基于RFID的无人搬运智能导航小车的在线调度控制系统

技术领域

本发明涉及无人搬运智能导航小车（即AGV小车）技术领域，具体地说是涉及一种基于RFID的无人搬运智能导航小车的在线调度控制系统。

背景技术

传统的无人搬运智能导航小车（AGV小车）都是轻载式，通过提前编好行驶路线与行驶轨迹，使之能够按照既定的路线行驶，从而实现无人导航自动行驶。这种AGV尽管能够实现无人导航，但是一旦编好行驶路线轨迹，则无法在线控制与改变小车的运行路径，为小车的在线式调度与管理带来了不便，也不利于生产车间现场的调度控制。因此，迫切的需要对现有的AGV小车进行改进并能够对AGV小车实现在线调度控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于RFID的无人搬运智能导航小车的在线调度控制系统，该系统操作方便，不仅能够对AGV小车实现无人导航及自动行驶，同时依靠RFID信号能够实时在线调度控制多个AGV小车，极大的提高了AGV小车管理调度系统调度管理的灵活性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为，一种基于RFID的无人搬运智能导航小车的在线调度控制系统，包括若干台AGV小车、多个生产工位调度终端和一个远程控制中心，所有AGV小车通过无线网络与远程控制中心通信连接，所有生产工位调度终端通过以太网网络与远程控制中心通信连接，所有AGV小车与每一个生产工位调度终端通过铺设在工作车间的导航磁条相连接；所述AGV小车包括载重车体以及设置在载重车体上的供电电源、动力驱动机构、伺服转向机构、磁导航模块、RFID模块、无线通信模块和PLC控制模块，所述供电电源为AGV小车进行供电，所述动力驱动机构、伺服转向机构、磁导航模块、RFID模块和无线通信模块均与PLC控制模块电连接，所述生产工位调度终端上设有工位终端交互软件系统，所述远程控制中心上设有远程控制中心交互软件系统。

作为本发明的一种改进， 所述导航磁条上等距离铺设有若干个RFID电子标签，所有RFID电子标签与RFID模块射频通信连接，所述RFID电子标签上存储有表征AGV小车所处当前位置的地址坐标编码。

作为本发明的一种改进，所述AGV小车还包括设置在载重车体底盘上的聚氨酯车轮，所述动力驱动机构和伺服转向机构均与聚氨酯车轮相连接，所述动力驱动机构上设有动力电机和行驶控制模块，所述动力电机和行驶控制模块电连接，所述伺服转向机构上设有伺服电机和转向控制模块，所述伺服电机和转向控制模块电连接，所述行驶控制模块和转向控制模块均与PLC控制模块相连接。

作为本发明的一种改进，所述磁导航模块采用磁导航传感器，所述磁导航传感器包括多个微型磁场检测传感器、与微型磁场检测传感器相对应的LED指示灯和控制芯片，所述微型磁场检测传感器和LED指示灯均与控制芯片电连接。

作为本发明的一种改进， 所述AGV小车还包括设置在载重车体上的称重传感器，所述称重传感器与PLC控制模块电连接。

作为本发明的一种改进， 所述远程控制中心交互软件系统中设有指示所有AGV小车行驶路径的实时路线图，所述实时路线图上标注有与RFID电子标签一一对应的路标点，所述路标点能够根据AGV小车的行驶路径实时显示红色或绿色。

作为本发明的一种改进， 所有AGV小车的载重车体上设有随车的第一启动/停止按钮，所述生产工位调度终端上设有控制所有AGV小车的第二启动/停止按钮，所述远程控制中心交互软件系统上设有控制所有AGV小车的第三启动/停止按钮，所述第一启动/停止按钮、第二启动/停止按钮和第三启动/停止按钮之间采用联动控制，其中，任意一个启动/停止按钮均可控制AGV小车的启动与停止，并且通过控制AGV小车的启动与停止与否来判断AGV小车的忙/空闲状态。

