CN105005206B - 一种agv运动控制半实物仿真系统 - Google Patents

Abstract

一种AGV运动控制半实物仿真系统，包括AGV运动仿真模块、通讯模块、AGV人机界面模块、AGV控制器模块和系统监控计算机模块，其中，AGV运动仿真模块和通讯模块设置于嵌入式控制器内，AGV人机界面模块和系统监控计算机模块设置于计算机内，AGV运动仿真模块通过通讯模块与AGV控制器模块相连并进行通讯，系统监控计算机模块通过网口与嵌入式控制器相连并进行通讯，同时通过计算机软件监控嵌入式控制器的内部数据，AGV人机界面模块通过网口与嵌入式控制器相连并进行通讯。本发明能够设定AGV车辆和堆场的基本参数、环境参数和传感器状态，接收控制器命令，实时计算车辆的运动状态，将传感器数据返回给控制器，并动态显示车辆在堆场中的运动状况，从而方便控制器的调试和性能测试。

Description

一种AGV运动控制半实物仿真系统

技术领域

本发明涉及一种运动控制仿真系统，具体涉及一种基于嵌入式控制器的AGV（自动导引车系统）运动控制半实物仿真系统，属于机器人技术领域。

背景技术

自动导引车系统（缩写为AGV）最早出现在20世纪50年代，70年代开始在欧洲、美国、日本等发达国家迅速普及并应用。目前，AGV（自动导引车系统）已经在烟草、汽车装配、印钞造币、新闻出版以及石油岩芯等领域广泛应用，现在AGV也逐渐应用在货物运输上，可以实现大型集装箱和重载荷货物的自动运输。

AGV的运动控制系统由AGV定位导航（缩写为NCS）和运动控制系统（缩写为MCS）组成。通常，NCS和MCS之间通过CANBus、以太网作为物理连接层，以CANOpen或EtherCAT作为上层通讯协议。港口码头的NCS系统包括下列硬件：港口堆场内埋设的Transponder、AGV上安装前后两Transponder感应天线、AGV上安装一个陀螺仪测量车辆角速度、AGV上安装一个无线电台和中控通讯、AGV上安装一个导航控制器。AGV的定位过程主要是两个过程：根据车轮编码器返回的车轮转速、轮边编码器返回的车轮转角以及陀螺仪返回的车辆角速度计算目前AGV的位置和姿态，此误差随时间累计；在前后天线同时经过地面上Transponder时，对位置进行矫正，累计误差清零。目前AGV运动控制器的调试和性能的测试需要在真实AGV车辆，即安装了AGV的车辆和埋设有Transponder的堆场上进行，这样会带来下列问题：

1.若AGV运动控制器存在较大问题，在真实车辆上进行调试，一旦AGV车辆（安装了AGV的车辆）失控或器件烧坏会带来较大的经济损失，对调试人员的安全威胁也很大；

2.不便于测试AGV运动控制器对风阻，降雨，胎压等外部环境工况的响应情况；

3.不便于测试AGV运动控制器在传感器和transponder出现故障时的响应情况；

4.对于不同的堆场地图测试，需要在不同的堆场上进行测试，可行性较差。

经对现有技术的文献检索发现，中国实用新型专利（申请号201220710160）提出了一种电力机车半实物仿真系统，包括：牵引控制单元、用于模拟电力机车传动系统主电路的半实物仿真器以及用于转换所述牵引控制单元和所述半实物仿真器之间传输信号的信号转换单元；所述牵引控制单元与所述信号转换单元连接，所述信号转换单元与所述半实物仿真器连接。该实用新型提供的电力机车半实物仿真系统能够解决现有技术中针对传动系统性能采用的测试方法成本高、不具有实时性的问题，实现对传动系统性能的实时测试，降低成本。但该实用新型仅限于对电力机车传动系统性能的测试，并不能对整车运动进行测试。

