一種agv運(yùn)動控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種運(yùn)動控制仿真系統(tǒng)，具體涉及一種基于嵌入式控制器的AGV(自動導(dǎo)引車系統(tǒng))運(yùn)動控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]自動導(dǎo)引車系統(tǒng)(縮寫為AGV)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)50年代，70年代開始在歐洲、美國、日本等發(fā)達(dá)國家迅速普及并應(yīng)用。目前，AGV (自動導(dǎo)引車系統(tǒng))已經(jīng)在煙草、汽車裝配、印鈔造幣、新聞出版以及石油巖芯等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在AGV也逐漸應(yīng)用在貨物運(yùn)輸上，可以實(shí)現(xiàn)大型集裝箱和重載荷貨物的自動運(yùn)輸。
[0003]AGV的運(yùn)動控制系統(tǒng)由AGV定位導(dǎo)航(縮寫為NCS)和運(yùn)動控制系統(tǒng)(縮寫為MCS)組成。通常，NCS和MCS之間通過CANBus、以太網(wǎng)作為物理連接層，以CANOpen或EtherCAT作為上層通訊協(xié)議。港口碼頭的NCS系統(tǒng)包括下列硬件:港口堆場內(nèi)埋設(shè)的Transponder、AGV上安裝前后兩Transponder感應(yīng)天線、AGV上安裝一個(gè)陀螺儀測量車輛角速度、AGV上安裝一個(gè)無線電臺和中控通訊、AGV上安裝一個(gè)導(dǎo)航控制器。AGV的定位過程主要是兩個(gè)過程:根據(jù)車輪編碼器返回的車輪轉(zhuǎn)速、輪邊編碼器返回的車輪轉(zhuǎn)角以及陀螺儀返回的車輛角速度計(jì)算目前AGV的位置和姿態(tài)，此誤差隨時(shí)間累計(jì)；在前后天線同時(shí)經(jīng)過地面上Transponder時(shí)，對位置進(jìn)行矯正，累計(jì)誤差清零。目前AGV運(yùn)動控制器的調(diào)試和性能的測試需要在真實(shí)AGV車輛，即安裝了 AGV的車輛和埋設(shè)有Transponder的堆場上進(jìn)行,這樣會帶來下列問題:
[0004]1.若AGV運(yùn)動控制器存在較大問題，在真實(shí)車輛上進(jìn)行調(diào)試，一旦AGV車輛(安裝了 AGV的車輛)失控或器件燒壞會帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失，對調(diào)試人員的安全威脅也很大；
[0005]2.不便于測試AGV運(yùn)動控制器對風(fēng)阻，降雨，胎壓等外部環(huán)境工況的響應(yīng)情況；
[0006]3.不便于測試AGV運(yùn)動控制器在傳感器和transponder出現(xiàn)故障時(shí)的響應(yīng)情況；
[0007]4.對于不同的堆場地圖測試，需要在不同的堆場上進(jìn)行測試，可行性較差。
[0008]經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國實(shí)用新型專利(申請?zhí)?01220710160)提出了一種電力機(jī)車半實(shí)物仿真系統(tǒng)，包括:牽引控制單元、用于模擬電力機(jī)車傳動系統(tǒng)主電路的半實(shí)物仿真器以及用于轉(zhuǎn)換所述牽引控制單元和所述半實(shí)物仿真器之間傳輸信號的信號轉(zhuǎn)換單元；所述牽引控制單元與所述信號轉(zhuǎn)換單元連接，所述信號轉(zhuǎn)換單元與所述半實(shí)物仿真器連接。該實(shí)用新型提供的電力機(jī)車半實(shí)物仿真系統(tǒng)能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中針對傳動系統(tǒng)性能采用的測試方法成本高、不具有實(shí)時(shí)性的問題，實(shí)現(xiàn)對傳動系統(tǒng)性能的實(shí)時(shí)測試，降低成本。但該實(shí)用新型僅限于對電力機(jī)車傳動系統(tǒng)性能的測試，并不能對整車運(yùn)動進(jìn)行測試。