作为本发明的一种改进， 所述磁导航模块的数量为2个，分别设置在载重车体的前端面底部中间位置和后端面底部中间位置，所述RFID模块的数量为2个，其中一个设置在前端面磁导航模块的后部，另一个设置在后端面磁导航模块的前部；所有磁导航模块与导航磁条之间的铅锤距离保持在30-50mm，所有RFID模块与RFID电子标签之间的铅锤距离保持在30-50mm。

作为本发明的一种改进， 所述磁导航模块上设有至少3个LED指示灯，LED指示灯用于指示AGV小车在自动行驶过程中其行驶路线是否发生偏移，每个LED指示灯均对应一个位置开关信号，磁导航模块将位置开关信号传输给PLC控制模块进行处理，并发出指令给行驶控制模块和转向控制模块使聚氨酯车轮差速转向，从而对AGV小车实现纠偏。

作为本发明的一种改进， 每一个生产工位调度终端都能够发送用于呼叫AGV小车的调度指令，通过以太网络将调度指令传输至远程控制中心，远程控制中心根据调度指令发出控制指令给当前处于空闲状态的AGV小车，AGV小车接收到来自远程控制中心的控制指令后，自动驶向发出调度指令的生产工位调度终端等待装货，待满载后AGV小车自动驶向最终卸载目的地等待卸货，待空载后AGV小车原地等待远程控制中心的下一个控制指令；AGV小车在自动运行过程中，PLC控制模块通过无线网络实时将至少包括车速、载重及位置的AGV小车车辆信息传输给远程控制中心，以实现远程控制中心对AGV小车的在线调度与管理功能。

相对于现有技术，本发明的优点如下，1）整个系统的结构设计巧妙，维护方便且成本低，通过远程控制中心和生产工位调度终端与AGV小车的相互配合，形成了按需呼叫AGV小车的智能调度管理系统，能够有效实现对生产车间内所有AGV小车的在线调度与管控功能，极大地提高了生产效率与效益；2）AGV小车上设置的RFID模块与设置在导航磁条上的RFID电子标签之间的相互配合使用，通过利用RFID无线射频技术实现了AGV小车当前地理位置的实时获取，并通过远程控制中心的实时路线图以图形化界面对AGV小车的行驶路径进行实时动态显示，相较于传统的AGV小车仅能够运输货物，本系统实现了AGV小车的在线图形化实时导航与控制；3）每一个生产工位调度终端都能够根据生产需要向远程控制中心发出呼叫AGV小车的调度指令，由远程控制中心根据调度指令查询当前处于空闲状态的AGV小车，并向AGV小车发出控制指令，AGV小车接收到控制指令后将控制指令解码生成目标生产工位调度终端和最终卸载目的地；4）AGV小车上采用PLC作为下位机，可有效控制AGV小车实现无人导航自动行驶的功能，并通过PLC控制模块的控制作用自动驶向目标生产工位调度终端，进行装货，通过称重传感器实时检测AGV小车的载荷重量，待满载后，AGV小车继续自动驶向最终卸载目的地，待到达最终卸载目的地并卸载后，AGV小车重新处于原地等待状态，等待远程控制中心的下一个控制指令。

附图说明

图1为本发明的在线调度控制系统结构示意图。

图2为本发明的导航磁条与RFID电子标签的结构示意图。

图3为本发明的AGV小车的工作原理图。

图4为本发明的AGV小车的工作流程图。

图5为本发明的生产工位调度终端按需呼叫AGV小车的工作流程图。

图6为本发明的远程控制中心的工作流程图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图对本发明作进一步描述和介绍。