因此针对AGV运动控制器在真实车辆和堆场中进行测试所带来的很多问题，研究一种模拟AGV运动的半实物仿真系统对AGV运动控制器的调试和性能的测试具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中AGV控制器的调试和性能测试在真实AGV车辆和埋设有Transponder的堆场上进行所带来的一系列问题，提供一种基于嵌入式控制器的AGV运动控制半实物仿真系统，其能够模拟真实AGV车辆（安装了AGV的车辆）的运动，能够设定外界环境参数，计算AGV车辆的运动状态，并将传感器数据返回给控制器，动态显示车辆在堆场中的运动情况，从而代替以真实AGV车辆对控制器性能进行现场测试的方式，达到节约能源、确保安全、避免意外经济损失和方便各种工况测试的效果。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种AGV运动控制半实物仿真系统，其特征在于，所述仿真系统包括：AGV运动仿真模块、通讯模块、AGV人机界面模块、AGV控制器模块和系统监控计算机模块，其中，AGV运动仿真模块和通讯模块设置于嵌入式控制器内，AGV人机界面模块和系统监控计算机模块设置于计算机内，AGV运动仿真模块通过通讯模块与AGV控制器模块相连并进行通讯，系统监控计算机模块通过网口与嵌入式控制器相连并进行通讯，同时通过计算机软件监控嵌入式控制器的内部数据，AGV人机界面模块通过网口与嵌入式控制器相连并进行通讯。

进一步地，所述的AGV运动仿真模块在接收到所述AGV控制器模块的命令之后，计算AGV车辆的运动情况并将计算结果反馈给该AGV控制器模块；所述AGV运动仿真模块包括如下子模块：垂向运动学动力学模块、道路负载模块、电机模块、差速器模块、转向器模块、车辆运动学模块和天线模块；其中：

所述的垂向运动学动力学模块分别与通讯模块、差速器模块、车辆运动学模块和AGV人机界面模块相连，用来模拟轮胎胎压变化时车辆的俯仰角、侧倾角和车轮滚动半径的变化，在分析垂向运动学动力学时，考虑车辆质心的改变所引起的分配到各轮胎上力的变化；该垂向运动学动力学模块通过通讯模块获得AGV控制器模块发送的车辆各个轮胎的胎压变化曲线，将车辆各个车轮的实际滚动半径发送给差速器模块和车辆运动学模块，将车辆俯仰角和侧倾角发送给AGV人机界面模块；

所述的道路负载模块分别与通讯模块和电机模块相连，用来模拟风阻和道路负载，该道路负载模块通过通讯模块获得AGV控制器模块发送的包括风速、风向和降雨在内的参数，转换为电机负载转矩输出发送给电机模块；

所述的电机模块分别与道路负载模块、通讯模块、差速器模块和车辆运动学模块相连，用来模拟真实电机，考虑前后电机之间的耦合作用，前后电机的解耦是通过动态分配电机负载转矩实现的；该电机模块通过通讯模块获得AGV控制器模块发送的电机指令转速，从道路负载模块获得电机负载转矩，转换为电机实际转速输出发送给通讯模块、差速器模块和车辆运动学模块；

所述的差速器模块分别与通讯模块、垂向运动学动力学模块、电机模块、转向器模块和车辆运动学模块相连，用来模拟真实差速器，考虑在前后电机速度不匹配，前后转向角不匹配造成的车轮边滑动边滚动的情况，并考虑车轮滚动半径不同可能造成的车轮侧滑的情况；该差速器模块从垂向运动学动力学模块获得车轮滚动半径，从电机模块获得电机转速，从转向器模块获得车轮转向角，转换为各车轮的实际转速输出发送给通讯模块和车辆运动学模块；

所述的转向器模块分别与通讯模块、差速器模块和车辆运动学模块相连，用来模拟真实转向器，包括液压系统与转向梯形机构，车辆前后两个转向梯形机构成对称分布；该转向器模块通过通讯模块获得AGV控制器模块发送的左侧车轮指令转角，通过所述液压系统得出左侧车轮实际转角，通过所述转向梯形机构得出右侧车轮实际转角，将各车轮转角发送给通讯模块、差速器模块和车辆运动学模块；

所述的车辆运动学模块分别与垂向运动学动力学模块、电机模块、差速器模块、转向器模块、天线模块和AGV人机界面模块相连，根据车轮滚动半径、电机转速、各车轮转速和各车轮转角计算包括AGV车辆直行、转向和跑偏在内的各种运动状态下，包括车身速度、角速度、车辆中心位置和车身角度在内的参数；该车辆运动学模块将车身角速度通过通讯模块反馈给AGV控制器模块，将车辆中心位置和车身角度发送给AGV人机界面模块，在地图上动态显示AGV车辆的运动，将AGV车辆的位置和角度发送给天线模块；

