下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 AGV 自動引導(dǎo)小車設(shè)計 摘 要 隨著工廠自動化、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)技術(shù)的逐步發(fā)展以及柔性制造系統(tǒng)、自動化立體倉庫的廣泛應(yīng)用， AGV(Automatic Guided Vehicle)即自動導(dǎo)引車作為聯(lián)系和調(diào)節(jié)離散型物流系統(tǒng)以使其作業(yè)連續(xù)化的必要的自動化搬運(yùn)裝卸手段，其應(yīng)用范圍和技術(shù)水平得到了迅猛的發(fā)展。 AGV 是以微控制器為控制核心、蓄電池為動力、裝有非接觸導(dǎo)引裝置的無人駕駛自動導(dǎo)引運(yùn)載車，其自動作業(yè)的基本功能是導(dǎo)向行駛、認(rèn)址停準(zhǔn)和移交載荷。作為當(dāng)代物流處理自動化的有效手段和柔性制造系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備， AGV 已經(jīng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，對AGV 的研究也具有十分重要的理論意義和現(xiàn)實意義。 本文介紹了 AGV 在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用情況，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合畢業(yè)設(shè)計的課題要求。其研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面：論述了 AGV 系統(tǒng)的組成、路徑導(dǎo)引方式及原理。 介紹了 AGV 車體機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計， 并根據(jù)小車的驅(qū)動方式和工作要求 ，對底盤、電機(jī)、蓄電池等進(jìn)行了設(shè)計和選型。根據(jù) AGV 系統(tǒng)的控制和工藝要求，確定了控制系統(tǒng)的總體框架結(jié)構(gòu)。硬件方面，選擇合適的傳感器、單片機(jī)以及電機(jī)驅(qū)動器，對傳感檢測電路和單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路進(jìn)行了設(shè)計 ：軟件方面，采用模塊化的編程方式來實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能，并實現(xiàn)了單片機(jī)與電機(jī)控制器之間的串口通信。在總結(jié)全文的基礎(chǔ)上，對 AGV 小車的設(shè)計和研究提出了展望。 關(guān)鍵詞： AGV； 激光導(dǎo)引 ；單片機(jī) ；驅(qū)動控制電路；行走策略；控制策略；串口通信 Abstract With the growing of Factory Automation, Computer Integrated Manufacture System and extensive application of Flexible Manufacture System、 Automatic Warehouse, the application field and technical level of AGV which contact and adjust the discrete logistics system, make the mission continuous, has greatly enlarged and improved. AGV is the unmanned driver automatic guided vehicle which has its untouched guided equipment, its control center is the microcontroller and storage battery is driving power, its basic function of automatic action is guided driving, recognizing the address to stop precisely and remove the load. As the valid measure of contemporary logistics processing automation and the key equipment of flexible manufacture system, the AGV has already got more and more extensive application, so that the research on AGV has very important theory meaning and realistic meaning. The dissertation introduced the applications and developments of AGV at home and abroad. Combining with the request of this graduation project topic, we designed a whole infrared ray guided vehicle. The main work in this dissertation was arranged as follows: the constitution of AGV system, the path guided means and their principles were discussed. According to the requests of the topic, infrared rays guided method was used in the AGV system. The design of AGV mechanical structure was introduced, in terms of driving manner and