王亮

摘? 要：AGV技術(shù)以其智能、高效、快捷等優(yōu)勢(shì)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，這在汽車制造業(yè)中體現(xiàn)得尤為明顯。隨著汽車企業(yè)中AGV數(shù)量的不斷增加，隨之而來的是多AGV的通訊組網(wǎng)問題，文章首先分析了Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型，然后采用Zigbee技術(shù)設(shè)計(jì)多AGV通訊系統(tǒng)，使得一臺(tái)工控機(jī)即可對(duì)多個(gè)AGV進(jìn)行控制，提高了系統(tǒng)的靈活性。

關(guān)鍵詞：多AGV;無線通訊;Zigbee;拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：TP23? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）05-0137-02

1 概述

隨著制造業(yè)成本的提高和利潤率的下降，進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)型以削減用工成本，是企業(yè)提高市場競爭力的關(guān)鍵措施之一[1]。在汽車制造企業(yè)中，需要進(jìn)行大量的物料轉(zhuǎn)運(yùn)，若采用人工搬運(yùn)，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且容易帶來安全問題，不利于企業(yè)有序、高效生產(chǎn)。為此，采用AGV技術(shù)及其設(shè)備進(jìn)行物料搬運(yùn)是國內(nèi)外汽車制造企業(yè)的共識(shí)。一般而言，AGV的導(dǎo)航方式包括磁釘導(dǎo)航、埋線導(dǎo)航、激光導(dǎo)航等[2]，隨著計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的發(fā)展，基于機(jī)器視覺技術(shù)的AGV導(dǎo)航越來越受到研究開發(fā)者的重視[3]。此外，AGV通常采用離線編程的方式進(jìn)行路徑規(guī)劃與控制，而隨著企業(yè)AGV數(shù)量的快速增加以及柔性化生產(chǎn)的需求，當(dāng)需要對(duì)AGV進(jìn)行實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃與調(diào)度時(shí)，其靈活性較差。因此，新型的無線通訊方式，如藍(lán)牙、Zigbee等技術(shù)在AGV小車中越來越多地得到應(yīng)用[4，5]。本文即是在此背景下，基于Zigbee技術(shù)對(duì)汽車制造業(yè)中多AGV通訊組網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行研究。

2 Zigbee無線通訊技術(shù)概述

Zigbee無線通訊技術(shù)以IEEE 802.15.4無線通信標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)[6]，具有多個(gè)通信頻段，一般單個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)可以控制數(shù)十個(gè)乃至上百臺(tái)設(shè)備，其網(wǎng)絡(luò)包含協(xié)調(diào)器、路由器、終端節(jié)點(diǎn)等三種設(shè)備，由這三種設(shè)備可組建成不同結(jié)構(gòu)的Zigbee網(wǎng)絡(luò)，如星型、網(wǎng)狀、樹型等，如圖1所示。星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)簡單，便于維護(hù)和管理，但其協(xié)調(diào)器處于網(wǎng)絡(luò)的中央位置，一旦協(xié)調(diào)器出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓而不可用。樹型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是在星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的疊加，可大大增加終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，但其與星型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)具有同樣的缺陷。網(wǎng)狀拓?fù)湫蜔o線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其通訊網(wǎng)絡(luò)不僅存在于協(xié)調(diào)器與路由器之間，而且兩兩路由器也可進(jìn)行信息通信，因此，當(dāng)協(xié)調(diào)器出現(xiàn)故障時(shí)并不影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的功能。

采用Zigbee無線通訊技術(shù)來對(duì)多AGV進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度，可極大提高系統(tǒng)的靈活性，而且也根據(jù)適應(yīng)柔性化、個(gè)性化生產(chǎn)制造的發(fā)展趨勢(shì)。本文采用TI公司的CC2530控制器作為Zigbee系統(tǒng)的通訊模塊。該控制芯片最大能建立帶20個(gè)終端節(jié)點(diǎn)或者是14個(gè)終端節(jié)點(diǎn)加6個(gè)路由器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)傳輸速度為250 Kbps，有效傳輸距離可達(dá)180米。因此，利用該芯片能夠完全滿足汽車制造企業(yè)中多AGV系統(tǒng)的要求。