所述的天线模块分别与通讯模块和车辆运动学模块相连，用来模拟真实天线，该天线模块通过通讯模块获得AGV控制器模块发送的天线坐标定义数据，对天线进行初始化，从车辆运动学模块获得AGV车辆的位置和角度，将天线数据发送给通讯模块。

进一步地，所述的通讯模块用来模拟实际AGV车辆与AGV控制器之间的通讯；该通讯模块包括如下子模块：CANOPEN接口模块、陀螺仪通讯模块、天线通讯模块和车轮转速编码器通讯模块。

进一步地，所述的CANOPEN接口模块与所述AGV控制器模块相连并进行通讯；该CANOPEN接口模块接收到的数据包括：初始化开始标志位、初始化参数、前后电机速度指令、导航控制器紧停、AGV控制器故障复位、导航控制器状态、总线心跳反馈、AGV刹车指令、前后驱动桥左轮角度指令、擦除恢复磁钉参数和中间环境参数；通过该CANOPEN接口模块发送的数据包括：初始化完成标志、前后桥反馈速度、总线心跳发送、本地系统就绪、对自动模式和本地模式的模式选择、车轮转向角和磁钉擦除恢复完成标志参数。

进一步地，所述的陀螺仪通讯模块与所述AGV控制器模块相连并进行通讯；该陀螺仪通讯模块按照实际陀螺仪数据格式输出AGV车辆的角速度，模拟实际AGV车辆陀螺仪数据的输出。

进一步地，所述的天线通讯模块与所述AGV控制器模块相连并进行通讯；该天线通讯模块按照实际天线数据格式输出包括前后天线所在磁钉编号和坐标在内的信息，模拟实际AGV车辆天线数据的输出。

进一步地，所述的车轮转速编码器通讯模块与所述AGV控制器模块相连并进行通讯；该车轮转速编码器通讯模块按照实际编码器数据格式输出四个车轮的转速，模拟实际AGV车辆车轮转速编码器数据的输出。

进一步地，所述的AGV人机界面模块包括如下子模块：显示模块和输入模块；其中，显示模块通过所述计算机的显示屏实现，输入模块通过计算机的键盘实现；该计算机与所述嵌入式控制器通过网口相连并进行通讯。

进一步地，所述的AGV人机界面模块具有模式选择主页面、自动控制主页面和本地控制主页面；在所述模式选择主页面上能够选择不同地图和控制模式，其中地图的信息在启动所述嵌入式控制器时自动载入；在所述自动控制主页面上能够设置包括传感器状态和Transponder在内的状态参数，并完全模拟AGV车辆在所述AGV控制器模块控制下的运动；所述本地控制主页面不接收所述AGV控制器模块的指令，并能够设置AGV车辆的基本参数，模拟AGV车辆上的手柄操作。

进一步地，所述的AGV控制器模块与所述通讯模块相连并进行通讯，用来控制AGV车辆按照预定路线运动，为所述AGV运动控制半实物仿真系统中的被测试对象。

与现有技术相比，本发明所述的仿真系统能够设定AGV车辆和堆场的基本参数、环境参数和传感器状态，能够接收控制器的命令，实时计算AGV车辆的运动状态，将传感器数据返回给控制器，并动态显示车辆在堆场中的真实位置和运动状况，从而代替了用真实AGV车辆来对AGV控制器性能进行测试的传统方式，不但节约了能源、降低了经济损失，还能够对各种工况很方便的进行测试，方便了控制器的调试和性能测试，同时也保障了调试人员的安全。

附图说明

图1为本发明的系统结构框图。

图2为本发明的AGV运动仿真模块的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

请参阅图1，本实例的整个仿真系统是在嵌入式控制器中实现的，所述AGV运动控制半实物仿真系统包括五部分：AGV运动仿真模块1、通讯模块2、AGV人机界面模块3、AGV控制器模块4和系统监控计算机模块5，其中，AGV运动仿真模块1和通讯模块2设置于嵌入式控制器内，AGV人机界面模块3和系统监控计算机模块5设置于计算机内；AGV运动仿真模块1通过通讯模块2与AGV控制器模块4相连并进行通讯；系统监控计算机模块5通过网口与嵌入式控制器相连并进行通讯，同时通过计算机上的相关软件监控嵌入式控制器的内部数据；AGV人机界面模块3通过网口与嵌入式控制器相连并进行通讯；AGV控制器模块4与所述通讯模块2相连并进行通讯，用来控制AGV车辆按照预定路线运动，为所述AGV运动控制半实物仿真系统中的被测试对象。