working requests, the type of the chassis, electrical motor and storage battery etc. was chosen and designed. According to the control and the craftwork requests of the AGVS, the total frame structure of control system was designed. About hardware, the right sensor, MCU and motor controller had been chosen, the sensing circuits and MCU controlling hard circuits was designed, about software, to achieve many system functions, and to realize serial communication between the MCU and motor controller, blocking programming method was employed. On the base of summarizing the dissertation, the development prospect of AGV research was put forward. Key words： AGV； Infrared rays guided； Drive and control circuit；Running strategy； Control strategy； Serial communication. 全套資料帶 CAD 圖， QQ 聯(lián)系 414951605 或 1304139763 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 目 錄 摘 要 . 1 1 引言 . 1 1.1 問題的提出及研究意義 . 1 1.1.1 問題的提出 . 1 1.1.2 研究意義 . 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 2 1.3 自動引導(dǎo)小車的定義及特點(diǎn) . 3 2 AGV 的總體設(shè)計 . 4 2.1 AGV 系統(tǒng)的構(gòu)成與結(jié)構(gòu) . 4 2.1.1 AGV 系統(tǒng)技術(shù)的研究方向 . 4 2.1.2 AGV 的結(jié)構(gòu) . 5 2.2 AGV 導(dǎo)航系統(tǒng) . 6 2.3 AGV 總體系統(tǒng) . 7 3 AGV 小車的動力學(xué)建模 . 10 3.1 AGV 小車動力學(xué)結(jié)構(gòu) . 10 3.2 車體運(yùn)動建模 . 11 3.3 驅(qū)動后輪運(yùn)動建模 . 12 3.4 車體整體的動力學(xué)建模 . 13 4 AGV 機(jī)械部分主 要零件的選取 . 14 4.1 伺服驅(qū)動電機(jī)的選取及參數(shù) . 14 4.1.1 電機(jī)的計算 . 17 4.1.2 電機(jī)的控制參數(shù) . 18 4.2 軸的設(shè)計和參數(shù)的計算 . 19 4.2.1 減速器的使用范圍及選取 . 20 4.2.2 驅(qū)動后輪軸的設(shè)計 . 20 4.3 軸的受力分析及校核 . 22 4.4 齒輪的設(shè)計與選取 . 24 4.5 傳感器的選用 . 25 4.5.1 紅外傳感器尋跡 . 25 4.5.2 超聲波傳感器避障原理 . 26 5 驅(qū)動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計 . 27 5.1 驅(qū)動方 式的選擇 . 27 5.2 傳感器的布置 . 28 5.3 電機(jī)與行走系統(tǒng)的驅(qū)動裝置 . 29 5.4 電源部分選擇 . 30 6 控制系統(tǒng) . 31 6.1 電源及驅(qū)動芯片模塊 . 31 6.2 電路的設(shè)計及行走策略 . 31 6.3 控制策略 . 33 7 結(jié)語 . 35 參考文獻(xiàn) . 36 致 謝 . 37 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文 1 1 引言 1.1 問題的提出及研究意義 1.1.1 問題的提出 AGV(Automatic Guided Vehicle) 自動導(dǎo)引車是上世紀(jì) 50 年代發(fā)展起來的智能搬運(yùn)型機(jī)器人。 AGV 是現(xiàn)代工業(yè)自動化物流系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，它是以電池為動力，裝備有電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)航裝置，能夠獨(dú)立自動尋址，并通過計算機(jī)系統(tǒng)控制，完成無人駕駛及作業(yè)的設(shè)備。自從 1913 年美國福特汽車公司使用有軌底盤裝配車， 1954 年英國采用地下埋線電磁感應(yīng)導(dǎo)向車以來，到九十年代全世界擁有 AGV(Automated Guided Vehicles)10萬臺以上。近年來，自動化技術(shù)呈現(xiàn)加速發(fā)展的趨勢，國內(nèi)自動化立體倉庫和自動化柔性裝配線進(jìn)入發(fā)展與普及階段。其中，在自動倉庫與生產(chǎn)車間之間，各工位之間，各段輸送線之間， AGV 起了無可替代的重要作用，與傳統(tǒng)的傳送輥道或傳送帶相比， AGV 輸送路線具有施工簡單、路徑靈活，不占用空間、較好的移動性、柔性等優(yōu)點(diǎn)。 1.1.2 研究意義 21 世紀(jì)制造業(yè)將進(jìn)入一個新階段，敏捷制造將成為企業(yè)的主導(dǎo)模式。能否抓住市場機(jī)遇開發(fā)出新產(chǎn)品將是企業(yè)贏得競爭的主要手段。要減小生產(chǎn)成本對生 產(chǎn)批量的依賴，就要發(fā)展敏捷制造裝備。繁重制造裝各的可編程、可重組和快速響應(yīng)能力使得在進(jìn)行小批量生產(chǎn)時，可實現(xiàn)接近中、大批量生產(chǎn)的效率。