鄒永立　石黃霞　竇豆

摘 要：對(duì)危險(xiǎn)品運(yùn)輸系統(tǒng)的控制過程進(jìn)行了研究探討，提出了基于AGV的危險(xiǎn)品運(yùn)輸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，采用PLC作為控制器，通過對(duì)小車和機(jī)械臂的控制，結(jié)合傳感器的準(zhǔn)確性和靈敏性，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)品的檢測和搬運(yùn)。

關(guān)鍵詞：危險(xiǎn)品運(yùn)輸系統(tǒng)；PLC；搬運(yùn)

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

1 總體方案設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用PLC（Programmable Logic Controller）為主控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)車型機(jī)器人的智能化控制。整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)可根據(jù)需求選擇24V及以上電壓為直流電機(jī)供電，采用PWM控制方式控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行及直流電機(jī)調(diào)速。采用紅外光電傳感器實(shí)現(xiàn)預(yù)定軌跡信號(hào)的檢測，檢測到的信號(hào)經(jīng)過PLC處理最終實(shí)現(xiàn)按預(yù)定軌跡運(yùn)行的目的；搬運(yùn)部分主要目的是控制機(jī)械手臂準(zhǔn)確、快速夾持物品，首先需要完成對(duì)危險(xiǎn)品的檢測，在檢測到存在危險(xiǎn)品的基礎(chǔ)上，使用紅外傳感器、超聲波測距等傳感器來精確定位危險(xiǎn)品，其次驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)到物品上方，最后對(duì)物品進(jìn)行夾持。在完成這部分功能后，車型機(jī)器人可攜帶危險(xiǎn)品安預(yù)定軌跡運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)品搬運(yùn)的目的。如圖1所示為系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖。

2 循跡與搬運(yùn)的整體控制

2.1 危險(xiǎn)品檢測及精確定位

在生產(chǎn)實(shí)際中，特別是化學(xué)化工生產(chǎn)過程中，對(duì)于某些對(duì)人體不利或是有一定危險(xiǎn)的物品，就特別需要機(jī)器人實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程自動(dòng)化，對(duì)于危險(xiǎn)品搬運(yùn)機(jī)器人而言，首先面臨的問題是危險(xiǎn)品的檢測，而危險(xiǎn)品檢測技術(shù)已相對(duì)成熟。易燃易爆品的檢測由于檢測對(duì)象比較復(fù)雜，所以傳感器的選擇和使用尤為關(guān)鍵，在整個(gè)危險(xiǎn)品檢測中扮演著重要的角色。檢測的不同物質(zhì)被檢測的物理量存在著本質(zhì)上的區(qū)別。對(duì)易燃易爆品的檢測主要的檢測對(duì)象是炸藥分子印跡和酒精、汽油化學(xué)物質(zhì)揮發(fā)的分子。針對(duì)這兩種物質(zhì)的檢測，有專門的探測電路，通過探測電路可以準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)對(duì)危險(xiǎn)品的檢測。

這里面就涉及到傳感器的使用和AD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，通過兩個(gè)模塊的有機(jī)結(jié)合將采集到的信息轉(zhuǎn)換成布爾變量，傳送給PLC控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)易燃易爆危險(xiǎn)品的檢測。檢測存在危險(xiǎn)品的基礎(chǔ)上，接下來的任務(wù)就是定位物品的位置。通常是采用紅外光電傳感器和超聲波測距傳感器，兩種傳感器檢測到的數(shù)據(jù)的綜合處理， 可將危險(xiǎn)品的位置確定，為了實(shí)現(xiàn)精確的檢測，對(duì)于檢測信號(hào)有嚴(yán)格的要求。首先，必須保證對(duì)于信號(hào)進(jìn)行多次重復(fù)檢測，并使用一些數(shù)學(xué)工具，進(jìn)行誤差權(quán)衡即可達(dá)到一般的檢測要求。數(shù)據(jù)處理前后的對(duì)比、多傳感器數(shù)據(jù)融合、濾波電路的設(shè)計(jì)和噪聲干擾的排除、傳感器靈敏度的調(diào)試均可以提高檢測的準(zhǔn)確性。

