AGV自動(dòng)引導(dǎo)小車(chē)設(shè)計(jì)摘要隨著工廠自動(dòng)化、計(jì)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(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的廣泛應(yīng)用，AGV(AutomaticGuidedVehicle)即自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)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(dòng)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(dòng)力、裝有非接觸導(dǎo)引裝置的無(wú)人駕駛自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)載車(chē)，其自動(dòng)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(dòng)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(lái)越廣泛的應(yīng)用，對(duì)AGV的研究也具有十分重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。本文介紹了AGV在國(guó)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(jì)的課題要求。其研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)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(chē)體機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并根據(jù)小車(chē)的驅(qū)動(dòng)方式和工作要求，對(duì)底盤(pán)、電機(jī)、蓄電池等進(jìn)行了設(shè)計(jì)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(dòng)器，對(duì)傳感檢測(cè)電路和單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)：軟件方面，采用模塊化的編程方式來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能，并實(shí)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(duì)AGV小車(chē)的設(shè)計(jì)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(dòng)控制電路；行走策略；控制策略；串口通信AbstractWiththegrowingofFactoryAutomation,ComputerIntegratedManufactureSystemandextensiveapplicationofFlexibleManufactureSystem、AutomaticWarehouse,theapplicationfieldandtechnicallevelofAGVwhichcontactandadjustthediscretelogisticssystem,makethemissioncontinuous,hasgreatlyenlargedandimproved.AGVistheunmanneddriverautomaticguidedvehiclewhichhasitsuntouchedguidedequipment,itscontrolcenteristhemicrocontrollerandstoragebatteryisdrivingpower,itsbasicfunctionofautomaticactionisguideddriving,recognizingtheaddresstostoppreciselyandremovetheload.Asthevalidmeasureofcontemporarylogisticsprocessingautomationandthekeyequipmentofflexiblemanufacturesystem,theAGVhasalreadygotmoreandmoreextensiveapplication,sothattheresearchonAGVhasveryimportanttheorymeaningandrealisticmeaning.ThedissertationintroducedtheapplicationsanddevelopmentsofAGVathomeandabroad.Combiningwiththerequestofthisgraduationprojecttopic,wedesignedawholeinfraredrayguidedvehicle.Themainworkinthisdissertationwasarrangedasfollows:theconstitutionofAGVsystem,thepathguidedmeansandtheirprincipleswerediscussed.Accordingtotherequestsofthetopic,infraredraysguidedmethodwasusedintheAGVsystem.ThedesignofAGVmechanicalstructurewasintroduced,intermsofdrivingmannerandworkingrequests,thetypeofthechassis,electricalmotorandstoragebatteryetc.waschosenanddesigned.AccordingtothecontrolandthecraftworkrequestsoftheAGVS,thetotalframestructureofcontrolsystemwasdesigned.Abouthardware,therightsensor,MCUandmotorcontrollerhadbeenchosen,thesensingcircuitsandMCUcontrollinghardcircuitswasdesigned,aboutsoftware,toachievemanysystemfunctions,andtorealizeserialcommunicationbetweentheMCUandmotorcontroller,blockingprogrammingmethodwasemployed.Onthebaseofsummarizingthedissertation,thedevelopmentprospectofAGVresearchwasputforward.Keywords：AGV；Infraredraysguided；Driveandcontrolcircuit；Runningstrategy；Controlstrategy；Serialcommunication.目錄摘要................................................................................11引言................................................................................11.1問(wèn)題的提出及研究意義..........................................................11.1.1問(wèn)題的提出..............................................................11.1.2研究意義................................................................11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀................................................................21.3自動(dòng)引導(dǎo)小車(chē)的定義及特點(diǎn).......................................................32AGV的總體設