[0009]因此針對AGV運(yùn)動控制器在真實(shí)車輛和堆場中進(jìn)行測試所帶來的很多問題，研究一種模擬AGV運(yùn)動的半實(shí)物仿真系統(tǒng)對AGV運(yùn)動控制器的調(diào)試和性能的測試具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中AGV控制器的調(diào)試和性能測試在真實(shí)AGV車輛和埋設(shè)有Transponder的堆場上進(jìn)行所帶來的一系列問題，提供一種基于嵌入式控制器的AGV運(yùn)動控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)，其能夠模擬真實(shí)AGV車輛(安裝了 AGV的車輛)的運(yùn)動，能夠設(shè)定外界環(huán)境參數(shù)，計(jì)算AGV車輛的運(yùn)動狀態(tài)，并將傳感器數(shù)據(jù)返回給控制器，動態(tài)顯示車輛在堆場中的運(yùn)動情況，從而代替以真實(shí)AGV車輛對控制器性能進(jìn)行現(xiàn)場測試的方式，達(dá)到節(jié)約能源、確保安全、避免意外經(jīng)濟(jì)損失和方便各種工況測試的效果。
[0011]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0012]一種AGV運(yùn)動控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述仿真系統(tǒng)包括:AGV運(yùn)動仿真模塊、通訊模塊、AGV人機(jī)界面模塊、AGV控制器模塊和系統(tǒng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)模塊，其中，AGV運(yùn)動仿真模塊和通訊模塊設(shè)置于嵌入式控制器內(nèi)，AGV人機(jī)界面模塊和系統(tǒng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)模塊設(shè)置于計(jì)算機(jī)內(nèi)，AGV運(yùn)動仿真模塊通過通訊模塊與AGV控制器模塊相連并進(jìn)行通訊，系統(tǒng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)模塊通過網(wǎng)口與嵌入式控制器相連并進(jìn)行通訊，同時(shí)通過計(jì)算機(jī)軟件監(jiān)控嵌入式控制器的內(nèi)部數(shù)據(jù)，AGV人機(jī)界面模塊通過網(wǎng)口與嵌入式控制器相連并進(jìn)行通訊。
[0013]進(jìn)一步地，所述的AGV運(yùn)動仿真模塊在接收到所述AGV控制器模塊的命令之后，計(jì)算AGV車輛的運(yùn)動情況并將計(jì)算結(jié)果反饋給該AGV控制器模塊；所述AGV運(yùn)動仿真模塊包括如下子模塊:垂向運(yùn)動學(xué)動力學(xué)模塊、道路負(fù)載模塊、電機(jī)模塊、差速器模塊、轉(zhuǎn)向器模塊、車輛運(yùn)動學(xué)模塊和天線模塊；其中:
[0014]所述的垂向運(yùn)動學(xué)動力學(xué)模塊分別與通訊模塊、差速器模塊、車輛運(yùn)動學(xué)模塊和AGV人機(jī)界面模塊相連，用來模擬輪胎胎壓變化時(shí)車輛的俯仰角、側(cè)傾角和車輪滾動半徑的變化，在分析垂向運(yùn)動學(xué)動力學(xué)時(shí)，考慮車輛質(zhì)心的改變所引起的分配到各輪胎上力的變化；該垂向運(yùn)動學(xué)動力學(xué)模塊通過通訊模塊獲得AGV控制器模塊發(fā)送的車輛各個(gè)輪胎的胎壓變化曲線，將車輛各個(gè)車輪的實(shí)際滾動半徑發(fā)送給差速器模塊和車輛運(yùn)動學(xué)模塊，將車輛俯仰角和側(cè)傾角發(fā)送給AGV人機(jī)界面模塊；
[0015]所述的道路負(fù)載模塊分別與通訊模塊和電機(jī)模塊相連，用來模擬風(fēng)阻和道路負(fù)載，該道路負(fù)載模塊通過通訊模塊獲得AGV控制器模塊發(fā)送的包括風(fēng)速、風(fēng)向和降雨在內(nèi)的參數(shù)，轉(zhuǎn)換為電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩輸出發(fā)送給電機(jī)模塊；
