自动引导小车结构及控制系统设计.docx
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自动引导小车结构及控制系统设计
本科毕业论文(设计)
论文(设计)题目:
自动引导小车结构及控制系统设计
学院:
__机械工程
专业:
机械设计制造及其自动化_
班级:
_______
学号:
____
学生姓名:
______
指导教师:
____
2012年6月5日
诚信责任书
本人郑重声明:
本人所呈交的本科毕业论文(设计),是在导师的指导下独立进行研究所完成。
毕业论文(设计)中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等,均已明确注明出处。
特此声明。
论文(设计)作者签名:
日期:
2012.06.05
自动引导小车结构及控制系统设计
摘要
自动导引小车是一种无人操纵的物料搬运设备,是自动化工厂重要的运输工具之一。
本文旨在设计一款低价位的、适合在实验室运行的自动导引小车系统。
该系统主要由三部分组成,即硬件部分、机械部分和软件部分。
机械部分主要构成了自动导引小车的车体和驱动机构。
硬件部分是围绕主控芯片AT89C51展开设计的硬件电路,主要包括小车各个功能模块的硬件电路。
软件部分主要是对各个功能模块的编程,文章首先给出了自动导引小车系统的研究背景和设计思想,然后给出了整个系统的硬件、软件和机械设计思路及实现方法,并对其中的技术要点进行深入的分析,最后将各个功能模块进行整合从而实现自动循迹功能。
关键词:
自动导引小车系统,差速驱动,AT89C51,脉宽调制
TheDesignofAutomaticGuidedVehiclesSystem
ABSTRACT
AutomaticGuidedVehicleisakindofnomanipulationmaterialcarryequipment,whichisoneofthemostimportantconveyanceinautomaticenterprise.Thispaperisforthepurposeofdesigningakindoflow-costAutomaticGuidedVehiclesystem,whichsuitsthelaboratoryconditions.Thesystemismainlycomposedofthreeparts,namelythehardwarepart,themechanicalpartandthesoftwarepart.ThemechanicalpartmainlyconstitutesthebodyworkandthedrivingmechanismoftheAutomaticGuidedVehiclesystem.ThehardwarepartisacircuitboarddesignedaroundthehostAT89C51andcontainshardwarecircuitsofeachfunctionmoduleinAutomaticGuidedVehiclesystem.Thesoftwarepartismainlytoeachfunctionmoduleprogramming.ThispaperfirstexposedtheresearchbackgroundandthedesignthoughtofAutomaticGuidedVehiclesystem,thenthedesignconceiveandrealizationmethodofhardware,softwareandmechanicaldesign,andin-depthanalysisontechnologicalmainpoint,finallyintegrateeachfunctionmoduletorealizethefunctionofautomaticallyguiding.
Keywords:
AutomaticGuidedVehiclessystem,DifferentialDrive,AT89C51,PWM
第一章绪论
1.1AGV小车简介
AGV是AutomatedGuidedVehicle的简写,即自动导引小车。
根据美国物流协会的定义,AGV是指装备有电磁或光学等自动导引装置,能够沿着规定的导引路径行驶,具有安全保护以及各种移载功能的运输小车。
按照日本JISD6801的定义,AGV小车是以电池为动力源的一种自动操纵行驶的工业车辆。
它的主要特征表现为具有小车编程及系统控制管理功能,能在计算机的监控下,按指令自主驾驶,自动沿着规定的路径行驶,到达指定地点,完成一系列作业任务。
它除了在柔性制造系统和自动化工厂中用来组成高效,快捷的物流系统外,AGV还广泛应用于普通工厂进行货物转运,尤其适用于人员不宜进入的工厂场所。
AGV的应用可极大的提高生产自动化程度和生产效率。
AGV集环境感知,规划决策等功能于一体,属于智能车辆的范畴。
它综合应用了传感器、信号处理、计算机、自动控制、通讯和机械等多个学科的技术。
AGV与其它物流搬运系统相比具有以下优点:
(1)运行路径和目的地可由管理程序控制,机动能力强。
而且某些导向方式的线路变更十分方便灵活、设置成本低;
(2)工位识别能力和定位精度高,具有与各种加工设备协调工作的能力。
在通讯系统的支持和管理系统的调度下,可实现物流的柔性控制;
(3)载物平台可以采用不同的安装结构和装卸方式,能满足不同产品运送和加工的需要。
因此,物流系统的适应能力强;
(4)可装备多种声光报警系统,能通过车载障碍探测系统在碰撞到障碍物之前自动停车。
当其列队行驶或在某一区域交叉运行时,具有避免相互碰撞的自能力,不存在人为差错。
因此,AGV系统比其他物料搬运系统更加安全。
(5)AGV组成的物流系统不是永久性的,而是在给定的区域内设置。
