AGV小车在智能制造标准化中的应用

李敬新

【关键词】AGV小车；智能制造；IO接口；标准化

在高新技术快速发展的背景下，智能制造生产线的管理更加严格，同时对控制要求越来越高。智能制造设备以及相关产品的设计、生产、运输都需要标准化的管理。AGV物流小车就是智能控制设备的一种，其广泛应用于智能制造生产线的下料和产品运输环节。该物流小车结构简单，能够自动巡航，同时具备自动运料上料，产品入库运输等功能，具有较高的应用价值。随着生产制造向智能化和标准化的方向迈进，提升生产效率和产品质量，完善管理标准，推进智能制造标准化体系建设、标准化管理提升，推动智能制造持续发展已经成为产业升级的重要评价标准。

1 AGV物流小车的结构

AGV物流小车的车体由机械架构、四车轮、外表模具以及车载机械装置组成，内部配备控制器、自动巡航系统、无线网络数据收发模块。车体上前方装有触摸屏和手持调节TRC示教器。操作员通过触摸屏可以进行参数设置，也可以通过移动终端进行操作，应用非常方便。

1.1 硬件部分设计

AGV物流小车的车主体是长方体，车长1.6 m、宽1.2 m、高1.4 m，四车轮直径为24 mm。小车前方支架安装触摸显示屏，支架高出车体0.6 m，便于操作人员操作。车体两侧安装车载机械手，车体上面安装车载托盘。工作时机械手抓取物料和产品，然后放置于车载托盘上，通过视觉系统判断后，进行智能制造生产线加工上下料和产品运输工作。

AGV物流小车的CPU处理器选用研华嵌入式控制器，型号为ARM4461_V1.0。电路板设计了多功能输入输出接口，能够进行实时数据采集。板上数据存储器与计算处理器选择Cyclone IV E 系列的FPGA 处理器。通过触摸屏的显示可以监测小车的运行状态，同时能进行参数设置和调整小车的运行状态，实现人机交互。物流小车的硬件还包括标准的电源模块和模拟量等IO接口。AGV物流小车的硬件结构合理，能实现多种功能，运行稳定。

1.2 软件部分设计

AGV物流小车的软件部分包括控制器的数据处理程序设计和触摸屏的界面设计。数据采集和处理程序设计采用VHDL语言编写控制逻辑，通过IO 数据接口采集数据存储到FPGA进行处理，再经过CPU的读取和运算，实现对小车的智能控制，控制逻辑分模块进行编写，避免数据传输和运算出现错误，实时数据同时传输到触摸屏显示区，显示小车的运行状态。触摸屏设计了显示主界面和功能操作界面，物流小车的显示屏主界面包括上下料、功能介绍、参数设置、功能选择等按钮，在主界面正中央显示小车运行轨迹曲线和动画效果画面，同时主界面下方设有急停报警按键以及报警指示灯。物流小车的功能界面设计了小车状态显示、安全机制、历史曲线显示、报表输出等功能，实时曲线和动画效果是显示CPU发送的实时数据，触摸屏的画面显示清晰稳定，功能选择明确，数据传输稳定可靠。

1.3 接口部分设计

AGV物流小车控制器的电路板设计了数据输入输出接口、控制接口、USB接口、模拟量输出接口、电源接口以及手持TRC示教器接口，各接口相互对立，同时设计了抗干扰电路，避免了信号相互干扰。控制器还设计了无线网络传输模块，能够将数据传输到管理员的移动终端，实现管理员远程操作的功能。数据输入输出接口设置了32 位数据通道，采用DS37-S 板载孔型端子，实现智能小車数据采集；模拟量输出接口设计了±5 V和正负±10 V的直流电压输出信号；智能控制接口分别设置了A、B、C 三项脉冲差分信号，接口采用DS15-S 孔型端子，实现了控制器对机械手和托盘的运动控制；手持TRC示教器接口用来外接手持设备，根据需要进行选用配置。电路板设计了两路标准USB3.0 接口，用来拷贝文件和修改智能物流小车运行参数。物流小车控制器的各接口均采用标准的协议器件，各接口功能完善，运行状态稳定。