[0016]所述的電機(jī)模塊分別與道路負(fù)載模塊、通訊模塊、差速器模塊和車輛運(yùn)動學(xué)模塊相連，用來模擬真實(shí)電機(jī)，考慮前后電機(jī)之間的耦合作用，前后電機(jī)的解耦是通過動態(tài)分配電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)的；該電機(jī)模塊通過通訊模塊獲得AGV控制器模塊發(fā)送的電機(jī)指令轉(zhuǎn)速，從道路負(fù)載模塊獲得電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)換為電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速輸出發(fā)送給通訊模塊、差速器模塊和車輛運(yùn)動學(xué)模塊；
[0017]所述的差速器模塊分別與通訊模塊、垂向運(yùn)動學(xué)動力學(xué)模塊、電機(jī)模塊、轉(zhuǎn)向器模塊和車輛運(yùn)動學(xué)模塊相連，用來模擬真實(shí)差速器，考慮在前后電機(jī)速度不匹配，前后轉(zhuǎn)向角不匹配造成的車輪邊滑動邊滾動的情況，并考慮車輪滾動半徑不同可能造成的車輪側(cè)滑的情況；該差速器模塊從垂向運(yùn)動學(xué)動力學(xué)模塊獲得車輪滾動半徑，從電機(jī)模塊獲得電機(jī)轉(zhuǎn)速，從轉(zhuǎn)向器模塊獲得車輪轉(zhuǎn)向角，轉(zhuǎn)換為各車輪的實(shí)際轉(zhuǎn)速輸出發(fā)送給通訊模塊和車輛運(yùn)動學(xué)模塊；
[0018]所述的轉(zhuǎn)向器模塊分別與通訊模塊、差速器模塊和車輛運(yùn)動學(xué)模塊相連，用來模擬真實(shí)轉(zhuǎn)向器，包括液壓系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)，車輛前后兩個(gè)轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)成對稱分布；該轉(zhuǎn)向器模塊通過通訊模塊獲得AGV控制器模塊發(fā)送的左側(cè)車輪指令轉(zhuǎn)角，通過所述液壓系統(tǒng)得出左側(cè)車輪實(shí)際轉(zhuǎn)角，通過所述轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)得出右側(cè)車輪實(shí)際轉(zhuǎn)角，將各車輪轉(zhuǎn)角發(fā)送給通訊模塊、差速器模塊和車輛運(yùn)動學(xué)模塊；
[0019]所述的車輛運(yùn)動學(xué)模塊分別與垂向運(yùn)動學(xué)動力學(xué)模塊、電機(jī)模塊、差速器模塊、轉(zhuǎn)向器模塊、天線模塊和AGV人機(jī)界面模塊相連，根據(jù)車輪滾動半徑、電機(jī)轉(zhuǎn)速、各車輪轉(zhuǎn)速和各車輪轉(zhuǎn)角計(jì)算包括AGV車輛直行、轉(zhuǎn)向和跑偏在內(nèi)的各種運(yùn)動狀態(tài)下，包括車身速度、角速度、車輛中心位置和車身角度在內(nèi)的參數(shù)；該車輛運(yùn)動學(xué)模塊將車身角速度通過通訊模塊反饋給AGV控制器模塊，將車輛中心位置和車身角度發(fā)送給AGV人機(jī)界面模塊，在地圖上動態(tài)顯示AGV車輛的運(yùn)動，將AGV車輛的位置和角度發(fā)送給天線模塊；
[0020]所述的天線模塊分別與通訊模塊和車輛運(yùn)動學(xué)模塊相連，用來模擬真實(shí)天線，該天線模塊通過通訊模塊獲得AGV控制器模塊發(fā)送的天線坐標(biāo)定義數(shù)據(jù)，對天線進(jìn)行初始化，從車輛運(yùn)動學(xué)模塊獲得AGV車輛的位置和角度，將天線數(shù)據(jù)發(fā)送給通訊模塊。
[0021]進(jìn)一步地，所述的通訊模塊用來模擬實(shí)際AGV車輛與AGV控制器之間的通訊；該通訊模塊包括如下子模塊:CAN0PEN接口模塊、陀螺儀通訊模塊、天線通訊模塊和車輪轉(zhuǎn)速編碼器通訊模塊。
[0022]進(jìn)一步地，所述的CAN0PEN接口模塊與所述AGV控制器模塊相連并進(jìn)行通訊；該CAN0PEN接口模塊接收到的數(shù)據(jù)包括:初始化開始標(biāo)志位、初