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1、第20卷第2期安徽工程科技学院学报Vol.20.No.22005年6月JournalofAnhuiUniversityofTechnologyandScienceJun.,2005文章编号:1672-2477(2005)02-0032-05基于DSP的AGV运动控制系统设计123张奇,严莉莉,吴筱苏(1.安徽工业大学职业技术学院,安徽马鞍山243000;2.南京信息职业技术学院电子信息工程系,江苏南京210000;3.合肥工业大学工业自动化研究所,安徽合肥230009)摘要:AGV是一种自动导向车,能够在具有一定地形特征的环境中顺利到达期望目的地或沿期
2、望路径行驶,已经被广泛应用于军事、航空和医药等领域.以两轮AGV为控制对象,采用高精度线阵CCD摄像头、高速DSP和超声波声纳构成一个AGV系统,着重介绍了基于数字信号处理器TMS320F240的AGV运动控制系统,论述了各组成部分的工作原理,并使用模糊逻辑控制策略对AGV系统的轨迹跟踪能力进行了仿真.该系统充分利用DSP运算速度快、外设接口丰富、适于电机控制的特点,实现对AGV的速度和航向的控制.该系统具有硬件结构简单,软件开销小等特点.关键词:DSP;AGV;运动控制中图分类号:TP273文献标识码:A1概述AGV(AutomatedGuidedVehic
3、le)是一种陆地自主运动机器人,能够在具有一定地形特征的环境中顺利到达期望目的地或沿期望路径自主行驶.采用AGV的目的是为了避免人类在危险环境下受伤,使人[1]类从单调的工作中解脱出来,或提高导航精度.目前AGV已经被广泛应用在制造业、医药、航天和军事等领域.一个智能AGV系统的必具功能包括理解能力、运动控制、路障躲避、位置定位、路径规划和导航等.这些功能的实现涉及许多关键领域,包括传感器技术、数据融合、图像处理和轨迹规划以及先进控制算法等.本文以两驱动轮AGV为控制对象,采用高速DSP构建AGV运动控制系统,着重研究基于DSP的[2]AGV运动控制系统设计.2AGV系统的构
4、成本文设计的AGV系统具有数字控制、视觉引导、超声波测距以及紧急制动等特点.其主要元件包括:(1)单目面阵CCD,位于小车头部;(2)两个直流伺服电机;(3)两套超声波声纳测距装置,分别位于小车左右两侧;(4)双F240DSP,从DSP处理来自CCD的图像信息和来自声纳的路障信息,通过模糊推理完成数据融合,并进行轨迹规划;主DSP接受从DSP的数据,控制两个伺服电机,驱动小车沿规划的路径行驶并能绕过路障.上位机为用户提供一个可视化界面,通过这一界面可以指定目的地、进行轨迹规划、分析跟踪误差等.系统整体结构如图1所示.收稿日期:2004-07-05作者简介:张奇(1973-)
5、,男,安徽舒城人,助教.第2期张奇,等:基于DSP的AGV运动控制系统设计33为了简化小车行驶环境,我们使小车在以黑线为边界线、白线为中心线的结构化道路上自主行驶.使视觉传感器CCD始终捕获中心线,小车通过保持车身与边界线平行,并且有一定间距而使自己位于路径[2]中央.本文所设计的AGV共有3个车轮,前部左右两侧各有一个驱动轮,后轮为一个自由轮,设左右轮的线速度分别记为vl(m/s)和vr(m/s),小车的瞬心速度为vm(m/s),左右轮间距(车宽)为w(m),小车前进方向与水平方向的夹角为,则存在以下关系:dvl+vr=2vm,vl-vr=w.(1)dt将以上两
6、式合并可求得:wdwdvl=vm+,vr=vm-.(2)2dt2dt设采样时间为T,则vl和vr的最终表达式可简化为:wwvl=vm+,vr=vm-.(3)2T2T从本质上来说,对AGV的运动控制就是控制AGV的速度和航向角,而对于两驱动轮AGV,只需分[4]别改变左右驱动轮的速度,就可以实现AGV的各种运动方式:(1)vl>vr,右转;(2)vl7、绕驱动轮的轴心旋转,具有ZTR特性的小车可以完成急转弯等非常规动作.3基于DSP的AGV运动控制板的设计基于DSP的AGV运动控制系统的核心是DSP运动控制板.运动控制板主要由驱动电路、速度环、位置环、输入输出模块、通讯模块和故障保护模块等组成.CPU采用美国TI公司的高性能16位数字信号处理器TMS320F240,它是专门为电机控制设计的,特别适用于电机的高性能控制.本文在引进F240DSP芯片的基础上,扩展其功能,将其应用到AGV运动控制系统.系统由DSP运动控制板、两个直流永磁伺服电