(shè)計(jì).......................................................................42.1AGV系統(tǒng)的構(gòu)成與結(jié)構(gòu)...........................................................42.1.1AGV系統(tǒng)技術(shù)的研究方向...................................................42.1.2AGV的結(jié)構(gòu)...............................................................52.2AGV導(dǎo)航系統(tǒng)...................................................................62.3AGV總體系統(tǒng)...................................................................73AGV小車(chē)的動(dòng)力學(xué)建模................................................................103.1AGV小車(chē)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)............................................................103.2車(chē)體運(yùn)動(dòng)建模.................................................................113.3驅(qū)動(dòng)后輪運(yùn)動(dòng)建模.............................................................123.4車(chē)體整體的動(dòng)力學(xué)建模..........................................................134AGV機(jī)械部分主要零件的選取..........................................................144.1伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選取及參數(shù)......................................................144.1.1電機(jī)的計(jì)算..............................................................174.1.2電機(jī)的控制參數(shù).........................................................184.2軸的設(shè)計(jì)和參數(shù)的計(jì)算.........................................................194.2.1減速器的使用范圍及選取..................................................204.2.2驅(qū)動(dòng)后輪軸的設(shè)計(jì).......................................................204.3軸的受力分析及校核............................................................224.4齒輪的設(shè)計(jì)與選取..............................................................244.5傳感器的選用..................................................................254.5.1紅外傳感器尋跡.........................................................254.5.2超聲波傳感器避障原理....................................................265驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì).................................................................275.1驅(qū)動(dòng)方式的選擇...............................................................275.2傳感器的布置.................................................................285.3電機(jī)與行走系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置.....................................................295.4電源部分選擇.................................................................306控制系統(tǒng)...........................................................................316.1電源及驅(qū)動(dòng)芯片模塊...........................................................316.2電路的設(shè)計(jì)及行走策略.........................................................316.3控制策略.....................................................................337結(jié)語(yǔ)................................................................................35參考文獻(xiàn).............................................................................36致謝...............................................................................37中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院2012屆畢業(yè)論文11引言1.1問(wèn)題的提出及研究意義1.1.1問(wèn)題的提出AGV(AutomaticGuidedVehicle)——自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)是上世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的智能搬運(yùn)型機(jī)器人。AGV是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化物流系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，它是以電池為動(dòng)力，裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)航裝置，能夠獨(dú)立自動(dòng)尋址，并通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制，完成無(wú)人駕駛及作業(yè)的設(shè)備。自從1913年美國(guó)福特汽車(chē)公司使用有軌底盤(pán)裝配車(chē)，1954年英國(guó)采用地下埋線(xiàn)電磁感應(yīng)導(dǎo)向車(chē)以來(lái)，到九十年代全世界擁有AGV(AutomatedGuidedVehicles)10萬(wàn)臺(tái)以上。近年來(lái)，自動(dòng)化技術(shù)呈現(xiàn)加速發(fā)展的趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)和自動(dòng)化柔性裝配線(xiàn)進(jìn)入發(fā)展與普及階段。