由于機(jī)器人具有自主規(guī)劃、可編程、可協(xié)調(diào)作業(yè)和基于傳感器控制等特點(diǎn)，它將成為可重組的敏捷制造生產(chǎn)裝備及系統(tǒng)的重要組成部分，為傳統(tǒng)制造企業(yè)向敏捷制造企業(yè)跨越發(fā)展提供重要的技術(shù)支持。自動導(dǎo)向小車(Automated Guided Vehicle 簡稱 AGV)是移動機(jī)器人的一種，是現(xiàn)代制造企業(yè)物流系統(tǒng)中的重要設(shè)備，主要用來儲運(yùn)各類物料，為系統(tǒng)柔性化、集成化、高效運(yùn)行提供了重要保證。AGV 主要有兩類形式，一種是固定路徑 AGV，它的運(yùn)行路徑是固定的，且有軌道，故導(dǎo)引技術(shù)相對簡單 ；另一種是自由路徑 AGV，由于沒有軌道，它為 AGV 自由運(yùn)行提供了最大可能，但由于技術(shù)限制， AGV 沿任意路徑自由運(yùn)行仍是一個有待解決的技術(shù)難題。 在以往的生產(chǎn)線上，導(dǎo)向式 AGV 是人們經(jīng)常采用的方式，有導(dǎo)軌式、磁導(dǎo)引式等方法。這些方法都需要預(yù)先規(guī)劃好 AGV 的運(yùn)行路線，而且生產(chǎn)車間的裝置不能隨意移動。隨著生產(chǎn)車間智能化的提高，導(dǎo)向式 AGV 明顯降低了 AGV 的柔性。因此，非導(dǎo)向式 AGV 將成為敏捷制造物流系統(tǒng)中的主要選擇。在非導(dǎo) 向式 AGV 系統(tǒng)中， AGV 的運(yùn)行路徑不需要由附加設(shè)備決定，而且當(dāng)車間的布局變化后，只要及時改變規(guī)劃系統(tǒng)的軟件參數(shù)即可滿足路徑規(guī)劃要求。 資料顯示：在產(chǎn)品生產(chǎn)的整個過程中，僅僅有 5%的時間是用于加工和制造，剩余的95%都用于儲存、裝卸、等待加工和輸送 :在美國，直接勞動成本所占比例不足生產(chǎn)成本的10%，且這一比例還在不斷下降，而儲存、運(yùn)輸所占的費(fèi)用卻占生產(chǎn)成本的 40%。因此，AGV自動引導(dǎo)小車的設(shè)計 2 目前世界各工業(yè)強(qiáng)國普遍把改造物流結(jié)構(gòu)、降低物流成本作為企業(yè)在競爭中取勝的重要措施，為適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，物流正在向著現(xiàn)代化的方向發(fā)展。自動導(dǎo) 引小車 AGV 適應(yīng)性好、柔性程度高、可靠性好、可實現(xiàn)生產(chǎn)和搬運(yùn)功能的集成化和自動化，在各國的許多行業(yè)都得到廣泛的應(yīng)用。 目前，在我國某些汽車、煙草行業(yè)， AGV 已投入使用，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但從使用形式來看，大都采用屬于固定路徑導(dǎo)向范疇的電磁導(dǎo)引 AGV，無固定路徑自主導(dǎo)向的 AGV 由于諸多問題未能完全解決，還沒有達(dá)到實用。因此 進(jìn)行自山路徑導(dǎo)向式 AGV 的研究，不僅對敏捷物流設(shè)備的研制和應(yīng)用有現(xiàn)實的工程意義，而且對移動機(jī)器人路徑規(guī)劃有重要的理論意義。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 世界上第一臺 AGV 是美國 Basrrett 電子公司于 20 世紀(jì) 50 年代開發(fā)成功的，它是一種牽引式小車系統(tǒng)。小車中有一個真空管組成的控制器，小車跟隨一條鋼絲索導(dǎo)引的路徑行駛。 60 年代和 70 年代初，除 Basrrett 公司以外， Webb 和 Clark 公司在 AGV 市場中也占有相當(dāng)?shù)姆蓊~。在這個時期，歐洲的 AGV 技術(shù)發(fā)展較快，這是由于歐洲公司已經(jīng)對托盤的尺寸與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，統(tǒng)一尺寸的托盆促進(jìn)了 AGV 的發(fā)展。歐洲的主要制造廠家有Schindler-Digitron， Wogner HJC， ACS， BT. CFC， FATA， Saxby， Denford 和 Blecbert 等。70 年代中，歐洲約裝備了 520 個 AGV 系統(tǒng)，共有 4800 臺小車， 1985 年發(fā)展到一萬臺左右，為美、歐、日之首。在機(jī)械制造行業(yè)的應(yīng)用為：汽車工業(yè) (57%)，柔性制造系統(tǒng) FMS(8%)和柔性裝配系統(tǒng) FAS(4%)。 歐洲的 AGV 技術(shù)于 80 年代初，通過在美國的歐洲公司以許可證與合資經(jīng)營的方式轉(zhuǎn)移到美國。芝加哥的 Keebler 分發(fā)中心從歐洲引進(jìn)直接由計算機(jī)控制的 AGV 1981 年 John公司將 AGV 連接到 AS/RS，以提供在制造過程中物料自動輸送和跟蹤。 1984 年，通用汽車公司便成為 AGV 的最大用戶 ， 1986 年已達(dá) 1407 臺 (包括牽引式小車、叉式小車和單元裝載小車 )， 1987 年又新增加 1662 臺。美國各公司在歐洲技術(shù)的基礎(chǔ)上將 AGV 發(fā)展到更為先進(jìn)的水平。他們采用更先進(jìn)的計算機(jī)控制系統(tǒng) (可聯(lián)網(wǎng)于 FMS 或 CIMS)，運(yùn)輸量更大，移載時問更短，具有在線充電功能，以便 24 小時運(yùn)行，小車和控制器可靠性更高。此時美國的 AGV 生產(chǎn)廠商從 23 家 (1983 年 )驟增至 74 家 (1985 年 )。日本的第一家 AGV 工廠于1966 年由一家運(yùn)輸設(shè)備供應(yīng)廠與美國的 Webb 公司合資開設(shè)。到 1988 年，日本 AGV 制造廠已達(dá) 20 多家，如大福 、 Fanuc 公司、 Murata(村田 )公司等。到 1986 年，日本己累計安裝了 2312 個 AGV 系統(tǒng)，擁有 5032 臺 AGV。 