所述的AGV运动仿真模块1在接收到所述AGV控制器模块4的命令之后，计算AGV车辆的运动情况，并将相应的计算结果反馈给该AGV控制器模块4。请参阅图2，所述的AGV运动仿真模块1包括如下七个子模块：垂向运动学动力学模块6、道路负载模块7、电机模块8、差速器模块9、转向器模块10、车辆运动学模块11和天线模块12。

所述的垂向运动学动力学模块6分别与通讯模块2、差速器模块9、车辆运动学模块11和AGV人机界面模块3相连，用来模拟轮胎胎压变化时车辆的俯仰角、侧倾角和车轮滚动半径的变化。由于车辆各轮胎充气量的不同，或由于轮胎跑气等情况会导致车辆车轮中心到地面的距离（车轮的滚动半径）发生改变，当各轮胎的滚动半径不等时会使车辆的运动状态发生改变。在分析垂向运动学动力学时，由于车身的倾斜会导致车辆质心在地面上投影位置发生改变，所以要考虑车辆质心的改变所引起的分配到各轮胎上力的变化。该垂向运动学动力学模块6通过通讯模块2获得AGV控制器模块4发送的车辆各个轮胎的胎压变化曲线，将车辆各个车轮的实际滚动半径发送给差速器模块9和车辆运动学模块11，将车辆俯仰角和侧倾角发送给AGV人机界面模块3。

所述的道路负载模块7分别与通讯模块2和电机模块8相连，用来模拟风阻和道路负载。道路负载由空气阻力和滚动阻力组成。空气阻力主要是通过“道路负载”的作用对车辆产生影响。气动力和车辆相互作用产生阻力、升力（或向下负载）、侧倾力矩、俯仰力矩、横摆力矩。这些对燃油经济性、操纵性、噪音和振动会产生影响。AGV车辆以正常速度行驶时，所受到的最大和最重要的气动力为纵向的阻力，所以我们仅考虑阻力对AGV车辆运动的影响。滚动阻力是轮胎与地面的直接接触产生的，与各轮胎上的动态载重、路面状况、速度等因素有关。所述道路负载模块7通过通讯模块2获得AGV控制器模块4发送的包括风速、风向和降雨等在内的参数，转换为电机负载转矩输出，发送给电机模块8。

所述的电机模块8分别与道路负载模块7、通讯模块2、差速器模块9和车辆运动学模块11相连，用来模拟真实电机。其中需要考虑前后电机之间的耦合作用，前后电机的解耦是通过动态分配电机负载转矩实现的。该电机模块8为二阶系统，AGV控制器模块4发出前后电机目标转速指令后，电机模块8通过PID控制输出电机实际转速，并将其反馈给AGV控制器模块4。所述电机模块8通过通讯模块2获得AGV控制器模块4发送的电机指令转速，从道路负载模块7获得电机负载转矩，转换为电机实际转速输出，发送给通讯模块2、差速器模块9和车辆运动学模块11。

所述的差速器模块9分别与通讯模块2、垂向运动学动力学模块6、电机模块8、转向器模块10和车辆运动学模块11相连，用来模拟真实差速器。当车辆转弯行驶时，外侧车轮比内侧车轮所走过的路程长；车辆在不平路面上直线行驶时，两侧车轮走过的曲线长短也不相等；即使路面平直，各个轮胎承受的载荷不同或充气压力不等，各个轮胎的滚动半径实际上不可能相等，若两侧车轮都固定在同一刚性转轴上，两轮角速度相等，则车轮必然出现边滚动边滑动的现象，为了保证两侧驱动轮处于纯滚动状态，就需要在两侧车轮轴之间加入差速器，因此需要考虑在前后电机速度不匹配，前后转向角不匹配造成的车轮边滑动边滚动的情况，并考虑车轮滚动半径不同可能造成的车轮侧滑的情况。所述差速器模块9从垂向运动学动力学模块6获得车轮滚动半径，从电机模块8获得电机转速，从转向器模块10获得车轮转向角，转换为各车轮的实际转速输出，发送给通讯模块2和车辆运动学模块11。

