本文介绍自动导引车（AGV）控制系统的实现过程，分为硬件搭建和软件设计两部分。

（一）车载控制器
1.1 车载控制器的类型车载控制器是控制系统乃至整个 AGV 的核心，那么应该选择哪种控制器呢？根据笔者的经验，从硬件角度看，AGV采用的车载控制器基本分为以下三种：1. PLC：代表产品例如西门子公司的 S7-1200和1500系列，使用 AGV 厂家有佳顺、嘉腾。PLC 以稳定性好、可靠性高著称，但是它的长项是逻辑控制，一般只能做简单的运动控制。西门子 PLC 的价格大概在2000元~12000元左右。
2. 工控机：代表产品例如倍福公司的 CX5130，使用厂家有昆船、罗伯特木牛流马。工控机其实就是一台电脑，只不过经过精心的设计使其具有很强的抗干扰能力，可以用于振动、电磁辐射等恶劣的工业环境。工控机结构紧凑、体积小巧，其可以运行通用的操作系统，比如 Windows、Linux。以倍福为例，安装它的 TwinCAT 控制软件后，会在 Windows 操作系统中插入实时内核，将电脑变成适合工业场合的实时控制系统。倍福工控机的售价大概在5000到30000元左右。
3. 单片机：代表产品例如 STM32，使用厂家有海通、机科。相比前两者，单片机的价格低廉，加上外围器件成本Zui多也不过千元左右。使用单片机的一个缺点是，如果要做成成熟的产品，你需要花费很多精力设计外部电路以及各种底层算法。软件开发环境可能会差一些。
上面的分类并不意味着三者是泾渭分明的，例如 PLC 的核心芯片可能就是一个单片机；而工控机的编程语言很可能就采用了 PLC 领域使用的梯形图、ST等语言；单片机上面也可以装载操作系统，从而形成一个完整的控制器。所以，虽然它们各有自己适用的领域，但是相互之间也会取长补短，演变成你中有我我中有你的局面。
当然，现在市场上有专门的AGV控制器，例如美国NDC的CVC600，瑞士BlueBotics的ANT、浙江科聪智能的 MRC5000，上海仙知机器人的SRC。与通用的工业运动控制器或PLC相比，这类控制器集成了成熟的导航和运动控制算法，为用户省去很多工作，而且其稳定性和防护等级更高，但其价格也较高（2万~6万元）。　1.1 西门子 S7-1200 PLC我选择西门子的 S7-1215C 型 PLC 作为 AGV 的车载控制器（以后简称为S1200），如下图所示。由于西门子的产品型号非常丰富，各个型号在接口种类、性能等方面有细微的差别，在购买时为了准确描述具体是哪个型号，zuihao使用订货号。西门子每种产品都有一个唯一的订货号，在采购时只需要提供这个编号即可。在西门子的编程软件中也可根据订货号查找对应的型号。当然，使用西门子的产品也有一些缺点，比如它的PLC是通用产品，并不是针对车辆控制而专门设计的。淘宝上一个100元的ARM开发板都具有RS485、CAN、以太网接口，而西门子却要为此付出昂贵的代价，西门子的产品开放性非常差。所以，以后的AGV会逐步淘汰西门子的产品。　  什么是上位机和下位机？
有些设备能够访问其它的设备，比如读取内存中的数据、向内存写数据，这样的设备具有较高的权限和地位，因此被称为上位机。有些设备只能被其它设备访问，而没有访问其它设备的权力，这样的设备就称为下位机。在本文中，PLC就是下位机，而编程计算机就是它的上位机。
想对PLC进行设置或编程，需要使用网线将 S1200 与上位机连接，只需要将上位机的 IP 地址设置为与 PLC 同一网段即可。S1200 一般出厂默认的 IP 地址是 192.168.0.1，所以可以将你的电脑的 IP 设置为 192.168.0.2。对于 AGV 这种移动设备，通常会采用无线通讯，例如接收调度系统的控制指令。无线通信方式有 WIFI、ZigBee等等。由于 WIFI 在实际中使用较多，我介绍一下它的配置方法。使用 WIFI 连接西门子 PLC 非常方便，只需要用网线将 PLC 的以太网口连接到无线路由器的 LAN 口，然后用笔记本搜索到对应的 WIFI 后连接即可访问 PLC。所用的无线路由器可以是任意品牌，甚至家用路由器都可以。（笔者在淘宝买过一款国产以太网转 WIFI 转换器，但奇怪的是不支持博途软件（博图无法访问到PLC），所以你购买前zuihao跟商家确认是否能用于博途。如果你想追求更稳定可靠的通信，可以选择工业级通讯模块，例如摩莎（MOXA），它的供电电压兼容12V~48V。）