2.2 機(jī)械搬運(yùn)設(shè)計(jì)

機(jī)械臂的設(shè)計(jì)簡圖如圖2所示，該部分首先要將危險(xiǎn)品檢測到的信號(hào)通過PLC處理，另外還得加入其它部分的傳感器的設(shè)計(jì)。機(jī)械首先面臨的問題就是準(zhǔn)確找到物品位置，危險(xiǎn)品檢測部分已有明確的說明，這里不再贅述。

當(dāng)檢測到有危險(xiǎn)品之后，要解決的主要問題是對(duì)該物品的位置進(jìn)行確定。本設(shè)計(jì)用到的是光電測距傳感器，在機(jī)械的夾持部分多個(gè)光電測距傳感器，通過這些光電測距傳感器的數(shù)據(jù)來定位物品，并通過PLC來驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)到物品位置。機(jī)械運(yùn)動(dòng)到物品上后，夾持物品的“手指”又通過光電對(duì)管檢測物品信號(hào)并通過PLC處理驅(qū)動(dòng)機(jī)械部分夾持物品。

2.3 AGV設(shè)計(jì)

AGV（automatic guided vehicle）在本系統(tǒng)中同樣采用PLC控制，在紅外光電傳感器的設(shè)計(jì)時(shí)，考慮的是黑色吸收所有色光而白色反射所有色光，應(yīng)用JX-359F型傳感器 該傳感器具有一只發(fā)射光線的二極管和一只可接收反射光的二極管。在運(yùn)行過程中，小車沿黑色路徑行走，未偏離設(shè)定路線時(shí)，接收管無法檢測到反射光，偏離預(yù)定路線時(shí)接收管可接收到反射光，通過這一機(jī)制，就可利用傳感器得到準(zhǔn)確的信號(hào)，再經(jīng)過PLC的處理小車達(dá)到尋跡目的。路線設(shè)計(jì)時(shí)，黑色部分寬度略大于兩傳感器的距離即可。

初始運(yùn)行時(shí)，在險(xiǎn)情模塊、電壓檢測模塊、避障模塊三個(gè)預(yù)警模塊無報(bào)警信號(hào)輸出的情況下，AGV根據(jù)輸入的循跡信號(hào)進(jìn)行循跡運(yùn)行。

在循跡前行過程中，控制AGV沿預(yù)定路線運(yùn)行，根據(jù)循線模塊JX-359F型傳感器的檢測信號(hào)，控制四個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)的運(yùn)行。根據(jù)傳感器布置的位置，及電機(jī)運(yùn)行方向與控制端子電平關(guān)系進(jìn)行程序編寫。對(duì)編寫程序具體做以下幾點(diǎn)說明：

由于步進(jìn)電機(jī)是脈沖控制，伺服調(diào)整轉(zhuǎn)向，故當(dāng)電機(jī)直行時(shí)通過程序切斷脈沖產(chǎn)生模塊電源，從而達(dá)到直行的目的。

轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮到故障情況即當(dāng)小車已不受軌跡束縛時(shí)，需要通過程序切斷電源使小車停機(jī)。

通過調(diào)節(jié)傳感器靈敏度、直流電機(jī)轉(zhuǎn)速、步進(jìn)電機(jī)控制頻率使兩部分運(yùn)行達(dá)到協(xié)調(diào)一致，即可實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)品搬運(yùn)。

3 總結(jié)

傳統(tǒng)的AGV小車功能單一，隨著技術(shù)的迅猛發(fā)展，AGV小車應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和傳感器技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)引、自主移載、自主定位、自主避障等功能。如今已成為物流自動(dòng)化系統(tǒng)的重要設(shè)備和技術(shù)。AGV具有靈活性、智能化等顯著特點(diǎn)，達(dá)到生產(chǎn)過程的柔性化運(yùn)輸。與傳統(tǒng)的人工或半人工的物料輸送方式相比，AGV系統(tǒng)減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了危險(xiǎn)性，提高了生產(chǎn)效率，在各行各業(yè)均可發(fā)揮重要作用。

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基金項(xiàng)目：全國大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)國家級(jí)項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)201710994019

作者簡介：鄒永立（1995-），男，湖北麻城人，本科，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。