所述的转向器模块10分别与通讯模块2、差速器模块9和车辆运动学模块11相连，用来模拟真实转向器，该转向器包括液压系统与转向梯形机构，车辆前后两个转向梯形机构成对称分布。AGV车辆前后分别有独立的液压系统用以驱动车轮转向，液压缸控制转向横拉杆移动，转向横拉杆连接车轮上的转向节臂，从而控制AGV车辆左侧车轮转向角；AGV车辆采用的是整体式转向梯形结构，前后各有一个转向梯形机构，成对称分布，这种结构的优点是AGV车辆在转向时，前后车轮转动方向相反，使转弯半径减小，加快车辆转向，同时通过控制输出合适的前后车轮转向角，使车轮尽可能纯滚动。所述转向器模块10通过通讯模块2获得AGV控制器模块4发送的左侧车轮指令转角，通过所述液压系统得出左侧车轮实际转角，通过所述转向梯形机构得出右侧车轮实际转角，将各车轮转角发送给通讯模块2、差速器模块9和车辆运动学模块11。

所述的车辆运动学模块11分别与垂向运动学动力学模块6、电机模块8、差速器模块9、转向器模块10、天线模块12和AGV人机界面模块相连3，根据该垂向运动学动力学模块6、电机模块8、差速器模块9和转向器模块10输出的车轮滚动半径、电机转速、各车轮转速和各车轮转角，计算包括AGV车辆直行、转向和跑偏等在内的各种运动状态下，包括车身速度、角速度、车辆中心位置和车身角度等在内的参数。所述车辆运动学模块11将车身角速度通过通讯模块2反馈给AGV控制器模块10，将车辆中心位置和车身角度发送给AGV人机界面模块3，在地图上动态显示AGV车辆的运动，将AGV车辆的位置和角度发送给天线模块12。

所述的天线模块12分别与通讯模块2和车辆运动学模块11相连，用来模拟真实天线。该天线模块12通过通讯模块2获得AGV控制器模块4发送的天线坐标定义数据，对天线进行初始化，从车辆运动学模块11获得AGV车辆的位置和角度，将天线数据发送给通讯模块2。前后天线与地面上Transponder配合使用，天线模块12通过通讯模块2与AGV控制器模块4进行通讯，主要通讯参数有Transponder在天线坐标系中的x、y坐标、Transponder编号和系统状态。堆场中的Transponder相距2米，当天线经过地面Transponder时，天线模块12将Transponder在天线中的坐标和表示经过磁钉的系统状态值反馈给AGV控制器模块4；当天线中心线经过地面Transponder时，通过系统状态值反馈给AGV控制器模块4一个跨越脉冲；当天线没有检测到Transponder时，通过系统状态值相应位告知AGV控制器模块4。

请参阅图1，所述的通讯模块2用来模拟实际AGV车辆与AGV控制器4之间的通讯。该通讯模块2包括如下子模块：CANOPEN接口模块、陀螺仪通讯模块、天线通讯模块和车轮转速编码器通讯模块。

所述的CANOPEN接口模块作为从站接口，与所述AGV控制器模块4相连并进行通讯。该CANOPEN接口模块接收到的数据包括：初始化开始标志位、初始化参数、前后电机速度指令、导航控制器紧停、AGV控制器故障复位、导航控制器状态、总线心跳反馈、AGV刹车指令、前后驱动桥左轮角度指令、擦除恢复磁钉参数和中间环境参数等；通过该CANOPEN接口模块发送的数据包括：初始化完成标志、前后桥反馈速度、总线心跳发送、本地系统就绪、对自动模式和本地模式的模式选择、车轮转向角和磁钉擦除恢复完成标志等参数。

所述的陀螺仪通讯模块与所述AGV控制器模块4相连并进行通讯。该陀螺仪通讯模块按照实际陀螺仪数据格式输出AGV车辆的角速度，模拟实际AGV车辆陀螺仪数据的输出。

所述的天线通讯模块与所述AGV控制器模块4相连并进行通讯。该天线通讯模块按照实际天线数据格式输出包括前后天线所在磁钉编号和坐标等在内的信息，模拟实际AGV车辆天线数据的输出。

