基于模块化的AGV车载控制系统研究与实现

随着德国“工业 4.0”和“中国制造 2025”时代的到来，智能制造成为当今制造业发展的主旋律。自动导引小车（AGV）作为一种先进的智能化物流设备，与智能制造理念相契合，迎来新的发展契机，它的应用范围在不断扩大，需求量也在大幅上升。

当前的 AGV 车载控制系统更多的是面向某一特定应用领域或某种类型的AGV,它的通用性和可扩展性差，当客户需求发生变化时，往往需要进行重新设计，这样会消耗大量的开发时间和开发成本。为了适应动态的、多样的、日益增长的市场需求，需要在短时间内迅速开发出 AGV 产品，其关键在于快速研发出满足不同客户需求的 AGV 车载控制系统。模块化设计是一种以标准化为原则，划分模块并设计通用模块，通过模块组合获得不同产品从而缩短开发周期的设计方法。因此，AGV 车载控制系统的模块化是实现 AGV 车载控制系统快速开发、降低生产成本最为有效的办法。本文针对 AGV 车载控制系统的特点，对 AGV 车载控制系统模块划分准则、模块划分方法、模块接口形式等进行了研究，设计一种模块化的 AGV 车载控制系统，以满足不同客户需求，具有功能扩展方便、通用性强的特点，按需选取不同的模块进行组合，实现产品快速开发，其主要研究内容包括：

（1）从模块化技术出发，对 AGV 车载控制系统模块化设计中的模块划分原则、方法进行了研究。通过分析 AGV 车载控制系统特征，确定模块划分准则并将其量化，包括功能准则、控制技术准则和需求特性准则，引入层次分析法分配各准则权重，建立模块划分矩阵，采用模糊聚类分析算法划分模块，利用模块耦合度评价模块划分结果，获得 AGV 车载控制系统模块划分的基本方法。

（2）依据 AGV 车载控制系统模块划分的基本方法，对模块划分的过程进行了研究。通过分析控制系统需求，确定 AGV 车载控制系统功能并建立功能结构图，按照功能-行为-控制技术-结构模型分解控制系统。根据模块划分准则建立元器件的关系矩阵，将其转化为模糊等价矩阵进行聚类分析，选取合适的截断阈值获得模块划分结果；参考 IDEF0 建模方法描述模块化控制系统内部各组成模块之间的关系，以满足客户需求为目标确定不同的模块组合方案；比较多种通信方式的性能及特征，确定模块通信接口，从而获得模块化系统总体组成结构。

（3）对模块化的 AGV 车载控制系统硬件进行设计，为模块化设计提供范例。根据功能需求，将 AGV 车载控制系统划分为顶层控制模块、导航定位模块、底层驱动模块、人机交互模块和电池管理模块，除顶层控制模块以外，其余模块均挂接在 CAN 总线上，各模块均采用 ARM 处理器，对各模块组成结构的硬件电路进行详细设计，设计时预留丰富的扩展接口，便于用户直接使用现成模块。

（4）搭建了磁导航、独立双轮驱动、嵌入式的 AGV 智能小车，对模块化设计的车载控制系统进行相关试验测试。试验表明系统搭建快速方便，系统运行稳定可靠。