2 智能AGV小车的应用

AGV物流小车在应用前进行了相关的验证。控制板为了避免干扰，在设计过程中采用电源独立模块，同时增加了EMC 电源保护和抗干扰器件，在控制板载上增加了滤波电路，能够实现高阶噪声滤除功能。应用之前进行抗干扰实验，其中包括电磁兼容、电压暂降、静电放电以及高低温和湿度实验等，结果表明该小车控制系统运行稳定，抗干扰能力较强，能够适应智能制造现场复杂的工作环境。

AGV物流小车广泛应用于智能制造和自动化生产线现场，主要集中在仓储和自动上下料生产线中。智能AGV小车可以运输毛坯件、次加工件、成品以及残次品等，将不同的产品按预定要求运送到指定区域。在工作过程中，车载机械手负责抓取物料到车载托盘上，视觉识别系统根据托盘上的物料数量判断是否停止抓取，待物料装载完成，识别系统发送指令到中央处理器，处理器再发送命令控制小车沿着预设轨道行驶，到达上料站由机械手抓取物料完成自动化生产线的上料工作，上料完成后再抓取残次物料到车载托盘，由小车运送到废料区处理。

AGV物流小车在智能仓储中应用比较灵活，可根据需要随时修改参数。小车会根据设定的条件进行判断，沿巡航轨道行驶。AGV物流小车上装有视觉判断设备，能够识别产品数量信息，当产品数量达到预定要求时，小车开始自动运行，到达存储区域通过识别判断存放空间是否满足存放条件，进行智能化存储。在智能制造生产应用过程中，AGV物流小车工作效率较高，能够满足工业生产的要求。

3 智能制造标准化应用

智能制造生产标准化研究对促进不同地区、不同行业的智能制造工作交流和国内各领域开展智能制造建设有着重要的意义。智能制造标准化研究不是要再制定一系列制造技术标准和信息技术标准，而是在智能制造新技术要求下，满足智能制造生产，选择和制定与技术融合的标准。智能制造生产标准化的范围包括安全标准、器件选择标准、材料标准以及生产线相关标准等。

国家有关机构持续推进智能制造标准顶层设计，发布了智能制造标准建设的相关文件，在推动智能制造标准的发展和建设中起到了指导和引领作用，数据调查研究显示，国家智能制造标准立项通过220 多项，共发布130 多项基于安全和评价类的通用国家标准，同时在智能制造标准推广中开展培训和征集意见，细分行业智能制造标准体系建设，调研工业、农业、交通运输业以及高新技术产业等十余个细分行业的智能制造标准化现状，推动各行业开展智能制造标准体系建设。

智能制造技术高速发展的同时对标准化的应用要求也越来越高。AGV物流小车自动巡航功能的实现是建立在标准的轨道、导航系统、视觉识别系统和规格统一的仓储空间，根据视觉识别实现抓取物料和判断产品的数量，以及根据统一规格的仓储空间实现产品的有序存放。因此，在设计研究智能AGV小车的硬件结构和软件系统时应该注重标准化器件的选择，硬件核心处理器CPU、数据采集器件FPGA、电源模块EMC器件以及接口连接器都需要选择标准化的器件，这样才能满足不同生产线、不同智能制造现场的要求。

4 结语

网络信息技术的飞速发展和智能制造生产对智能化、标准化要求越来越高，提升生产效率、完善管理、推进智能制造标准化体系建设已经迫在眉睫。AGV物流小车利用CPU中央控制功能和无线网络技术，通过识别系统和感应系统无需人工引航，可沿预定轨道自动行驶，自动完成产品的运输和上下料等工作。同时，该物流小车在仓储管理运输等方面应用广泛，智能化水平较高，是智能制造标准化的重要组成部分，具有良好的实用价值。