所述的车轮转速编码器通讯模块与所述AGV控制器模块4相连并进行通讯。该车轮转速编码器通讯模块按照实际编码器数据格式输出四个车轮的转速，模拟实际AGV车辆车轮转速编码器数据的输出。

所述的计算机与所述嵌入式控制器通过网口相连并进行通讯，该计算机具有双显示屏和键盘。所述系统监控计算机模块5是通过计算机上的一个显示屏来监控嵌入式控制器内的数据的。

所述的AGV人机界面模块3包括如下两个子模块：显示模块和输入模块；其中，显示模块通过所述计算机的另外一个显示屏实现，输入模块通过计算机的键盘实现。所述的AGV人机界面模块3具有三个主页面：模式选择主页面、自动控制主页面和本地控制主页面。在所述模式选择主页面上能够选择不同地图和控制模式，其中地图的信息在启动所述嵌入式控制器时自动载入；自动控制主页面为AGV自动控制模式，即完全由AGV控制器模块4控制AGV车辆的运动，在所述自动控制主页面上能够设置包括传感器状态和Transponder在内的状态参数，并完全模拟AGV车辆在所述AGV控制器模块4控制下的运动；所述本地控制主页面为AGV本地控制模式，即本地控制主页面不接收所述AGV控制器模块4的指令，并能够设置AGV车辆的基本参数，模拟AGV车辆上的手柄操作。

所述AGV人机界面模块3的具体操作和说明如下：

计算机上打开AGV人机界面软件窗口，输入嵌入式控制器的IP，连接后首先进入模式选择主页面，在模式选择主页面上可以选择控制模式为自动控制模式或本地控制模式，自动控制模式即为AGV车辆由AGV控制器模块4来进行控制，而本地控制模式则不接收AGV控制器模块4的指令，模拟AGV车辆上的手柄对AGV车辆进行控制。在模式选择主页面上还可以选择不同的堆场地图，其中地图信息在启动嵌入式控制器时会自动载入，由内部程序实现。在模式选择主页面上设置好之后点击确定进入自动控制主页面或本地控制主页面。

1.自动控制模式

自动控制主页面主要功能有：AGV车辆在堆场地图上运动显示、堆场中Transponder信息动态显示、车辆侧视图与前视图动态显示、车辆俯仰角和侧倾角动态显示、传感器故障设置、AGV中心坐标显示、车轮滚动半径显示。在自动控制模式下还可以接收AGV控制器模块4发送的将堆场中指定Transponder设置故障恢复正常指令。AGV车辆在堆场地图上运动显示包括堆场上Transponder显示、堆场坐标显示、轨道显示、AGV车辆货物显示和AGV车辆运动显示；堆场中Transponder信息动态显示是指当鼠标左键点击界面上的某个Transponder时，会显示该Transponder的编号和坐标信息；车辆侧视图与前视图动态显示是为了观测在轮胎失压情况下AGV俯仰角和侧倾角的动态变化；传感器故障设置包括前后天线故障设置和陀螺仪故障设置，用来测试在传感器发生故障时AGV控制器模块4的响应情况。

AGV控制器模块4通过CANOPEN接口模块发送初始化参数、初始化开始标志位，嵌入式控制器内的AGV运动仿真模块1对AGV车辆进行初始化，初始化参数包括AGV结构参数、环境参数、天线坐标定义参数、AGV初始位置参数等，完成初始化之后通过CANOPEN接口模块反馈给AGV控制器模块4初始化完成标志位；AGV控制器模块4通过CANOPEN接口模块发出运动控制指令，嵌入式控制器内的AGV运动仿真模块1按照电机速度指令、驱动桥角度指令、刹车指令、胎压变化指令等来模拟实际AGV车辆运动，AGV人机界面上显示AGV车辆运动和坐标信息等；嵌入式控制器通过CANOPEN接口模块反馈给AGV控制器模块4前后桥反馈速度、车轮转向角和模式选择等参数，通过车轮转速编码器通讯模块反馈给AGV控制器模块4四个车轮转速，通过陀螺仪通讯模块反馈给AGV控制器模块4车身转动角速度，通过天线通讯模块反馈给AGV控制器模块4前后天线数据。同时AGV控制器模块4可以通过CANOPEN接口模块来发送指定磁钉损坏信息来测定此种工况下，AGV控制器模块4的响应情况；可以通过AGV人机界面设定指定传感器损坏来测定AGV控制器模块4的响应情况。