如图1所示，本发明所公开的一种基于RFID的无人搬运智能导航小车的在线调度控制系统，具体包括若干台AGV小车、多个生产工位调度终端和一个远程控制中心，其中AGV小车和生产工位调度终端的数量根据实际生产需要进行设定，所有AGV小车通过无线网络与远程控制中心通信连接，优选采用频率为177MHz的无线信号，该频率的无线信号具有传输距离远、抗干扰能力强等特点。所有生产工位调度终端通过以太网网络与远程控制中心通信连接，由于以太网络具有通信距离远且稳定可靠性高，并且现有生产车间多采用以太网络作为控制及通信网络，因此直接借助于生产车间内现有的以太网络即可实现远程通信与控制，可有效降低生产成本。所有AGV小车与每一个生产工位调度终端通过铺设在工作车间的导航磁条相连接。导航磁条通过双面胶直接贴附在工作车间的地面上，通过布置导航磁条可规定整个生产车间内所有AGV小车的行进路线，并可有效确定生产车间内所有生产工位调度终端的位置，使用时所有AGV小车通过导航磁条形成的路线在导航磁条上进行货物运输操作。所述AGV小车包括载重车体以及设置在载重车体上的供电电源、动力驱动机构、伺服转向机构、磁导航模块、RFID模块、无线通信模块和PLC控制模块，所述供电电源为AGV小车进行供电，供电电源采用蓄电池供电，蓄电池输出48V直流电压，经过开关电源转换后输出各模块所需要的24V直流电压。所述动力驱动机构、伺服转向机构、磁导航模块、RFID模块和无线通信模块均与PLC控制模块电连接，PLC控制模块作为下位机，是AGV小车的控制核心，一方面实现AGV小车的无人导航自动行驶，另一方面实现AGV小车服从远程控制中心的实时调度控制。所述生产工位调度终端采用工位计算机，在工位计算机上设有工位终端交互软件系统，生产工位调度终端通过工位终端交互软件系统分别与AGV小车和远程控制中心进行信息交互，其主要功能包括呼叫AGV小车、装载控制、卸载控制、满载启动及卸载停止等。所述远程控制中心采用联网的计算机，在该计算机上设有远程控制中心交互软件系统，远程控制中心通过远程控制中心交互软件系统分别与AGV小车的PLC控制模块和生产工位调度终端的工位终端交互软件系统进行信息交互。在远程控制中心交互软件系统中为每一个生产工位调度终端生成一个编号，标识生产工位调度终端的唯一性。远程控制中心的主要功能包括实时监测所有AGV小车的动态（包括忙/空闲状态、行驶路线、车速、载重、地址坐标位置信息等）、调度处于空闲状态的AGV小车行驶至生产工位调度终端、接收并处理生产工位调度终端发送的调度指令等等。

所述AGV小车还包括设置在载重车体底盘上的聚氨酯车轮，所述动力驱动机构和伺服转向机构均与聚氨酯车轮相连接，从而控制AGV小车的车速和行驶方向。所述动力驱动机构上设有动力电机和行驶控制模块，所述动力电机和行驶控制模块电连接，行驶控制模块为动力电机提供驱动信号，并且为了使得动力电机能够运行平稳可靠，可在行驶控制模块上设置变频器，从而对动力电机实现变频控制。所述伺服转向机构上设有伺服电机和转向控制模块，所述伺服电机和转向控制模块电连接，转向控制模块为伺服电机提供驱动信号，控制AGV小车的转向。另外，所述行驶控制模块和转向控制模块均与PLC控制模块相连接，将AGV小车的行驶速度和转向信号发送给PLC控制模块进行集中控制。

另外，为了提高现有AGV小车的载重量，针对AGV小车的载重车体结构，通过设计承重横梁、加强筋以及采用高强度聚氨酯轮胎等措施来实现AGV小车的重载功能，从而使得AGV小车的载重车体结构具有大型重载的特点，实现AGV小车的载重量可达50吨。