國內(nèi)自主研發(fā)方面：六十年代開始研究。 1976 年，北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所研制的ZDB-1 型自動搬運(yùn)車是最早的實用型 AGV。 1988 年，原郵電部北京郵政科學(xué)技術(shù)研究所等單位研制了郵政樞紐 AGV。 1991 年，中科院沈陽自動化所與新松機(jī)器人自動化股份有限公司為沈陽金杯汽車公司總裝線上設(shè)計的九臺自動裝配系統(tǒng)，并于 1996 年獲得國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步三等獎，是當(dāng)時國內(nèi)較先進(jìn)的使用型 AGV。 1992 年，天津 理工學(xué)院研制了核電站用光學(xué)導(dǎo)引 AGV。 1998 年昆明船舶設(shè)備公司在紅河卷煙廠研究多模式激光導(dǎo)引無人自動車中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文 3 22 輛，紅河項目于 2002 年獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎。同期天津師范大學(xué)、吉林大學(xué)、吉大易飛、北京軍區(qū)后勤部、北京機(jī)科發(fā)展公司、北京易亨集團(tuán)等也進(jìn)行了試驗研究。 在引進(jìn)國外技術(shù)與產(chǎn)品方面： 1980 年，上海石化總廠為滌綸長絲作業(yè)從日本大福公司引進(jìn)國內(nèi)第一套 AGVS。九十年代初，華寶空調(diào)裝配線上使用了日本進(jìn)口的電磁導(dǎo)引 AGV。1996 年，玉溪卷煙廠首家在煙草行業(yè)引進(jìn)三星的 52 臺 AGV，這是國內(nèi)企業(yè)中使用數(shù)量最多 的 AGV 系統(tǒng)。河北承德輸送機(jī)械廠合資引進(jìn)美國 WEBB 公司 AGV 技術(shù)。天津理工學(xué)院研制的 TIT-1 全方位視覺引導(dǎo)自動車，屬國家 863 高科技項目，已通過鑒定，達(dá)到八十年代末國際先進(jìn)水平。九十年代中期，昆船公司在引進(jìn)國外最先進(jìn) AGV 技術(shù)的基礎(chǔ)上，先后承擔(dān)了數(shù)十個 AGV 系統(tǒng)的設(shè)計、安裝，其水平代表了目前國內(nèi)的最高水平。昆明船舶設(shè)備公司研制的各種導(dǎo)引形式的 AGV 系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于煙草行業(yè)，汽車行業(yè)，造幣行業(yè)等。 目前全國 AGVS 不超過 60 套， AGV 不超過 400 臺。其中煙草行業(yè)應(yīng)用最多，已有 20家采用了 AGV，絕大部分 采用激光導(dǎo)引技術(shù)。 以中科院沈陽自動化所為金杯汽車公司設(shè)計的 AGV 系統(tǒng)為例進(jìn)行說明，中國科學(xué)院沈陽分院成功開發(fā)的自動導(dǎo)引車 (AGV)和自動導(dǎo)引車系統(tǒng) (AGVS)主要用于汽車等生產(chǎn)線，實現(xiàn)動態(tài)裝配，可提高裝配線的自動化水平。在中國汽車生產(chǎn)總裝線上首次使用具有自主版權(quán)的 AGV 產(chǎn)品和系統(tǒng)。沈陽金杯客車制造有限公司總裝車間有 9 臺 AGV 構(gòu)成的發(fā)動機(jī)、后橋、油箱裝配副環(huán)線，已經(jīng)投入生產(chǎn)運(yùn)行兩年。該 AGV 具有自動動態(tài)跟蹤、提升、定位、裝配功能，已達(dá)國際先進(jìn)水平。且獲得多項專利，如雙舉升載人自動裝配導(dǎo)引車、雙倍行程舉升裝置 等。運(yùn)用該產(chǎn)品及系統(tǒng)技術(shù)可大大提高總裝生產(chǎn)線動態(tài)裝配的自動化程度，減少設(shè)備投資及提高生產(chǎn)效率。以金杯客車制造有限公司的 9 臺 AGV 應(yīng)用工程為例，據(jù)估算，一臺 AGV 國產(chǎn)價格要比進(jìn)口的便宜 20 萬元人民幣，應(yīng)用工程系統(tǒng)的設(shè)計調(diào)試技術(shù)費(fèi)的差額更大。 1.3 自動引導(dǎo)小車的定義及特點(diǎn) 根據(jù)美國物流協(xié)會定義， AGV 是指裝備有電磁或光學(xué)自動導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有小車編程與停車選擇裝置、安全保護(hù)以及各種移載功能的運(yùn)輸小車。 AGV是以電池為動力、裝有非接觸導(dǎo)向裝置，獨(dú)立尋址系統(tǒng)的無人駕駛自動運(yùn)輸車。 AGV 是自動 導(dǎo)引車系統(tǒng)，它由若干輛沿導(dǎo)引路徑行駛，獨(dú)立運(yùn)行的 AGV 組成。 AGV 在計算機(jī)的交通管制下有條不紊地運(yùn)行，并通過物流系統(tǒng)軟件而集成于整個工廠的生產(chǎn)監(jiān)控與管理系統(tǒng)中。 應(yīng)用 AGV 具有很多特點(diǎn) : (1)AGV 十分方便地與其它物流系統(tǒng)實現(xiàn)自動連接，如各種緩沖站、自動積放鏈、升降機(jī)和機(jī)器人等；實現(xiàn)在工作站之間對物料進(jìn)行跟蹤；對輸送進(jìn)行確認(rèn)；按計劃輸送物料并有執(zhí)行檢查記錄：與生產(chǎn)線和庫存管理系統(tǒng)進(jìn)行在線連接以向工廠管理系統(tǒng)提供實時信息。 (2)采用 AGV 由于人工檢取與堆置物料的勞動力減少，操作人員無需為跟蹤物料而進(jìn)行大量 的報表土作，因而顯著提高勞動生產(chǎn)率。另外，非直接勞動力如物料倉庫會計員、AGV自動引導(dǎo)小車的設(shè)計 4 發(fā)料員以及運(yùn)貨車調(diào)度員的工作的減少甚至完全取消又進(jìn)一步減低了成本。 (3)AGV 運(yùn)輸物料時，很少有產(chǎn)品或生產(chǎn)設(shè)各的損壞，這是因為 AGV 按固定路徑行駛，不易與加工設(shè)備和其他障礙物碰撞。 (4)絕大多數(shù) AGV 的使用者均證明， 2 到 3 年從經(jīng)濟(jì)上均能收回 AGV 的投資成本。 (5)AGV 通過安裝在地面之下的電纜或其他不構(gòu)成障礙的地面導(dǎo)引物，其通道必要時可作其他用處。 (6)系統(tǒng)具有極高的可靠性。 AGV 由若干臺小車組成，當(dāng)一臺小車需要維修時，其它小車 的生產(chǎn)率不受影響并保持高度的系統(tǒng)可利用性。 (7)節(jié)約能源與保護(hù)環(huán)境。 AGV 的充電和驅(qū)動系統(tǒng)耗能少，能量利用率高，噪音極低對制造和倉儲環(huán)境沒有不良影響。 2 AGV 的總體設(shè)計 2.1 AGV 系統(tǒng)的構(gòu)成與結(jié)構(gòu) 2.1.1 AGV 系統(tǒng)技術(shù)的研究方向 導(dǎo)引技術(shù)：八十、九十年代，正當(dāng)國內(nèi)的一些院校廠所致力基于埋線電磁導(dǎo)引技術(shù)并剛開始應(yīng)用，基于 CCD 的光學(xué)磁帶識別、周邊圖像識別導(dǎo)引技術(shù)停滯不前之時，美國則以汽車行業(yè)為代表，應(yīng)用推廣了基于陀螺導(dǎo)航的定位技術(shù)，瑞典的 NDC 公司則推出了基于激光反射測角定位技術(shù)。近年來，出現(xiàn) 了激光測角與測距相結(jié)合的導(dǎo)引技術(shù)，其導(dǎo)引頭已經(jīng)商品化。導(dǎo)引技術(shù)的進(jìn)步，提高了行程路徑的柔性化，同時提高了停位精度，由 10毫米，縮小至 5 毫米，乃致 3 毫米。 GPS 定位導(dǎo)航技術(shù)則在大型（最大可達(dá) 40t） AGV上得到應(yīng)用。 移載技術(shù)：針對不同應(yīng)用需求，出現(xiàn)了背輥式，背鏈?zhǔn)剑仆焓?，牽引式，龍門式，側(cè)叉式、前叉式、后叉式、三向叉式、升降伸縮叉式等。由于移載技術(shù)，驅(qū)動技術(shù)、電池技術(shù)的進(jìn)步，促進(jìn)了載重 /自重比的大幅提高，由 1:4 提高到 1:1.2，即同樣載重量，先進(jìn)車型自重下降為落后車型的 1/4。使車輛移動的能耗成倍 降低，因而可以少裝電池，使 AGV的自重、功耗形成良性循環(huán)。 電池技術(shù)：由采用酸性電池，進(jìn)步到高能酸性電池，近年來，又開始采用高能堿性電池，提高環(huán)保性能，大幅提高了充、放電比，由充電時間 /放電時間為 1:1 提高到 1:12，大幅縮短了待機(jī)充電的時間。 智能化：在企業(yè)物流自動化技術(shù)中，現(xiàn)代 AGV 技術(shù)最具有智能化的特征，車載計算機(jī)的硬軟件功能日益強(qiáng)大不斷升級，使 AGV 及 AGV 系統(tǒng)具有從網(wǎng)絡(luò)、無線或紅外接收上位及客戶指令，自動導(dǎo)引，自動行駛，優(yōu)化路線，自動作業(yè)，交通管理，車輛調(diào)度，安全避碰，自動充電，自動診斷，實現(xiàn)了 AGV 的智能化，信息化，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、敏捷化、節(jié)能化、綠色化?，F(xiàn)代 AGV 是 24 小時不知疲倦的聰明小車（僅在任務(wù)間隙時隨機(jī)進(jìn)行短時充電），能主動、自序、有節(jié)拍按最安全、快捷的路線執(zhí)行作業(yè)。智能化的結(jié)果加上動力強(qiáng)勁，行駛速度可達(dá) 160 米 /分，反映在選用車輛臺數(shù)上成倍減少。 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文 5 2.1.2 AGV 的結(jié)構(gòu) AGV 由車載控制系統(tǒng)、車體系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、移載系統(tǒng)和安全與輔助系統(tǒng)組成。 車載控制系統(tǒng)，車載控制系統(tǒng)是 AGV 的核心部分，一般由計算機(jī)控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、操作面板及電機(jī)驅(qū)動器構(gòu)成 .計算機(jī)控制 系統(tǒng)可采用 PLC、單片機(jī)及工控機(jī)等。導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)導(dǎo)航方式不同可分為電磁導(dǎo)航、磁條導(dǎo)航、激光導(dǎo)航和慣性導(dǎo)航等不同形式 .通過導(dǎo)航系統(tǒng)能使 AGV 確定其自身位置，并能沿正確的路徑行走。通訊系統(tǒng)是 AGV 和控制臺之間交換信息和命令的橋梁，由于無線電通訊具有不受障礙物阻擋的特點(diǎn)，一般在控制臺和 AGV 之間采用無線電通訊，而在 AGV 和移載設(shè)備之間為了定位精確采用光通訊 .操作面板的功能主要是在 AGV 調(diào)試時輸入指令，并顯示有關(guān)信息，通過 RS232 接口和計算機(jī)相連接。 AGV 上的能源為蓄電池，所以 AGV 的動作執(zhí)行元件一般采用直流電動 機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)和直流伺服電機(jī)等。 車體系統(tǒng)：它包括底盤、車架、殼體和控制器、蓄電池安裝架等，是 AGV 的軀體，具有電動車輛的結(jié)構(gòu)特征。行走系統(tǒng)：它一般由驅(qū)動輪、從動輪和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)組成 .形式有三輪、四輪、六輪及多輪等，三輪結(jié)構(gòu)一般采用前輪轉(zhuǎn)向和驅(qū)動，四輪或六輪一般采用雙輪驅(qū)動、差速轉(zhuǎn)向或獨(dú)立轉(zhuǎn)向方式。移載系統(tǒng)：它是用來完成作業(yè)任務(wù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在不同的任務(wù)和場地環(huán)境下，可以選用不同的移載系統(tǒng)，常用的有滾道式、叉車式、機(jī)械手式等。