与传统物料输送系统在车间内固定设置且不易变更相比,该物流系统的设置柔性强,并可以充分利用人行通道和叉车通道,从而改善车间的地面利用率;
(6)与其他物料输送方式相比,初期投资大,但运行费用大幅度降低,在产品类型和工位较多时这种优势体现得尤其明显;
(7)使用直流电源装置,低噪音、无污染、改善作业环境;
一般而言,AGV只有按物料搬运作业自动化、柔性化和准时化的要求,构成自动导引车辆系统的AGVS才能真正发挥出其强大的优势。
AGVS是以自主导引的AGV为运载主体并由自动导引系统,自动装卸系统,通讯系统,安全系统和管理系统等构成的复杂系统。
一般一个AGVS包含多台AGV设备,系统中各台AGV在主控计算机的统一管理下有条不紊的完成物料搬运任务。
1.2国内外AGV的发展概况
世界上第一台自动导引车由美国Basrrett电子公司于上世纪50年代开发成功,它是一种牵引式小车系统。
到了60年代末,由于欧洲公司对托盘的尺寸与结构进行了标准化,统一尺寸的托盘搬运促进了自动导引车在欧洲的迅速发展。
70年代,欧洲约装备了520个AGV系统,共有4800台导引车,1985年发展到一万台左右,数量高于美、日,为全球之首。
其应用领域分布为:
汽车工业(57%),柔性制造系统FMS(8%)和柔性装配系统FAS(35%)。
80年代,美国公司在欧洲技术的基础上将AGV发展到更为先进的水平,采用先进的计算机控制系统,运输量更大,移载时间更短,具有在线充电功能,保证24小时运行,小车和控制器可靠性更高。
日本在60年代引进了AGV技术,其第一家AGV工厂于1966年由一家运输设备供应厂与美国的Webb公司合资开设。
至80年代中期,日本的AGV制造公司已达20多家,累计安装了2300多个AGV系统,拥有5000多台AGV。
日本的AGV技术日趋成熟先进,制造规模也越来越大。
至1988年,日本AGV制造公司己达20多家,如大福、Fanuc、Murata(村田)公司等。
我国在70年代中后期引入了自动导引车技术,虽然起步较晚,但是对其的研究发展相当迅速。
1975年北京起重运输机械研究所完成我国第一台电磁导引定点通信的AGV,1989年北京邮政科学研究规划院完成我国第一台双向无线通信的AGV,该院在90年代已经进行AGV的批量生产,截至19%年已生产和正在制造的AGV达23台。
沈阳自动化所为沈阳金杯汽车厂生产了6台AGV,用于装配线的运输配送,是汽车工业中较成功的AGV应用,成都卷烟厂采取AGV用于仓库运输;沈阳新松公司研制的AGV己经通过了1509001国际质量认证;安徽合力股份有限公司制造的AGV目前在市场上占有很大份额。
以上投入实际应用的AGV大多为固定路径导引方式,而清华大学独立研制的“自由路径自动导向AGV”属于无固定路径导引的类型,在路径跟踪研究方向具有较高的水平。
另外香港城市大学智能设计自动化及制造研究中心研制的自动导航车和服务机器人,中国科学院沈阳自动化研究所的AGV,中国科学院自动化所自行设计制造的全方位移动式机器人视觉导航系统等产品都是自动导引车领域较为先进的研究成果。
当前我国越来越多的工厂、科研机构采用AGV为汽车装配、飞机制造、烟草、家用电器行业以及邮政报刊分拣输送、大型仓库、自动化仓储系统服务。
如上海金山化工厂、华宝空调器厂、哈尔滨飞机制造厂、上海新车站邮政枢纽等。
随着经济的发展,AGV在我国的应用领域和需求量将会快速增长,市场前景广阔。
目前我国在自动导引车领域的研究和制造技术水平与发达国家存在不小的差距,但总体发展速度很快,其关键技术正从低水平、满足功能型向高水平、经济实用型过渡,研发方式从仿制向自主开发过渡。
各大科研院所和部分高校都在不断加大技术投入,从不同的技术路线入手,在关键技术上有所创新和突破,形成了良性的导引车技术开发环境。
中国科学院沈阳自动化所、大连组合机床研究所、北京起重运输机械研究所、清华大学、国防科技大学、西安理工大学机械自动化研究所等科研院所都在进行不同类型AGV的研制并小批量投入生产。
1.3AGV自动引导车的发展趋势
从技术发展角度来说,自动导引车的发展趋势主要是从固定线路向可调整线路,从简单车载单元控制向复杂计算机系统控制,从定期通讯到实时通讯,从现场控制到远程图形监控,从低速轻载向高速重载,从单一AGV向AGV系统等方向发展。
从应用领域的发展来说,其趋势主要是从机械加工制造、装配生产线向自动化生产、物料搬运、物品仓储、商品配送等多行业发展。
同时,自动导引车只有按物料搬运作业自动化、柔性化和准时化的要求,与自动装卸系统、通讯系统、安全系统和管理系统等构成自动导引车系统((AGVS)才能真正发挥作用。
1.4自动引导车的关键技术
完整实用的导引车系统,必须具有精确的导航和感知能力以及可靠的运动系统,并具有理想的安全性与交互性。
导引车主要的智能指标为自主性、适应性和交互性。
自主性是指机器人能根据工作任务和周围环境情况,自动确定工作步骤和工作方式。
适应性是指机器人通过学习得到适应复杂工作环境的能力,不仅能识别和测量周围的物体,并能通过分析运行环境和所要执行的任务,做出正确的判断及相应的运行操作。
交互包括机器人与环境、机器人之间以及人机交互三种,涉及信息的获取与处理,是智能产生的基础。
在自动导引车的研究中,关键技术在于以下几个方面:
1.4.1传感技术
为使导引车正常工作,必须对其位置、姿态、速度和系统状态等进行监控,同时还要感知其所处工作环境的静态和动态信息,使得工作顺序和操作内容能够自动适应工作环境的变化。
有效地获取内部和外部信息,对导引车提高工作效率、节省能源和防止意外事故都是非常重要的,而这些信息需要利用各种传感器来获取。
传感器的
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- 自动 引导 小车 结构 控制系统 设计