基于CC2530芯片的Zigbee模塊電路如圖2所示，該電路中主要包含兩大電路：SCI異步通信串口電路和Debug電路。其中，Debug 電路用于接收上位機(jī)的數(shù)據(jù)信息，包括下載程序、在線程序仿真等，其數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)230.4Kbps;SCI串口與AGV的微控制器相連，用于向微控制器發(fā)送指令。

3 通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

將企業(yè)中的多個(gè)AGV進(jìn)行通訊組網(wǎng)，若企業(yè)中需要進(jìn)行組網(wǎng)的AGV數(shù)目為n，則無線通信網(wǎng)絡(luò)包含了一個(gè)協(xié)調(diào)器和n個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，如有需要，還可對(duì)終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展，使其組建成更大規(guī)模的無線通信網(wǎng)絡(luò)。

在整個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點(diǎn)通過Short Addr進(jìn)行相互識(shí)別和數(shù)據(jù)通信。網(wǎng)絡(luò)地址分配算法如下：

其中：Cskip為父節(jié)點(diǎn)的路由器節(jié)點(diǎn)之間的地址間隔;Lm為網(wǎng)絡(luò)最大深度;Cm為每個(gè)父節(jié)點(diǎn)所能擁有的最大子節(jié)點(diǎn)數(shù);Rm為父節(jié)點(diǎn)所擁有的子節(jié)點(diǎn)中，路由器節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù);d為當(dāng)前所計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)深度。

根據(jù)上式計(jì)算出父節(jié)點(diǎn)的路由器節(jié)點(diǎn)之間的地址間隔Cskip后，可據(jù)此計(jì)算出子節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)短地址，其計(jì)算方法如下：

其中：n為子節(jié)點(diǎn)的序號(hào);Aparant為子節(jié)點(diǎn)父設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)短地址;A（n）為所求子節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)短地址。

網(wǎng)絡(luò)地址分配時(shí)優(yōu)先分配路由器，也就是說父節(jié)點(diǎn)設(shè)備優(yōu)先分配路由子節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)短地址，然后再分配終端子節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)短地址，而且 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)的地址分配是優(yōu)先分配的方式，就是說哪個(gè)節(jié)點(diǎn)先入網(wǎng)，就優(yōu)先給哪個(gè)節(jié)點(diǎn)分配地址。當(dāng)路由器入網(wǎng)以后，就可以控制其下的子節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)，同時(shí)也負(fù)責(zé)給通過其入網(wǎng)的子節(jié)點(diǎn)分配網(wǎng)絡(luò)地址。圖3所示為Zigbee組網(wǎng)流程圖。

Zigbee組網(wǎng)過程如圖3所示，當(dāng)協(xié)調(diào)器允許子節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)之后，會(huì)給子節(jié)點(diǎn)發(fā)送為其分配的網(wǎng)絡(luò)短地址，節(jié)點(diǎn)就可以使用網(wǎng)絡(luò)短地址進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

Zigbee網(wǎng)絡(luò)通信采用CSMA-CA防碰撞競爭接入機(jī)制，所有節(jié)點(diǎn)在通信前自動(dòng)進(jìn)行空閑信道評(píng)估，只有信道空閑時(shí)才會(huì)進(jìn)行通信，有效的防止了數(shù)據(jù)堵塞現(xiàn)象。數(shù)據(jù)通信采用一問一答形式，而且數(shù)據(jù)包帶有冗余校驗(yàn)，具有出錯(cuò)重傳機(jī)制，保證數(shù)據(jù)通信的安全性和穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

AGV在汽車制造企業(yè)中的大規(guī)模應(yīng)用有著十分重要的意義，可以減少人工成本、提高物料運(yùn)輸效率，滿足智能化、柔性化生產(chǎn)的需要。將無線Zigbee技術(shù)與AGV結(jié)合，使得AGV的自動(dòng)規(guī)劃與智能調(diào)度效率大大提高。

參考文獻(xiàn)：

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