安全與輔助系統(tǒng)：為了避免 AGV 在系統(tǒng)出故障或有人員經(jīng)過 AGV 工作路線時出現(xiàn)碰撞，AGV 一 般都帶有障礙物探測及避撞、警音、警視、緊急停止等裝置。另外，還有自動充電等輔助裝置?？刂婆_：控制臺可以采用普通的 IBM-PC 機(jī)，如條件惡劣時，也可采用工業(yè)控制計算機(jī)，控制臺通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接受主控計算機(jī)下達(dá)的 AGV 輸送任務(wù)，通過無線通訊系統(tǒng)實時采集各 AGV 的狀態(tài)信息。根據(jù)需求情況和當(dāng)前各 AGV 運(yùn)行情況，將調(diào)度命令傳遞給選定的 AGV。 AGV 完成一次運(yùn)輸任務(wù)后在待命站等待下次任務(wù)。如何高效地、快速地進(jìn)行多任務(wù)和多 AGV 的調(diào)度，以及復(fù)雜地形的避碰等一系列問題都需要軟件來完成。由于整個系統(tǒng)中各種智能設(shè)備都有各自的屬性 ，因此用面向?qū)ο笤O(shè)計的 C+語言來編程是一個很好的選擇。在編程時要注意的是 AGV 系統(tǒng)的實時性較強(qiáng)，為了加快控制臺和 AGV 之間的無線通訊以及在此基礎(chǔ)上的 AGV 調(diào)度，編程中最好采用多線程的模式，使通訊和調(diào)度等各功能模塊互不影響，加快系統(tǒng)速度。通訊系統(tǒng)：通訊系統(tǒng)一方面接受監(jiān)控系統(tǒng)的命令，及時、準(zhǔn)確地傳送給其它各相應(yīng)的子系統(tǒng)，完成監(jiān)控系統(tǒng)所指定的動作：另一方面又接收各子系統(tǒng)的反饋信息，回送給監(jiān)控系統(tǒng)，作為監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)調(diào)、管理、控制的依據(jù)。 由于 AGV 位置不固定，且整個系統(tǒng)中設(shè)備較多，控制臺和 AGV 間的通訊最適宜用無線 通訊的方式?？刂婆_和各 AGV 就組成了一點(diǎn)對多點(diǎn)的無線局域網(wǎng)，在設(shè)計過程中要注意兩個問題 :無線電的調(diào)制問題，無線電通訊中，信號調(diào)制可以用調(diào)幅和調(diào)頻兩種方式。在系統(tǒng)的工作環(huán)境中，電磁干擾較嚴(yán)重，調(diào)幅方式的信號頻率范圍大，易受干擾，而調(diào)頻信號頻率范圍很窄，很難受干擾，所以應(yīng)優(yōu)先考慮調(diào)頻方式。而且調(diào)幅方式的波特率比較低，一般都小于 3200Kbit/s，調(diào)頻的波特率可以達(dá)到 9600K bit/s 以上。通訊協(xié)議問題：在通訊中，通訊的協(xié)議是一個重要問題。協(xié)議的制定要遵從既簡潔又可靠的原則。簡潔有效的AGV自動引導(dǎo)小車的設(shè)計 6 協(xié)議可以減少控制器處理 信號的時間，提高系統(tǒng)運(yùn)行速度。 AGV 一般采用輪式驅(qū)動，具有電動車的特征。 AGV 小車能在地面控制系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度下，自動搬運(yùn)貨物，實現(xiàn)自動化的物料傳送。因其具有靈活性、智能化等特點(diǎn)，能夠方便地重組系統(tǒng)，達(dá)到生產(chǎn)過程中的柔性化運(yùn)輸之目的。較之傳統(tǒng)的人工或半人工的物料輸送方式， AGV 系統(tǒng)大大減輕了勞動強(qiáng)度和危險性，提高了工作效率，在機(jī)械、電子、紡織、卷煙、醫(yī)療、食品、造紙等行業(yè)都可以發(fā)揮作用。國外的 AGV 系統(tǒng)設(shè)計，應(yīng)用水平都比較高，應(yīng)用范圍也很廣泛。國內(nèi)的應(yīng)用相對少一些，但是在各方面的共同努力下，國內(nèi)的 AGV系統(tǒng) 的設(shè)計水平和應(yīng)用水平正在接近或趕超國際先進(jìn)水平。 AGV 系統(tǒng)由控制臺、通訊系統(tǒng)、地面導(dǎo)航系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、 AGV 和地面移載設(shè)備組成，如圖 2-1所示。 圖 2-1 AGV 系統(tǒng)示意圖 (AGV system diagram) 其中主控計算機(jī)負(fù)責(zé) AGV 系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的聯(lián)系與管理，它根據(jù)現(xiàn)場的物料需求狀況向控制臺下達(dá) AGV 的輸送任務(wù)。在 AGV 電池容量降到預(yù)定值后，充電系統(tǒng)給 AGV 自動充電。地面移載設(shè)備一般采用滾道輸送機(jī)、鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)等將物料從自動化倉庫或工作現(xiàn)場自動移載到 AGV 上，反之也可以將物 料從 AGV 上移載下來并輸送到目的地。 AGV、充電系統(tǒng)、地面移載設(shè)備等都可以根據(jù)實際需要及工作場地任意布置，這也體現(xiàn)了 AGV 在自動化物流中的柔性特點(diǎn)。 2.2 AGV 導(dǎo)航系統(tǒng) AGV 導(dǎo)航系統(tǒng)的功能是保證 AGV 小車沿正確路徑行走，并保證一定行走精度。 AGV的制導(dǎo)方式按有無導(dǎo)引路線分為三種：一是有固定路線的方式：二是半固定路線的方式，包括標(biāo)記跟蹤方式和磁力制導(dǎo)方式：三是無路線方式，包括地面幫助制導(dǎo)方式、用地圖上的路線指令制導(dǎo)方式和在地圖上搜索最短路徑制導(dǎo)方式。 固定路線的導(dǎo)引方式有電磁制導(dǎo)方式、光學(xué)控制帶制導(dǎo)方式 、激光制導(dǎo)方式和超聲波制導(dǎo)方式。 (1)電磁制導(dǎo)方式 該方法需在 AGV 行走的路線下埋設(shè)專用的電纜線，通以低頻正弦波電流，從而在電纜周圍產(chǎn)生磁場。 