此外，所述AGV小车还包括设置在载重车体上的称重传感器，所述称重传感器与PLC控制模块电连接。称重传感器能够实时检测AGV小车上的载荷重量，当车上的载荷重量达到上限值，即视为满载，并发出满载信号给PLC控制模块，而当卸载时，车上的载荷重量为零时，即视为卸载完毕，并发出空载信号给PLC控制模块。从而通过称重传感器来实现AGV小车的装载控制、卸载控制、满载启动及卸载停止的功能。

进一步的，所有AGV小车的载重车体上设有随车的第一启动/停止按钮，所述生产工位调度终端上设有控制所有AGV小车的第二启动/停止按钮，所述远程控制中心交互软件系统上设有控制所有AGV小车的第三启动/停止按钮，所述第一启动/停止按钮、第二启动/停止按钮和第三启动/停止按钮彼此相对应，并且第一启动/停止按钮、第二启动/停止按钮和第三启动/停止按钮之间采用联动控制。其中，与第一启动/停止按钮相对应的第二启动/停止按钮和第三启动/停止按钮，这三个按钮中的任意一个启动/停止按钮均可控制AGV小车的启动与停止。并且通过控制AGV小车的启动与停止与否来判断AGV小车的忙/空闲状态，即AGV小车启动时，则PLC控制模块反馈给远程控制中心一个忙的信号，表示AGV小车处于忙状态；而若AGV小车不被启动，则一定处于停止状态，则此时PLC控制模块就反馈给远程控制中心一个闲的信号，表示AGV小车处于空闲状态。在当生产车间内有多个AGV小车同时处于空闲状态时，远程控制中心会根据呼叫AGV小车的生产工位调度终端的编号，自动选取距离该生产工位调度终端最近的、且处于最外部的、处于空闲状态的一个AGV小车，调度该AGV小车自动行驶到该生产工位调度终端。

如图2所示，在所述导航磁条上等距离铺设有若干个RFID电子标签，所有RFID电子标签与RFID模块射频通信连接，所述RFID电子标签上存储有表征AGV小车所处当前位置的地址坐标编码。所述RFID模块为RFID读写模块，能够从每个RFID电子标签读取相应的地址坐标编码并传送给PLC控制模块，从而能够实时检测AGV小车的行驶路线，对AGV小车的位置进行精准定位。

所述磁导航模块采用磁导航传感器，所述磁导航传感器包括多个微型磁场检测传感器、与微型磁场检测传感器相对应的LED指示灯和控制芯片，所述微型磁场检测传感器和LED指示灯均与控制芯片电连接。控制芯片对微型磁场检测传感器所检测到的磁场信号进行处理，同时根据磁场信号来控制LED指示灯的亮灭。每个微型磁场检测传感器为检测导航磁条上磁场信号的一个采样点，每一个采样点都有一路信号对应输出至控制芯片中，控制芯片根据每一路信号来对LED指示灯的亮灭进行控制。

具体的，所述磁导航模块的数量为2个，分别设置在载重车体的前端面底部中间位置和后端面底部中间位置，所述RFID模块的数量为2个，其中一个设置在前端面磁导航模块的后部，另一个设置在后端面磁导航模块的前部。对AGV小车中的磁导航模块和RFID模块进行成对设置，并分别放置在AGV小车的前后端部，这样可有效确保磁导航行进的精确程度，同时也能够对AGV小车的当前位置进行精确定位，有效提高对AGV小车的行驶路径实时检测精准性。另外，为了确保磁导航模块和RFID模块的检测精准性，将所有磁导航模块与导航磁条之间的铅锤距离保持在30-50mm，并且所有RFID模块与RFID电子标签之间的铅锤距离保持在30-50mm。