其中，在自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)與生產(chǎn)車(chē)間之間，各工位之間，各段輸送線(xiàn)之間，AGV起了無(wú)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(xiàn)具有施工簡(jiǎn)單、路徑靈活，不占用空間、較好的移動(dòng)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(gè)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(chǎng)機(jī)遇開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品將是企業(yè)贏得競(jìng)爭(zhēng)的主要手段。要減小生產(chǎn)成本對(duì)生產(chǎn)批量的依賴(lài)，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(shí)，可實(shí)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(dòng)導(dǎo)向小車(chē)((AutomatedGuidedVehicle簡(jiǎn)稱(chēng)AGV)是移動(dòng)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(lái)儲(chǔ)運(yùn)各類(lèi)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(lèi)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(duì)簡(jiǎn)單；另一種是自由路徑AGV，由于沒(méi)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(gè)有待解決的技術(shù)難題。在以往的生產(chǎn)線(xiàn)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(xiàn)，而且生產(chǎn)車(chē)間的裝置不能隨意移動(dòng)。隨著生產(chǎn)車(chē)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(chē)間的布局變化后，只要及時(shí)改變規(guī)劃系統(tǒng)的軟件參數(shù)即可滿(mǎn)足路徑規(guī)劃要求。資料顯示：在產(chǎn)品生產(chǎn)的整個(gè)過(guò)程中，僅僅有5%的時(shí)間是用于加工和制造，剩余的95%都用于儲(chǔ)存、裝卸、等待加工和輸送:在美國(guó)，直接勞動(dòng)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(chǔ)存、運(yùn)輸所占的費(fèi)用卻占生產(chǎn)成本的40%。因此，AGV自動(dòng)引導(dǎo)小車(chē)的設(shè)計(jì)2目前世界各工業(yè)強(qiáng)國(guó)普遍把改造物流結(jié)構(gòu)、降低物流成本作為企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)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(dòng)導(dǎo)引小車(chē)AGV適應(yīng)性好、柔性程度高、可靠性好、可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和搬運(yùn)功能的集成化和自動(dòng)化，在各國(guó)的許多行業(yè)都得到廣泛的應(yīng)用。目前，在我國(guó)某些汽車(chē)、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(lái)看，大都采用屬于固定路徑導(dǎo)向范疇的電磁導(dǎo)引AGV，無(wú)固定路徑自主導(dǎo)向的AGV由于諸多問(wèn)題未能完全解決，還沒(méi)有達(dá)到實(shí)用。因此進(jìn)行自山路徑導(dǎo)向式AGV的研究，不僅對(duì)敏捷物流設(shè)備的研制和應(yīng)用有現(xiàn)實(shí)的工程意義，而且對(duì)移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃有重要的理論意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀世界上第一臺(tái)AGV是美國(guó)Basrrett電子公司于20世紀(jì)50年代開(kāi)發(fā)成功的，它是一種牽引式小車(chē)系統(tǒng)。小車(chē)中有一個(gè)真空管組成的控制器，小車(chē)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(chǎng)中也占有相當(dāng)?shù)姆蓊~。在這個(gè)時(shí)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(duì)托盤(pán)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，WognerHJC，ACS，BT.CFC，F(xiàn)ATA，Saxby，Denford和Blecbert等。70年代中，歐洲約裝備了520個(gè)AGV系統(tǒng)，共有4800臺(tái)小車(chē)，1985年發(fā)展到一萬(wàn)臺(tái)左右，為美、歐、日之首。在機(jī)械制造行業(yè)的應(yīng)用為：汽車(chē)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(guò)在美國(guó)的歐洲公司以許可證與合資經(jīng)營(yíng)的方式轉(zhuǎn)移到美國(guó)。芝加哥的Keebler分發(fā)中心從歐洲引進(jìn)直接由計(jì)算機(jī)控制的AGV1981年John公司將AGV連接到AS/RS，以提供在制造過(guò)程中物料自動(dòng)輸送和跟蹤。1984年，通用汽車(chē)公司便成為AGV的最大用戶(hù)，1986年已達(dá)1407臺(tái)(包括牽引式小車(chē)、叉式小車(chē)和單元裝載小車(chē))，1987年又新增加1662臺(tái)。美國(guó)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(jì)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(shí)問(wèn)更短，具有在線(xiàn)充電功能，以便24小時(shí)運(yùn)行，小車(chē)和控制器可靠性更高。此時(shí)美國(guó)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(guó)的Webb公司合資開(kāi)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(jì)安裝了2312個(gè)AGV系統(tǒng)，擁有5032臺(tái)AGV。國(guó)內(nèi)自主研發(fā)方面：六十年代開(kāi)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(dòng)搬運(yùn)車(chē)是最早的實(shí)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(yáng)自動(dòng)化所與新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司為沈陽(yáng)金杯汽車(chē)公司總裝線(xiàn)上設(shè)計(jì)的九臺(tái)自動(dòng)裝配系統(tǒng)，并于1996年獲得國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步三等獎(jiǎng)，是當(dāng)時(shí)國(guó)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(wú)人自動(dòng)車(chē)