AGV 上的電磁感應(yīng)傳感器檢測到磁場強(qiáng)度，在小車沿線路行走時，輸出磁待命站 充電系統(tǒng) 地面設(shè)備 AGV 路徑 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文 7 場強(qiáng)度差動信號，車上控制器根據(jù)該信號進(jìn)行糾偏控制。該方法可靠性高，經(jīng)濟(jì)實用，是目前最為成熟且應(yīng)用最廣的導(dǎo)引方式。它的主要缺點(diǎn)是： AGV 路徑改變很困難，而且埋線對地面要求較高。 (2)光學(xué)控制帶導(dǎo)引方式 利用地面顏色與漆帶顏色的反差，漆帶在明亮的地面上涂為黑色，或在黑暗的地面上涂為白色。小車上裝備有發(fā)射 和接收功能的紅外光源，用以照射漆帶。小車上裝有光學(xué)檢測器，均勻分布在漆帶及兩側(cè)位置上，檢測不同的組合信號，以控制小車的方向，使其跟蹤路軌。可以采用模糊控制算法對小車進(jìn)行控制。該方法的缺點(diǎn)是：漆帶顏色需保持鮮明，否則光學(xué)傳感器檢測到的信號變?nèi)酢Ｒ虼?，則需要經(jīng)常對漆帶顏色進(jìn)行加深工作。 (3)激光制導(dǎo)方式 該方法是在 AGV 行走路徑的特定位置處，安裝一批激光 /紅外光束的反射鏡。在 AGV行駛過程中，車上的激光掃描頭不斷地掃描周圍環(huán)境，當(dāng)掃描到行駛路徑周圍預(yù)先垂直安好的反射板時，即“看見”了“路標(biāo)”。只要掃描到三個或 三個以上的反射板，即可根據(jù)它們的坐標(biāo)值以及各塊反光板相對于車體縱向軸的方位角，計算出 AGV 當(dāng)前在全局坐標(biāo)系中的 X, Y 坐標(biāo)和當(dāng)前行駛方向與該坐標(biāo)系 X 軸的夾角，實現(xiàn)準(zhǔn)確定位和定向。該導(dǎo)引方法的特點(diǎn)是，當(dāng)提供了足夠多反射鏡面和寬闊的掃描空間后， AGV 導(dǎo)引與定位精度十分高。該方法的缺點(diǎn)是成本昂貴，傳感器、反射裝置等設(shè)備安裝復(fù)雜，且計算也很復(fù)雜。 (4)超聲波制導(dǎo)方式 該方法類似于激光 /紅外測量方法，不同之處在于不需要設(shè)置專門的反射鏡面，而是利用一般的墻面或類似物體就能進(jìn)行引導(dǎo)，因而在特定環(huán)境下提供了更大的柔性和低 成本的方案。但由于反射面大，在制造車間環(huán)境下應(yīng)用常常有困難。 AGV 是智能化的移動機(jī)器人，是現(xiàn)代工業(yè)自動化物流系統(tǒng)的主要設(shè)備，也是機(jī)器人比賽的主要項目之一，是許多大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)重點(diǎn)研究的項目之一。設(shè)計出簡單易行的 AGV系統(tǒng)。 2.3 AGV 總體系統(tǒng) AGV 一般由車體、蓄電池、充電系統(tǒng)、驅(qū)動裝置、轉(zhuǎn)向裝置、精確停車裝置、車上控制器、通信裝置、信息采樣子系統(tǒng)、移載裝置和車體方位計算子系統(tǒng)等組成。車體由車架和相應(yīng)的機(jī)械電氣部件如減速箱、電機(jī)、車輪等組成，它是 AGV 的基礎(chǔ)部分。車架要從強(qiáng)度和剛度上滿足車體運(yùn)行和加 速時的要求，常用鋼構(gòu)件焊接而成，其外殼為 1mm3mm 的鋼板或鋁合金板，車架空間安置與驅(qū)動和轉(zhuǎn)向直接有關(guān)或重量較大的部件 (如蓄電池 )，以利于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計和降低車體重心，重心越低越有利于抗傾翻。板上常安置移載裝置、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、按鍵、顯示屏等。車體的前后部分還安裝安全擋圈和超聲波傳感器。 AGV 常采用 24V 或 48V 直流工業(yè)蓄電池為動力。蓄電池供電應(yīng)達(dá)到額定的安培小時值，一般應(yīng)保證 8h 以上的工作需要，對二班制工作環(huán)境則要求 17h 以上的供電能力 .蓄電池充電可采用隨機(jī)充電和全周期充電兩種方式。隨機(jī)充電采用可任 意充電的汽車免修蓄電池，在 AGV 的備用停泊站，無時間限制地隨時充電。全周期充電則要求 AGV 退出服務(wù)，AGV自動引導(dǎo)小車的設(shè)計 8 并進(jìn)入指定的充電區(qū)且當(dāng)蓄電池電荷降至指定范圍時方可充電。此類電池一般執(zhí)行 4h 連續(xù)充電， 2h 冷卻的規(guī)范。也有的 AGV 采用上述兩種充電方式相結(jié)合的方式。充電操作有自動、人工和快速更換的可抽拉式三種。 驅(qū)動裝置由車輪、減速器、制動器、電動機(jī)及速度控制器等部分組成。 AGV 驅(qū)動命令由計算機(jī)發(fā)出，驅(qū)動的速度與方向是兩個獨(dú)立的變量，它們分別由計算機(jī)控制。速度調(diào)節(jié)可采用不同的方法，如用脈寬調(diào)速或變頻調(diào)速等。 AGV 在直線行走、 拐彎和接近停位點(diǎn)時要求不同的車速，直線行走高速度常達(dá) lm/s，拐彎時為 0. 2m/s0. 6m/s，接近停位點(diǎn)時為0. lm/s。 AGV 的方向控制是由導(dǎo)引系統(tǒng)的方向信息通過轉(zhuǎn)向裝置來實現(xiàn)的。 AGV 通常被設(shè)計成三種運(yùn)動方式 :(1)只能向前； (2)能向前與向后； (3)能縱向、橫向、斜向及回轉(zhuǎn)四個方向的運(yùn)動。“智能”較高的 AGV 都有車上控制器，它類似于機(jī)器人控制器，用以對 AGV 進(jìn)行監(jiān)控?？刂破饔嬎銠C(jī)通過通信系統(tǒng)從地面站接受指令并報告自己的狀態(tài)。通?？刂破骺赏瓿梢韵鹿ぷ鳎菏謩涌刂?、安全裝置啟動、蓄電池狀態(tài)、轉(zhuǎn)向 極限、制動器解脫、行走燈光、驅(qū)動和轉(zhuǎn)向電機(jī)控制和充電接觸器等。某些 AGV 具有編程能力，允許小車離開導(dǎo)引路徑，駛向某個示教地點(diǎn)，完成任務(wù)后循原道返回到導(dǎo)引路徑上來。 AGV 的控制指令一般是由地面控制器 (車外 )發(fā)出， AGV 的狀態(tài)也通過通信系統(tǒng)送回地面控制器。