ARJ21平尾工作梯AGV改造控制系統(tǒng)設計

蘇慶雙 孫欣璐 劉銘躍

摘? 要：針對中國商飛上海飛機制造有限公司ARJ21新支線飛機在制造過程中，工作梯需要人工推進調整的問題。為了降低人力，提高生產(chǎn)效率，對其進行了智能電氣化改造。分析了AGV的基本框架，從整體化入手對AGV進行設計，從結構、硬件和軟件方面對控制系統(tǒng)進行了詳細設計。

關鍵詞：工作梯;電氣改造;AGV

中圖分類號：TP242? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）11-0097-03

Abstract： Aiming at the problem of ARJ21 new regional aircraft of COMAC Shanghai Aircraft Manufacturing Co.， Ltd. In the manufacturing process， the work ladder needs to be manually adjusted. In order to reduce manpower and improve production efficiency， it has undergone intelligent electrification transformation. The basic framework of AGV is analyzed， the design of AGV is started from the integration，and the control system is designed in detail from the aspects of structure， hardware and software.

Keywords： work ladder; electrification transformation; AGV

引言

AGV（Automated Guided Vehicle）是一種自動導引小車[1]，隨著工業(yè)技術的不斷革新和發(fā)展，AGV的應用領域也越來越廣。目前，上海飛機制造有限公司ARJ21新支線飛機在制造過程中，工作梯需要人工進行位置的移動調整。為了降低人力，提高生產(chǎn)效率，公司提出對工作梯進行電氣化改造（將AGV功能引入該工裝）的需求。現(xiàn)對其本體及控制系統(tǒng)開展設計，以實現(xiàn)自動控制和移動的功能。

1 AGV本體方案

AGV本體結構：

如圖1所示，改造前的工作梯主要包括工作梯本體和萬向輪兩部分，將工作梯移動到指定工作位置時，只能通過人工推進。工作梯總重7.8噸，人工推進的方式費時、費力、效率低，因此對其進行智能電氣化改造十分有必要。

改造后的總體布局如圖2所示。工作梯采用四舵輪驅動，舵輪安裝在四個頂點處，編號如圖所示。舵輪驅動器、控制器、鋰電池、支撐調平系統(tǒng)控制器及供電控制電路集中布置在電氣控制柜內(nèi)，控制柜固定于工作梯的底層。在每個舵輪附近裝有高度可調的輔助輪，在舵輪出現(xiàn)故障時，工作梯仍能通過輔助輪正常移動。

為了保證工作梯運動時安全可靠，在工作梯的結合面安裝安全觸邊和激光避障傳感器。安全觸邊通過定制鋁質基座安裝到工作梯的上層、中層，激光避障傳感器通過螺釘固定于工作梯上層、中層，以保證工作面積能夠覆蓋工作梯的工作面。

2 AGV控制系統(tǒng)

2.1 AGV框架

AGV主要用于確保不同工況下的工作梯能夠安全迅速到達正確的工位，控制系統(tǒng)[2]包括運動控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、安全防護系統(tǒng)、支撐調平系統(tǒng)共四個子系統(tǒng)。其中運動控制系統(tǒng)用于向伺服電機發(fā)送脈沖信號，控制電機的各種運行狀態(tài)，實現(xiàn)工作梯全向移動[3];供電系統(tǒng)用于為電機、控制器、傳感器和其它電元器件提供穩(wěn)定的電源;安全防護系統(tǒng)主要用于保護AGV小車、周圍設備和現(xiàn)場工作人員，根據(jù)需要采用了軟硬件結合的方式，為工作梯的安全運行提供保障[4];支撐調平系統(tǒng)保證工人在工作梯上工作時，工作梯穩(wěn)定可靠。

2.2 控制系統(tǒng)組成

控制系統(tǒng)硬件組成框圖如圖3所示。整個控制系統(tǒng)以DC48V鋰電池為總電源，舵輪驅動器為DC48V供電，由鋰電池直接供電;運動控制器、舵輪抱閘、觸摸屏、各傳感器及支撐調平系統(tǒng)為DC24V供電，由DC48V轉DC24V電源模塊供電。

工作梯全向移動時，通過觸摸屏或無線遙控器下發(fā)控制指令到運動控制器，運動控制器收到控制指令后，結合舵輪驅動器反饋的舵輪當前狀態(tài)，運行運動控制算法，解算出各舵輪的轉向角度及驅動速度，并將指令下發(fā)到舵輪驅動器，驅動舵輪完成相應運動。

控制電動支撐腿支撐或撤收時，通過觸摸屏或無線遙控器下發(fā)相應控制指令到運動控制器，運動控制器收到控制指令后，首先判斷工作梯當前狀態(tài)是否滿足支撐或撤收條件，在滿足條件的前提下，運動控制器向支撐調平系統(tǒng)控制器下發(fā)指令，完成支撐腿支撐或撤收動作。

（1）人機交互

人機交互主要是通過觸摸屏實現(xiàn)的，觸摸屏安裝在電氣控制柜面板上，與控制器采用TCP/IP通信。觸摸屏上設置控制按鍵，操控工作梯前后左右全向移動。觸摸屏上可顯示車速反饋、電池電量、故障信息等工作梯的運行信息。

為方便工人現(xiàn)場操控工作梯，工作梯配備無線遙控器遠程操控工作梯。無線遙控器采用充電電池供電，通過無線接收器與運動控制器進行通信，采用Modbus Rtu通信協(xié)議。

（2）運動控制器

運動控制器用于運行控制算法，控制各舵輪的速度和轉向角度，同時還需要采集傳感器信息，運行邏輯控制算法，控制中間繼電器和直流接觸器開關，保證整個工作梯安全高效運行。因此，運動控制器要求擁有強大的通信能力和IO控制能力。