2.本地控制模式

本地控制主页面主要功能有：AGV车辆在堆场地图上运动显示、堆场中Transponder信息动态显示、车辆参数设定、运行初始参数设定、轨迹选择、电机目标速度输入、左轮目标转角输入、左右转向命令输入、刹车指令、车辆中心坐标显示等。车辆参数设定用来设定AGV车辆车长、车宽、轮胎直径、轮胎重量等车辆结构参数；运行初始参数设定用来设定风向、风速、胎压、悬架类型、车身方向、负载、前天线所在Transponder编号等。

本地控制模式模拟手柄操作，不接收AGV控制器模块4的指令，在AGV人机界面上完成车辆参数、运动初始参数、轨迹选择设定后，点击start按钮完成初始化设定；通过电机目标速度指令设定电机速度，AGV车辆开始运动；通过左轮目标转角指令设定驱动桥左轮转角，AGV车辆开始转向；通过左右转向指令对AGV车辆转向进行调整，模拟手柄；通过刹车指令使AGV车辆停车。

Claims (9)

1.一种AGV运动控制半实物仿真系统，其特征在于，所述仿真系统包括：AGV运动仿真模块、通讯模块、AGV人机界面模块、AGV控制器模块和系统监控计算机模块，其中，AGV运动仿真模块和通讯模块设置于嵌入式控制器内，AGV人机界面模块和系统监控计算机模块设置于计算机内，AGV运动仿真模块通过通讯模块与AGV控制器模块相连并进行通讯，系统监控计算机模块通过网口与嵌入式控制器相连并进行通讯，同时通过计算机软件监控嵌入式控制器的内部数据，AGV人机界面模块通过网口与嵌入式控制器相连并进行通讯；

所述的AGV运动仿真模块在接收到所述AGV控制器模块的命令之后，计算AGV车辆的运动情况并将计算结果反馈给该AGV控制器模块；所述AGV运动仿真模块包括如下子模块：垂向运动学动力学模块、道路负载模块、电机模块、差速器模块、转向器模块、车辆运动学模块和天线模块；其中：

所述的垂向运动学动力学模块分别与通讯模块、差速器模块、车辆运动学模块和AGV人机界面模块相连，用来模拟轮胎胎压变化时车辆的俯仰角、侧倾角和车轮滚动半径的变化，在分析垂向运动学动力学时，考虑车辆质心的改变所引起的分配到各轮胎上力的变化；该垂向运动学动力学模块通过通讯模块获得AGV控制器模块发送的车辆各个轮胎的胎压变化曲线，将车辆各个车轮的实际滚动半径发送给差速器模块和车辆运动学模块，将车辆俯仰角和侧倾角发送给AGV人机界面模块；

所述的道路负载模块分别与通讯模块和电机模块相连，用来模拟风阻和道路负载，该道路负载模块通过通讯模块获得AGV控制器模块发送的包括风速、风向和降雨在内的参数，转换为电机负载转矩输出发送给电机模块；

所述的电机模块分别与道路负载模块、通讯模块、差速器模块和车辆运动学模块相连，用来模拟真实电机，考虑前后电机之间的耦合作用，前后电机的解耦是通过动态分配电机负载转矩实现的；该电机模块通过通讯模块获得AGV控制器模块发送的电机指令转速，从道路负载模块获得电机负载转矩，转换为电机实际转速输出发送给通讯模块、差速器模块和车辆运动学模块；

所述的差速器模块分别与通讯模块、垂向运动学动力学模块、电机模块、转向器模块和车辆运动学模块相连，用来模拟真实差速器，考虑在前后电机速度不匹配，前后转向角不匹配造成的车轮边滑动边滚动的情况，并考虑车轮滚动半径不同可能造成的车轮侧滑的情况；该差速器模块从垂向运动学动力学模块获得车轮滚动半径，从电机模块获得电机转速，从转向器模块获得车轮转向角，转换为各车轮的实际转速输出发送给通讯模块和车辆运动学模块；

所述的转向器模块分别与通讯模块、差速器模块和车辆运动学模块相连，用来模拟真实转向器，包括液压系统与转向梯形机构，车辆前后两个转向梯形机构成对称分布；该转向器模块通过通讯模块获得AGV控制器模块发送的左侧车轮指令转角，通过所述液压系统得出左侧车轮实际转角，通过所述转向梯形机构得出右侧车轮实际转角，将各车轮转角发送给通讯模块、差速器模块和车辆运动学模块；