所述磁导航模块上设有至少3个LED指示灯，LED指示灯用于指示AGV小车在自动行驶过程中其行驶路线是否发生偏移，每个LED指示灯均对应一个位置开关信号，磁导航模块将位置开关信号传输给PLC控制模块进行处理，并发出指令给行驶控制模块和转向控制模块使聚氨酯车轮差速转向，从而对AGV小车实现纠偏。当AGV小车运行时，磁导航传感器内部垂直于导航磁条上方的连续多个采样点输出信号，并依靠LED指示灯的亮灭来直观判断AGV小车相对于导航磁条的偏离位置。当AGV小车的行驶路径与导航磁条的导引轨迹一致时，由于磁导航传感器正好处于导航磁条的上方，传感器正中间的微型磁场检测传感器测得的磁场信号最大，控制芯片的I/O口采集到这几路信号，并经处理发现当前AGV小车处于行驶路径中间，并点亮处于中间位置的几个LED指示灯进行位置指示作用，同时发送位置开关信号给PLC控制模块对该信号进行处理，AGV小车保持原行驶轨迹继续前行。而当AGV小车偏离导航磁条的轨迹时，由于磁导航传感器检测到最大磁感应强度信号不再处于磁导航传感器的中间，控制芯片I/O口采集到这几路信号并经处理发现当前AGV小车的位置与轨迹位置有所偏差而点亮相应位置的LED指示灯，同时传送位置开关信号给PLC控制模块对该信号进行处理，PLC控制模块发送相应控制指令给行驶控制模块和转向控制模块分别控制动力电机和伺服电机进行差速纠偏控制，从而确保AGV小车沿导航磁条的轨迹前进。

更进一步的，在磁导航传感器上设置12个LED指示灯，分别标号1-12号LED指示灯，并且1-12号LED指示灯从左至右按顺序依次排列在磁导航传感器上。当磁导航传感器在导航磁条的正上方中间位置时，位于中间的5-7号LED指示灯被点亮，表示当前AGV小车未发生偏移。而在AGV小车自动行驶过程中，若AGV小车发生了偏移，则可通过1-4号LED指示灯是否点亮或8-12号LED指示灯是否点亮来判断AGV小车是偏左还是偏右。在当AGV小车发生偏移时，由PLC控制模块发出相应的控制指令给行驶控制模块和转向控制模块对AGV小车进行纠偏，并在当5-7号LED指示灯重新点亮时，表明车体已完成自动纠偏，此时停止负责转向的伺服电机转动，而保持AGV小车的行驶轨迹继续前行。

此外，在所述远程控制中心交互软件系统中设有指示所有AGV小车行驶路径的实时路线图，实时路线图是根据每一台AGV小车所走的路线进行提前规划好的，然后通过绘图的方式设置在远程控制中心交互软件中。并且在所述实时路线图上标注有与RFID电子标签一一对应的路标点，所述路标点能够根据AGV小车的行驶路径实时显示红色或绿色。当AGV小车沿着导航磁条行驶时，由RFID模块读取RFID电子标签内部的地址坐标编码，并由PLC控制模块发送给远程控制中心交互软件系统，然后远程控制中心交互软件系统将地址坐标编码编译出来，并将实时路线图上的相应路标点由原来的绿色修改显示成红色，从而利用一连串的红色的路标点表示AGV小车走过的路线，从而以图形化界面显示生产车间的所有AGV小车的当前实时位置信息。

