汽車企業(yè)中多AGV通訊組網(wǎng)技術(shù)研究

1、    汽車企業(yè)中多agv通訊組網(wǎng)技術(shù)研究    王亮摘  要：agv技術(shù)以其智能、高效、快捷等優(yōu)勢在工業(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)的拓撲結(jié)構(gòu)類型，然后采用zigbee技術(shù)設(shè)計多agv通訊系統(tǒng)，使得一臺工控機即可對多個agv進行控制，提高了系統(tǒng)的靈活性。關(guān)鍵詞：多agv;無線通訊;zigbee;拓撲網(wǎng)絡(luò)：tp23         文獻標(biāo)志碼：a  &#

2、160;      ：2095-2945（2019）05-0137-021 概述隨著制造業(yè)成本的提高和利潤率的下降，進行技術(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，需要進行大量的物料轉(zhuǎn)運，若采用人工搬運，不僅費時費力，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)備進行物料搬運是國內(nèi)外汽車制造企業(yè)的共識。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，隨著計算機視覺技術(shù)的發(fā)展，基于機器視覺技術(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行路徑規(guī)劃與控制

3、，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agv進行實時路徑規(guī)劃與調(diào)度時，其靈活性較差。因此，新型的無線通訊方式，如藍牙、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)對汽車制造業(yè)中多agv通訊組網(wǎng)系統(tǒng)進行研究。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，具有多個通信頻段，一般單個zigbee網(wǎng)絡(luò)可以控制數(shù)十個乃至上百臺設(shè)備，其網(wǎng)絡(luò)包含協(xié)調(diào)器、路由器、終端節(jié)點等三種設(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。星型拓撲網(wǎng)

4、絡(luò)組網(wǎng)簡單，便于維護和管理，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)狀拓撲型無線網(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行信息通信，因此，當(dāng)協(xié)調(diào)器出現(xiàn)故障時并不影響整個網(wǎng)絡(luò)的功能。采用zigbee無線通訊技術(shù)來對多agv進行實時調(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、個性化生產(chǎn)制造的發(fā)展趨勢。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個終端節(jié)點或者是14個終端節(jié)

5、點加6個路由器的網(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?；赾c2530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)計將企業(yè)中的多個agv進行通訊組網(wǎng)，若企業(yè)中需要進行組網(wǎng)的agv數(shù)目為n，則無線通信網(wǎng)絡(luò)包含了一個協(xié)調(diào)器和n個終端節(jié)點，如有需要，還可對終端節(jié)點進

6、行擴展，使其組建成更大規(guī)模的無線通信網(wǎng)絡(luò)。在整個zigbee網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點通過short addr進行相互識別和數(shù)據(jù)通信。網(wǎng)絡(luò)地址分配算法如下：其中：cskip為父節(jié)點的路由器節(jié)點之間的地址間隔;lm為網(wǎng)絡(luò)最大深度;cm為每個父節(jié)點所能擁有的最大子節(jié)點數(shù);rm為父節(jié)點所擁有的子節(jié)點中，路由器節(jié)點的個數(shù);d為當(dāng)前所計算的網(wǎng)絡(luò)深度。根據(jù)上式計算出父節(jié)點的路由器節(jié)點之間的地址間隔cskip后，可據(jù)此計算出子節(jié)點網(wǎng)絡(luò)短地址，其計算方法如下：其中：n為子節(jié)點的序號;aparant為子節(jié)點父設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)短地址;a（n）為所求子節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)短地址。網(wǎng)絡(luò)地址分配時優(yōu)先分配路由器，也就是說父節(jié)點設(shè)備優(yōu)先分

7、配路由子節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)短地址，然后再分配終端子節(jié)點的網(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，就是說哪個節(jié)點先入網(wǎng)，就優(yōu)先給哪個節(jié)點分配地址。當(dāng)路由器入網(wǎng)以后，就可以控制其下的子節(jié)點入網(wǎng)，同時也負責(zé)給通過其入網(wǎng)的子節(jié)點分配網(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)點入網(wǎng)之后，會給子節(jié)點發(fā)送為其分配的網(wǎng)絡(luò)短地址，節(jié)點就可以使用網(wǎng)絡(luò)短地址進行數(shù)據(jù)通信。zigbee網(wǎng)絡(luò)通信采用csma-ca防碰撞競爭接入機制，所有節(jié)點在通信前自動進行空閑信道評估，只有信道空閑時才會進行通信，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)

8、據(jù)包帶有冗余校驗，具有出錯重傳機制，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的自動規(guī)劃與智能調(diào)度效率大大提高。參考文獻：1趙福全，劉宗巍，史天澤.中國制造2025與工業(yè)4.0對比解析及中國汽車產(chǎn)業(yè)應(yīng)對策略j.科技進步與對策，2017，34（14）：85-91.2李鳳娥，牛王強.基于磁釘技術(shù)的集裝箱碼頭agv定位精度分析j.上海海事大學(xué)學(xué)報，2016，37（1）：38-41.3何珍，樓佩煌，錢曉明，等.多目視覺與激光組合導(dǎo)航agv精確定位技術(shù)研究j.儀器儀表學(xué)報，2017（11）.4樊銳，李茹，王績一.藍牙/zigbee無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)j.計算機技術(shù)與發(fā)展，2013（1）：209-213.