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AGV小车通讯原理简介

2021/3/29 8:06:49      点击:1236
日月辉AGV

随着中国制造2025计划的推进,工厂自动化程度进一步提高,智能制造逐渐实现。由此带来了对智慧仓储的需求。无人化是智慧工厂发展的趋势所在,用机器人替代人力进行仓储管理会进一步提高制造的效率。于是,AGV小车机器人应运而生并受到广泛关注。本文将从以下几个方面简单介绍AGV小车的组成并重点讲解其实现通讯的基本技术。

一. AGV介绍

1. AGV硬件组成:AGV的硬件组成主要包括以下几部分。

(1) 动力系统:车载电源、驱动装置(伺服电机、驱动器、车轮、制动装置、控制卡)

(2) 传感系统(包含安全系统、定位导航系统):各种传感器、数据采集装置(采集卡)

(3) 通信系统:工业无线客户端(无线网卡)

(4) 控制系统:转向装置、车载计算机

(5) 车体支架:AGV的车体主要包括了机械结构,并预留部分空间用于电气控制

(6) 其他装置:另外还包含人机界面、操作面板、控制面板等辅助装置

2. AGV导航方式

(1) 磁感应导航:通过在行进路线上埋线等方式形成磁场,AGV上的电磁传感器再根据电磁 感应原理,检测接收到的电磁信号强度差异,从而控制车体行进路线。特点是经济实惠,安装便利,但是灵活性较差。

(2) 惯性导航:通过在AGV上安装惯性陀螺仪,在行驶地面上安装定位块,AGV可通过对陀螺仪偏差信号的计算及地面定位信号的采集来确定自身的位置和方向,以实现导引。特点是定位准确性较高,灵活性强,但陀螺仪受到地面条件和振动影响较大,维护成本较高。

(3) 激光导航:通过车体上的激光雷达感知周围环境信息并建立模型,估计自身位置。特点是定位精度高,但价格较高、控制复杂且易受到干扰。

(4) 视觉导航:利用摄像机获取的图像信息解析得到自己的位置信息,具体应用有标签定位法和视觉SLAM。特点是信息量大,成本低和柔性高,但是对环境适应性较差。

3. AGV定位技术

(1) WIFI技术:目前较为常用,但由于收发器功率较小,覆盖范围有限,且易受到其他信号干扰,从而影响其精度,只适用小范围内的室内定位。

(2) 超声波技术:具有定位精度较高,结构相对简单的优点,但容易受非视距传播和多径效应影响,而且需要对底层硬件设施投入更高的成本。

(3) RFID(视频识别)技术:通过双向通信的非接触式射频方式交换数据,从而达到定位和识别的目的。RFID电子标签具有可以重复使用、体积小、寿命长、容量大等特点。

4. 路径规划技术

(1) 人工智能规划

(2) 传统路径规划

二. 无线网络通信

由于控制室需要了解、分析和控制各AGV小车的位置和运行状态等信息,所以AGV小车需要与控制室进行通信。因为传统有线网络需要规划和布线,且网络中各节点不可移动,其在某些场合的应用会受到布线的限制,例如AGV移动机器人场景。由此,无线局域网(WLAN)应运而生,很好的解决了有线布网所带来的诸多弊端。它是计算机网络与无线通信技术相结合的产物,为通信的移动化、个性化和多媒体应用提供了可能。其中,3G、WLAN、蓝牙、Wi MAX、ZigBee等都是目前应用较为广泛的无线通信技术。下面以WLAN为例进行简单介绍,这也是工业自动化领域应用较多的无线通信技术。

1. WLAN组网部件原理介绍

在介绍WLAN组网部件之前,我们先理解一下无线通信所实现的功能。打个比方,我们的终极目的是为了将自己的终端接入互联网,而我们都知道骨干网络一般都是通过有线的方式对各个网络中心节点进行串联来实现的,其中中心节点再细分会得到各级网络。所以,无线通信过程实际上就是通过无线的方式让终端先接入一个有线网络的节点,经过这个节点再把相关的数据和信息传递到互联网中。

由此可知,无线通信所要解决的问题就是如何让终端通过无线的方式接入有线网络的节点。为了解决这样一个问题,实现终端设备接入无线网络,我们需要一个“无线信号的发送设备”和一个“无线信号的接收设备”。其中,“无线信号的发送设备”采用网线直接连到有线网络之中,并通过内部模块将有线信号转化为无线信号。而“无线信号的接收设备”具有搜索无线信号的功能,该设备通过相应协议可以与“无线信号的发送设备”进行通信。终端于是通过无线信号的接收设备,将数据传到无线信号的发送设备,再由此进入有线网络。根据无线通信的协议,可以把无线通信方式分为3G、WLAN、蓝牙、Wi MAX、ZigBee等。其中WLAN就是我们常说的“WIFI”。

(1) 无线信号接收设备一般内置于需要连接无线局域网的终端之中,也可以采用外接的方式将无线信号接收设备与终端接口进行连接。常用的无线信号接收设备主要是无线网卡,但是根据具体的应用环境,如AGV小车,其通讯模块也可以表现为工业无线客户端,本质上其实就是无线信号的接收设备。其中MOXA和TPLINK的工业无线客户端在AGV小车组网中有较多应用。

(2) 无线信号发送设备一般与有线网络相连,通过内部模块将有线信号格式转换为无线信号格式。常见的无线信号发送设备主要有无线路由器、无线AP等。另外,在工业级场景中,工业级无线AP也有较多应用。工业级无线AP与普通AP的差别主要在于工业级无线AP更加适用于环境较为恶劣的工业场景。MOXA和TPLINK也都有相应的工业级无线AP产品。

2. WLAN的拓扑结构

WLAN的硬件组成包括无线网卡和无线AP。无线网卡把设备与无线网络连接起来,无线AP则负责将多个无线的接入汇聚到有线网络上。WLAN的拓扑结构主要有以下两种。

(1) IBSS网络:所有的终端相互之间可以实现点对点对等通信。

(2) BSS网络:在BSS网络中要求有一个无线接入点充当中心站,所有站点对网络的访问均由它控制。

三. AGV小车无线组网解决方案实例

在了解AGV小车WLAN无线通讯原理之后,我们用一个具体的解决方案实例,来加深大家对于原理的认识和理解。

图1 AGV小车无线组网解决方案

图1所示即为常用智能仓储应用场景的AGV小车无线组网解决方案,工业无线客户端(TL-CPE300D工业级)内置于AGV小车之中,工业无线AP(TL-AP300DG工业级)采用壁挂或者导轨的方式布置在仓库或者货架合适的位置并通过工业POE交换机(TL-SG2210P工业级)和工业环网交换机(TL-SG2210R工业级或TL-SG5412工业级)接入控制与调度中心。

图2所示为AGV小车无线组网拓扑示意图,拓扑结构为BSS网络。工业环网交换机构建核心网络,工业级POE交换机用于接入工业级无线AP,并为其供电。工业级无线AP是有限网络和无线网络之间的桥梁,工业无线客户端则通过工业无线AP连接到网络之中。