所述的车辆运动学模块分别与垂向运动学动力学模块、电机模块、差速器模块、转向器模块、天线模块和AGV人机界面模块相连，根据车轮滚动半径、电机转速、各车轮转速和各车轮转角计算包括AGV车辆直行、转向和跑偏在内的各种运动状态下，包括车身速度、角速度、车辆中心位置和车身角度在内的参数；该车辆运动学模块将车身角速度通过通讯模块反馈给AGV控制器模块，将车辆中心位置和车身角度发送给AGV人机界面模块，在地图上动态显示AGV车辆的运动，将AGV车辆的位置和角度发送给天线模块；

所述的天线模块分别与通讯模块和车辆运动学模块相连，用来模拟真实天线，该天线模块通过通讯模块获得AGV控制器模块发送的天线坐标定义数据，对天线进行初始化，从车辆运动学模块获得AGV车辆的位置和角度，将天线数据发送给通讯模块。

2.如权利要求1所述的AGV运动控制半实物仿真系统，其特征在于，所述的通讯模块用来模拟实际AGV车辆与AGV控制器之间的通讯；该通讯模块包括如下子模块：CANOPEN接口模块、陀螺仪通讯模块、天线通讯模块和车轮转速编码器通讯模块。

3.如权利要求2所述的AGV运动控制半实物仿真系统，其特征在于，所述的CANOPEN接口模块与所述AGV控制器模块相连并进行通讯；该CANOPEN接口模块接收到的数据包括：初始化开始标志位、初始化参数、前后电机速度指令、导航控制器紧停、AGV控制器故障复位、导航控制器状态、总线心跳反馈、AGV刹车指令、前后驱动桥左轮角度指令、擦除恢复磁钉参数和中间环境参数；通过该CANOPEN接口模块发送的数据包括：初始化完成标志、前后桥反馈速度、总线心跳发送、本地系统就绪、对自动模式和本地模式的模式选择、车轮转向角和磁钉擦除恢复完成标志参数。

4.如权利要求2所述的AGV运动控制半实物仿真系统，其特征在于，所述的陀螺仪通讯模块与所述AGV控制器模块相连并进行通讯；该陀螺仪通讯模块按照实际陀螺仪数据格式输出AGV车辆的角速度，模拟实际AGV车辆陀螺仪数据的输出。

5.如权利要求2所述的AGV运动控制半实物仿真系统，其特征在于，所述的天线通讯模块与所述AGV控制器模块相连并进行通讯；该天线通讯模块按照实际天线数据格式输出包括前后天线所在磁钉编号和坐标在内的信息，模拟实际AGV车辆天线数据的输出。

6.如权利要求2所述的AGV运动控制半实物仿真系统，其特征在于，所述的车轮转速编码器通讯模块与所述AGV控制器模块相连并进行通讯；该车轮转速编码器通讯模块按照实际编码器数据格式输出四个车轮的转速，模拟实际AGV车辆车轮转速编码器数据的输出。

7.如权利要求1所述的AGV运动控制半实物仿真系统，其特征在于，所述的AGV人机界面模块包括如下子模块：显示模块和输入模块；其中，显示模块通过所述计算机的显示屏实现，输入模块通过计算机的键盘实现；该计算机与所述嵌入式控制器通过网口相连并进行通讯。

8.如权利要求1所述的AGV运动控制半实物仿真系统，其特征在于，所述的AGV人机界面模块具有模式选择主页面、自动控制主页面和本地控制主页面；在所述模式选择主页面上能够选择不同地图和控制模式，其中地图的信息在启动所述嵌入式控制器时自动载入；在所述自动控制主页面上能够设置包括传感器状态和Transponder在内的状态参数，并完全模拟AGV车辆在所述AGV控制器模块控制下的运动；所述本地控制主页面不接收所述AGV控制器模块的指令，并能够设置AGV车辆的基本参数，模拟AGV车辆上的手柄操作。

9.如权利要求1所述的AGV运动控制半实物仿真系统，其特征在于，所述的AGV控制器模块与所述通讯模块相连并进行通讯，用来控制AGV车辆按照预定路线运动，为所述AGV运动控制半实物仿真系统中的被测试对象。