迹运行，实现危险品搬运的目的。如图1所示为系统总体设计框图。

2 循迹与搬运的整体控制

2.1 危险品检测及精确定位

在生产实际中，特别是化学化工生产过程中，对于某些对人体不利或是有一定危险的物品，就特别需要机器人实现工业过程自动化，对于危险品搬运机器人而言，首先面临的问题是危险品的检测，而危险品检测技术已相对成熟。易燃易爆品的检测由于检测对象比较复杂，所以传感器的选择和使用尤为关键，在整个危险品检测中扮演着重要的角色。检测的不同物质被检测的物理量存在着本质上的区别。对易燃易爆品的检测主要的检测对象是炸药分子印迹和酒精、汽油化学物质挥发的分子。针对这两种物质的检测，有专门的探测电路，通过探测电路可以准确的实现对危险品的检测。

这里面就涉及到传感器的使用和AD数据转换，通过两个模块的有机结合将采集到的信息转换成布尔变量，传送给PLC控制器，实现对易燃易爆危险品的检测。检测存在危险品的基础上，接下来的任务就是定位物品的位置。通常是采用红外光电传感器和超声波测距传感器，两种传感器检测到的数据的综合处理， 可将危险品的位置确定，为了实现精确的检测，对于检测信号有严格的要求。首先，必须保证对于信号进行多次重复检测，并使用一些数学工具，进行误差权衡即可达到一般的检测要求。数据处理前后的对比、多传感器数据融合、滤波电路的设计和噪声干扰的排除、传感器灵敏度的调试均可以提高检测的准确性。

2.2 机械搬运设计

机械臂的设计简图如图2所示，该部分首先要将危险品检测到的信号通过PLC处理，另外还得加入其它部分的传感器的设计。机械首先面临的问题就是准确找到物品位置，危险品检测部分已有明确的说明，这里不再赘述。

当检测到有危险品之后，要解决的主要问题是对该物品的位置进行确定。本设计用到的是光电测距传感器，在机械的夹持部分多个光电测距传感器，通过这些光电测距传感器的数据来定位物品，并通过PLC来驱动机械臂运动到物品位置。机械运动到物品上后，夹持物品的“手指”又通过光电对管检测物品信号并通过PLC处理驱动机械部分夹持物品。

2.3 AGV设计

AGV（automatic guided vehicle）在本系统中同样采用PLC控制，在红外光电传感器的设计时，考虑的是黑色吸收所有色光而白色反射所有色光，应用JX-359F型传感器 该传感器具有一只发射光线的二极管和一只可接收反射光的二极管。在运行过程中，小车沿黑色路径行走，未偏离设定路线时，接收管无法检测到反射光，偏离预定路线时接收管可接收到反射光，通过这一机制，就可利用传感器得到准确的信号，再经过PLC的处理小车达到寻迹目的。路线设计时，黑色部分宽度略大于两传感器的距离即可。

初始运行时，在险情模块、电压检测模块、避障模块三个预警模块无报警信号输出的情况下，AGV根据输入的循迹信号进行循迹运行。

在循迹前行过程中，控制AGV沿预定路线运行，根据循线模块JX-359F型传感器的检测信号，控制四个转向电机的运行。根据传感器布置的位置，及电机运行方向与控制端子电平关系进行程序编写。对编写程序具体做以下几点说明：

由于步进电机是脉冲控制，伺服调整转向，故当电机直行时通过程序切断脉冲产生模块电源，从而达到直行的目的。

转向设计时需要考虑到故障情况即当小车已不受轨迹束缚时，需要通过程序切断电源使小车停机。

通过调节传感器灵敏度、直流电机转速、步进电机控制频率使两部分运行达到协调一致，即可实现危险品搬运。

3 总结

传统的AGV小车功能单一，随着技术的迅猛发展，AGV小车应用计算机控制技术、网络通信技术和传感器技术，可实现自主导引、自主移载、自主定位、自主避障等功能。如今已成为物流自动化系统的重要设备和技术。AGV具有灵活性、智能化等显著特点，达到生产过程的柔性化运输。与传统的人工或半人工的物料输送方式相比，AGV系统减轻了劳动强度，降低了危险性，提高了生产效率，在各行各业均可发挥重要作用。

参考文献：

[1]吴筱苏.AGV的视觉引导及其控制策略研究[D].合肥工业大学，2010（01）.

[2]梦翔宇.AGV对移动目标跟踪控制器设计[D].吉林大学，2010（05）.

基金项目：全国大学生创新创业国家级项目，项目编号201710994019

作者简介：邹永立（1995-），男，湖北麻城人，本科，研究方向：电气工程及其自动化。