如图3-4所示，通过第一启动/停止按钮、第二启动/停止按钮和第三启动/停止按钮当中的任一按钮来启动某一台AGV小车，AGV小车的PLC控制模块先进行自检初始化并等待远程控制中心的控制指令。在通过无线通信模块接收到控制指令后，PLC控制模块对控制指令进行编译并生成需要驶向的目标生产工位调度终端以及满载后需要到达的最终卸载目的地，然后发送控制信号给行驶控制模块驱动动力电机进行正常行驶。同时PLC控制模块获取车速、载重及地址坐标位置信息，并启动无线通信模块中的无线通信子程序通过无线串口发送车速、载重及位置等信息给远程控制中心。另外，还分别通过磁导航模块和RFID模块实时监测AGV小车的行驶轨迹偏移情况和当前实时位置信息，磁导航模块实时反馈位置开关信号给PLC控制模块，PLC控制模块通过位置开关信号来判断AGV小车是否偏离导航磁条行驶，在当PLC控制模块检测到AGV小车偏离导航磁条时，通过发送控制信号给行驶控制模块和转向控制模块分别控制动力电机和伺服电机进行差速纠偏控制，从而通过伺服电机来使聚氨酯车轮进行转向，同时实时检测AGV小车行驶方向是否已纠偏，若未纠偏则一直进行转向控制直至行驶方向纠偏完成为止，在AGV小车的行驶方向已纠偏后PLC控制模块停止对转向控制模块的控制，从而沿着导航磁条的轨迹继续正常行驶。在AGV小车行驶至目标生产工位调度终端后停车并等待配载，在装载的过程中通过载重车体上的称重传感器进行实时称量载荷重量，并在车上的载荷重量已达到上限值时，即视为满载，并发出满载信号给PLC控制模块，从而驱动AGV小车朝向最终卸载目的地行驶，在行驶过程中，一方面对AGV小车的行驶方向进行纠偏并实时检测AGV小车的当前位置信息，另一方面通过无线通信模块将车速、载重及地址坐标位置信息发送给远程控制中心。在当AGV小车到达最终卸载目的地时停车并等待卸载，并在卸载过程中，当车上的载荷重量为零时，即视为卸载完毕，并发出空载信号给PLC控制模块，PLC控制模块控制AGV小车原地等待远程控制中心的控制指令。

如图5所示，生产工位调度终端启动后，工位终端交互软件系统完成自检初始化，然后等待用户输入呼叫参数（包括所需AGV小车的数量以及时间），在呼叫参数输入完毕后，系统编译呼叫参数并生成调度指令，通过以太网络将调度指令发送给远程控制中心，由远程控制中心根据生产工位调度终端的编号来为该终端分配AGV小车。在该系统中设置有以太网通信子程序，系统在与远程控制中心远程通信连接时，先要进行通信程序初始化，在寻找到远程控制中心的IP后，与远程控制中心进行通信协议握手，最后通过网络将调度指令传送给远程控制中心。当有AGV小车到达该终端时，AGV小车处于停车等待装载状态，用户为AGV小车进行货物装载并在AGV小车已满载时，完成该次的生产工位调度终端的呼叫调度。然后重新回到等待输入呼叫参数的状态，以为下一次的呼叫调度做准备。

如图6所示，远程控制中心启动后，远程控制中心交互软件系统完成自检初始化，然后一方面等待AGV小车传输过来的车辆信息（包括车速、载重及位置等），另一方面也等待生产工位调度终端传输过来的调度指令。当有AGV小车的车辆信息传输过来时，该系统对接收到的车辆信息进行解析并提取车速、载重及位置三个重要信息，同时驱动图形化引擎以图形化界面显示AGV小车的相关信息，最重要的是启动实时路线图以采用图形化的界面来显示AGV小车的实时行驶路线。此外，该系统还会对AGV小车的车辆信息进行实时刷新，以将AGV小车的实时位置动态显示在实时路线图上，从而能使用户直观地观察每个AGV小车的行驶状态。而当有生产工位调度终端传输过来调度指令时，该系统接收并解析该调度指令从而根据调度指令中所包含的信息以及相应生产工位调度终端的编号来查询生产车间内所有当前处于空闲状态的AGV小车，并生成调度控制指令通过无线通信子程序发送给距离该生产工位调度终端最近的、且处于最外部的、处于空闲状态的AGV小车。该系统在与AGV小车进行无线通信数据传输时，先要对通信程序进行初始化，然后编译调度控制指令生成通信信号，在系统与AGV小车的无线通信协议已完成握手后，系统通过无线串口将包含有调度控制指令的通信信号发送给AGV小车，在当AGV小车的PLC控制模块成功接收到通信信号后，系统结束对AGV小车的调度控制。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。单词第一、第二以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。