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作者：胡荣星济南大学

学位级别：硕士

随着AGV被广泛地应用于工业领域,针对高端装备大型部件的自动搬运需求,由于单台大型重载AGV的开发成本较高和适应不同搬运任务会导致AGV冗余,在面对多种多样的大型工件搬运需求,采用双AGV编队协同搬运方案能够有效降低成本,实现搬运方... 详细信息

随着AGV被广泛地应用于工业领域,针对高端装备大型部件的自动搬运需求,由于单台大型重载AGV的开发成本较高和适应不同搬运任务会导致AGV冗余,在面对多种多样的大型工件搬运需求,采用双AGV编队协同搬运方案能够有效降低成本,实现搬运方案的多样性,具有巨大的前景。本文立足于大型工件的自动搬运需求,主要对双AGV编队协同运动控制系统关键技术进行研究。针对双AGV编队协同运动过程中需要保证两车中心之间距离偏差和角度偏差收敛,对双AGV总体采用了双层虚拟主轴结合基于信息一致性的编队控制策略;在该控制策略下主要从基于激光雷达导引的定位导航控制、差速轮组单元闭环控制、单AGV多轴组同步运动控制和双AGV编队协同运动控制四个方面进行研究。另外,由于CODESYS克服了硬PLC兼容性差的问题,具备实时性高且能处理大量复杂数据和算法的能力,则本文采用CODESYS平台的控制器进行软件架构的设计和运动控制。首先,在基于激光雷达导引的定位导航控制中,针对激光雷达建图与定位方式具备精度高、分辨率高和抗干扰能力强等特点,采用SMET建图软件和LiDAR-LOC定位软件配合单车对角安装激光雷达的定位方式实现双AGV导引。其中,双车共用一份地图,实现双AGV的全局定位,基于C/S架构实现无线通信,能够精准地获得双车的位姿信息和周围环境信息以及对虚拟路径的规划。通过作激光雷达建图与定位实验,结果表明该定位方式的有效性,其定位精度在±30mm,重复定位精度在±10mm,双车共用地图的定位方式效果较好。其次,在最底层差速轮组单元的闭环控制中,对标舵轮控制性能指标将轮组单元的两个驱动轮虚拟成一个主轴进行运动控制,底层驱动采用高速总线通讯的方式,有效提高了通讯的稳定性和实时性。其中,伺服驱动器采用CANopen通讯,角度传感器主要采用Ether CAT通讯;建立轮组单元的运动学模型,对轮组单元采用闭环控制,能够很好地实现“快、准、稳”的效果。通过作落地实验表明了轮组单元控制策略的有效性,并得出轮组单元的最快响应速度能达到20/s,静态角度定位精度在±0.05。再次,在中间层单AGV多轴组同步运动控制中,根据刚体运动学原理,建立多组差速单元组成的单台AGV的运动学模型,再结合虚拟主轴的控制思想,将单台AGV虚拟主轴的目标控制信息根据差速单元的运动性能合理的分配到各组轮组单元执行,有效提高了多轴组同步运动的能力;另外,根据PLCopen轴组状态机规范对多组差速轮组单元进行了状态管理。通过作落地实验表明了多轴组同步运动控制策略的有效性,其中单台AGV多轴组同步运动平稳灵活,运动过程中没有出现轴组互斥,轴组同步性较高,自动导航追踪路线精度在±10mm。最后,在最上层双AGV编队协同运动控制中,主要采用虚拟主轴思想,将双AGV虚拟成一个主轴进行运动控制,根据刚体运动学原理,建立双AGV多组轮组单元的运动学模型;通过基于激光雷达导引的定位导航控制方案,获得双车的位姿信息和环境信息以及规划出虚拟路径,采用双车共用地图的方式,结合基于信息一致性的控制策略,对双AGV各自虚拟主轴中心的距离偏差及双AGV与两车中心连线的夹角偏差进行闭环控制;对双AGV编队协同运动控制系统进行硬件和软件设计;实现双AGV编队协同运动共同搬运大型工件的需求,通过作相关实验表明了双AGV编队协同运动控制策略的有效性。

关键词：虚拟主轴信息一致性激光雷达导引轴组状态机 CODESYS

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