通信系統(tǒng)有兩種 :連續(xù)方式和分散方式。連續(xù)通信系統(tǒng)允許 AGV 在任何時候和相對地面控制器的任何位置使用射頻方法或使用在導(dǎo)引路徑內(nèi)的通信電纜收發(fā)信息。如采用無線電、紅外激光的通信方法。分散式系統(tǒng)只是在預(yù)定的地點(diǎn) (通信點(diǎn) )如 AGV 停泊站等，在特定的 AGV 與地面控制器 之間提供通信。一般來說，這種通信是通過感應(yīng)或光學(xué)的方法來實現(xiàn)的。分散通信的一個明顯缺點(diǎn)是：如果 AGV 在兩通信點(diǎn)之間發(fā)生故障， AGV 將無法與地面控制站取得聯(lián)系。目前大多數(shù) AGV 系統(tǒng)都是采用分散式通信方式，因為其價格較便宜。 AGV 的安全系統(tǒng)既要實現(xiàn)對 AGV 的保護(hù)，又要實現(xiàn)對人，或?qū)ζ渌孛嬖O(shè)備的保護(hù)。其安全保護(hù)方法可歸納為兩類：接觸式和非接觸式兩種保護(hù)系統(tǒng)。對自由路徑 (無固定導(dǎo)引路徑 )型的 AGV，還要進(jìn)行車體方位的計算，它由車體方位計算子系統(tǒng)來完成。 AGV 的方位，即在總體坐標(biāo)系中的位置與方向，與車體左右輪的運(yùn) 動有一確定的關(guān)系，由此可計算出 AGV 的方位。該子系統(tǒng)的功能是根據(jù)采樣信息，通過積分運(yùn)算，實時計算出車體方位x(t)， y(t)和 (t) 。根據(jù)需要，將計算的方位信息通過串行通信傳送給車上控制器，然后再通過無線電通信傳送給地面監(jiān)控系統(tǒng)，以實現(xiàn)對 AGV 的監(jiān)控。地面監(jiān)控系統(tǒng)也可通過這一通信信路，對車體方位計算子系統(tǒng)進(jìn)行操作，如初始化、重置車體方位以消除累積誤差等。完成車體方位計算的基本輸入數(shù)據(jù)是車輪前進(jìn)或后退的距離，即通過對驅(qū)動車輪的電動機(jī)轉(zhuǎn)動角度的周期性采樣來獲取。 AGV 的導(dǎo)引方式可分為兩大類： (1)車外 固定路徑導(dǎo)引方式，在行駛的路徑上設(shè)置導(dǎo)引用的信息媒介物， AGV 通過檢測出它的信息來得到導(dǎo)引，如電磁導(dǎo)引、光學(xué)導(dǎo)引、磁帶導(dǎo)引 (又稱磁性導(dǎo)引 )等。 (2)自由路徑 (無固定路徑 )導(dǎo)引方式， AGV 上儲存著系統(tǒng)布局上的尺寸坐標(biāo)，通過識別車體當(dāng)前方位，自主地決定行駛路徑，這類導(dǎo)引方式也稱為車上軟件 編程路徑方式。 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文 9 綜合 AGV 的上述特點(diǎn)，再結(jié)合本次設(shè)計的具體要求，確定本次 AGV 的研制原則：即以最簡單形式、最少的成本、盡可能可靠的動作完成課題要求。 據(jù)此，形成機(jī)器人的基本控制思路：紅外傳感器取得反射信號送給單片機(jī)，通過 單片機(jī)對有無反射信號進(jìn)行處理，同樣超聲波傳感器也將信號傳給單片機(jī)，通過單片機(jī)對感應(yīng)時間進(jìn)行處理，結(jié)合路徑圖進(jìn)行綜合分析后輸出控制信號，控制信號通過控制電路放大、輸出到電機(jī)對小車動作進(jìn)行控制。整個控制流程中不用光電編碼器，即沒有電機(jī)運(yùn)動狀態(tài)的信息反饋，所有信息都由傳感器輸入，屬開環(huán)控制。邏輯圖如圖 2-2 所示。 圖 2-2 控制邏輯圖 (control logic diagram) 開環(huán)控制的優(yōu)點(diǎn)是信息源少，需要單片機(jī)分析的數(shù)據(jù)比較少，比較適合使用單片機(jī)作為控 制器，而缺點(diǎn)就是由于信息源單一，對輸入信息沒有糾錯能力，只要信息源出現(xiàn)錯誤就會出現(xiàn)狀態(tài)誤判。使用開環(huán)控制的前提就是要確保信息源的可靠性。 據(jù)此確定機(jī)器人的設(shè)計總體思路：通過紅外傳感器作為導(dǎo)航，單片機(jī)為控制器，電機(jī)差動式實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，根據(jù)預(yù)設(shè)路線，實現(xiàn) AGV 導(dǎo)航定位策略的方式及用最簡單的設(shè)置、最少的器械部件完成比賽的任務(wù)。需要部件如下表所列。 表 2-3 部件的數(shù)量 (The number of components) 名稱 數(shù)量 超聲波傳感器 1 紅外傳感器 4 車體 1 直流電動機(jī) 2 蓄電池 2 電源穩(wěn)壓模塊 1 控制電路 1 單片機(jī) 1 AGV自動引導(dǎo)小車的設(shè)計 10 3 AGV 小車的動力學(xué)建模 3.1 AGV 小車動力學(xué)結(jié)構(gòu) 自從 AGV 問世以來，人們在自動導(dǎo)引車的控制過程中一般滿足于基于運(yùn)動學(xué)的控制模型，而很少有人進(jìn)行基于動力學(xué)的控制設(shè)計等方面的內(nèi)容。事實表明，根據(jù) AGV 車體動力學(xué)模型，可以得到直接的電機(jī)輸入與行走、導(dǎo)向車輪轉(zhuǎn)速的非線性的耦合關(guān)系，將對指導(dǎo)車體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計、路徑規(guī)劃以及合理的路徑跟蹤控制規(guī)律設(shè)計有重要而且深遠(yuǎn)的意義。 由于 AGV 在實際問題中有較嚴(yán)格地面要求的環(huán)境中運(yùn)動，車速較低，限定了加速度的問題，而不會 發(fā)生明顯的車體“上跳”運(yùn)動的現(xiàn)象出現(xiàn)，故可以在二維空間來研究其動力學(xué)模型?，F(xiàn)以我以后輪為電機(jī)帶動齒輪來實現(xiàn)動力驅(qū)動的方式傳達(dá)力矩，前輪則為由電機(jī)直接帶動軸的轉(zhuǎn)動從而達(dá)到轉(zhuǎn)動的方式來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的 AGV