　　（二）驱动器
如果说车载控制器是AGV的大脑，那么AGV还要有心脏和肌肉才能运动起来，驱动器给车轮的电机提供电流，相当于心脏。
2.1 低压驱动器品牌由于AGV普遍采用蓄电池供电，其电压一般在12V~72V左右。因此AGV使用的驱动器属于低压直流型伺服驱动器。国外的低压驱动器品牌有：AMC、RoboteQ、ZAPI（萨牌）、Curtis（柯蒂斯）、Elmo（埃莫）等，中国国内的低压驱动器品牌有：步科、森创、英博尔、凯利。
2.2 PLC与驱动器通信PLC要想控制驱动器就要向它发送指令数据。低端驱动器可以用模拟量或者脉冲信号传递数据，高端驱动器则采用规范的通信协议传递数据，这样的通信可以借助 RS-232、RS-485、CAN、EtherCAT 等协议实现。因为 S1200 的 CPU 模块没有这些通讯接口，所以要想连接驱动器，需要购买额外的通信模块（CM：Communication Module）。上面提到的几种协议西门子都有对应的通信模块支持，比如西门子的 232 、485 和 CANopen 通信模块如下图所示（这三种模块外形完全一样），注意 232 和 CANopen 模块的插头是公头，而485的则是母头。对于移动设备来说，CAN总线是Zui常用的通讯方式，像汽车、挖掘机、AGV一般都采用CAN总线通讯。CAN 总线的速度快（Zui高可达1Mb/s，比485要快）、稳定性高（采用差分信号，抗干扰），更“智能”（有优先级和仲裁机制），因此应该优先选择 CAN 总线。但是考虑到西门子本身没有 CAN通信模块（如果想使用CAN，要购买第三方公司HMS提供的CANopen模块），本文使用的驱动器采用 485 协议，所以我们选择485模块。
随之而来的一个问题是：S1200能外扩几个通信模块？答案是：3个。不管是哪种通信模块，数量Zui多只能是3个，种类不限可以混用。如果你的驱动器是总线型（485和CAN都属于总线型）的，那么只要一个485模块或者 CANopen 模块就行了。注意232不是总线型的，所以用两个驱动器就要添加两个通信模块。如果你的 AGV 还有其它走通信协议的传感器（例如磁导航传感器、RFID传感器），那么3个通信模块很有可能就显得捉襟见肘。
西门子485模块的接头采用了标准9 针D型插孔式连接器。为了将驱动器和PLC连接起来，我们要购买DB9接头，并用信号线将两个头连接起来。这里我们只利用两个信号线即可。值得注意的是，西门子的485接口定义和常规的485不一样，常规485的信号收发是1、2头，而西门子的485则是3、8头（参考手册的第1769页）。所以在连线时，要按照 3-2、8-1的对应顺序焊接，如下图所示。（三）移动机构
AGV要想实现搬运、移载就要有移动机构，通常采用的移动机构有舵轮、差速轮和麦克纳姆轮。它们各自有什么特点呢？什么场合又该使用哪种轮子呢？
麦克纳姆轮的优点是运动精度高，但是结构复杂，磨损严重，对地面挑剔，虽然麦克纳姆轮问世超过30年了，但是实际应用并不多，这也说明它不是一个实用的产品。下面我们主要讲解舵轮。
舵轮是个高度集成的移动机构，由车轮、回转支撑、齿轮箱、驱动电机、转向电机、编码器、限位开关、制动器等部件组成，它既能提供牵引力，也可以主动转向，因此一个舵轮有两个自由度。AGV 使用一个或以上的舵轮就可以实现全向移动：原地旋转、斜行、横移等等。舵轮一般用于室内环境，所以轮面的材料多为聚氨酯。根据电机的安装位置可以将舵轮分为两种：卧式和立式，分别如下两图所示。卧式舵轮的驱动电机横向安装，因此整体高度很低，有些AGV对高度有要求（例如潜入式的AGV要很矮才能钻到货物底下），这时就适合使用卧式舵轮；立式舵轮的驱动电机竖着安装，其整体高度偏高，它的优点是方便将电机隔离起来，在有些场合（例如危险品工厂），要求舵轮电机与外部环境隔离，这时就适合使用立式舵轮。国外主要的舵轮生产厂家有：意大利的 CFR 和德国的 schabmuller（夏伯穆勒），后来从CFR中又独立出来了一个厂家——马路达。这些舵轮生产厂家一般只卖舵轮，不提供驱动器，驱动器则由代理商提供。一台AGV上Zui贵的部件就是舵轮，以一台成本10万元左右的AGV为例，如果配备两个舵轮，就需要4~5万元，占整车成本将近一半。不过好消息是，国内的舵轮厂家开始参与竞争，这将降低AGV的成本。