开题报告 吴亮亮.doc

南京航空航天大学毕业设计（论文）开题报告题 目叉车式AGV结构设计学 院机电学院专 业机械工程及自动化学生姓名吴亮亮学号050610211指导教师钱晓明职称副教授毕设地点南京航空航天大学2010年 3月 22日1. 结合毕业设计（论文）课题任务情况，根据所查阅的文献资料，撰写15002000字左右的文献综述：一概述AGV是自动导引小车（Automated Guided Vehicle）的英文缩写。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，能够沿规定的导引路径行驶的运输小车，同时它还具有编程装置、安全保护装置以及各种移载功能。它以电池为动力，进行非接触式导引。它能够根据给定的起点和终点在无人干预的情况下，安全驶向指定的目标，从而完成各种给定的任务。AGV是一种自动化物料搬运设备，它具有自动化程度高、应用灵活、安全可靠、无人操作、施工简单及维修方便等诸多优点，因而广泛应用于汽车制造业、烟草行业、工程机械行业、机场等物资运输场所。AGV同时也广泛应用于柔性生产系统（FMS）、柔性搬运系统和自动化仓库中。AGV是现代物流系统的关键设备，它对于提高生产自动化程度和提高生产效率有着重要意义，AGV已成为物流自动化研究的热点之一。AGV的研制与开发涉及到计算机、自动控制、信息通讯、机械设计和电子技术等多个学科，是集光、机电及计算机于一体的高新技术。二AGV的发展、应用与特点2.1 AGV在国内外的技术发展与应用2.1.1 AGV国外的技术发展与应用在国外，1913年美国福特汽车公司将有轨引导的AGV代替输送机用于底盘装配上。1953年美国Barrett Electric公司制造了世界上第一台采用埋线电磁感应方式跟踪路径的自动导引车。直到20世纪60年代和70年代初，AGV仍采用这种导引方式。1955年，在英国首先出现了把AGV系统用于实用的生产线上。1959年，在美国首次出现了把AGV用于自动化仓库中。1973年瑞典VOLVO公司在KALMAR轿车厂和SKOVDE发动机厂都采用了上百台AGV进行装配作业。1982年，德国出现了世界上第一台无人叉车。1983年，欧洲安装了330台各种形式的AGV系统，而使用的AGV则多达3900多台。到了1990年，瑞典NDC公司开发了第四代AGV控制系统激光导引系统。2000年，比利时Egmin公司推出了激光导引与惯性导航、激光测角与测距相结合的导引控制技术。在国外，汽车制造业是AGV应用最早、用量最大的行业，约占AGV总销售量的30%。其次，AGV在印刷、造纸、新闻出版等重型搬运作业中以及食品、饮料、酿酒、制药、电子等洁净化车间应用也很多。1.2.2 AGV在国内的技术发展及应用与发达国家相比我国AGV的研究及应用起步较晚。国内AGV的技术来源主要有两种模式：一种是直接引进国外技术和产品，一种是自主研发。在直接引进国外技术与产品方面：1980年上海石化总厂从日本大福公司引进国内第一套AGV系统用于涤纶长丝作业。1996年玉溪卷烟厂引进韩国三星52台电磁导引AGV。在自主研发方面：1976年北京起重机械研究所研制出了我国第一台AGV。1988年原邮电部北京邮政科学技术研究所研制了邮政枢纽AGV。1991年起，中科院沈阳自动化研究所/新松机器人自动化股份有限公司研制了客车装配AGV系统。1992年天津理工学院研制了核电站用光学导引AGV。同时，昆明船舶设备研究所、吉林大学、清华大学、天津师范大学、北京易亨集团等也对AGV进行了研究开发。国内使用AGV比较多的行业主要有烟草行业和汽车行业。烟草行业由于利润丰厚，是AGV应用最多的领域，约占AGV销售总量的一半左右；AGV在汽车行业虽有应用但数量并不多，因为我国汽车企业规模小，利润比较薄；其他行业虽然也有AGV应用的需求，但是总体来看，国内AGV的应用范围还比较窄，技术和需求还不是很成熟，需要AGV的生产企业做进一步的引导，同时开发出适应不同行业的AGV系统以提高相应行业的生产自动化程度和生产效率。2.2 AGV的特点AGV的特点主要有如下几种：（1）无人驾驶，AGV上装有自动导向系统，可以保障系统在不需要人工引航的情况下就能够沿预定路线自动行使，将货物或物料自动从起始点运送到目的地。（2）柔性好，自动化程度高和智能化水平高，AGV的行使路径可以根据仓储货位的要求、生产工艺流程等改变而灵活改变，并且路径改变的费用与传统的输送带和刚性的传送带相比非常低廉。（3）AGV一般配备有装卸机构，可以与其它物流设备自动接口，实现货物或物料的装卸与搬运全过程自动化。（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，当其列队行使或在某一区域内交叉运行时，具有避免相互碰撞的自控能力，不存在差错。因此，AGVS比其它物料搬运系统更安全。（5）AGV具有清洁生产的特点，依靠自带蓄电池提供动力。运行过程中无噪声、无污染，可以应用在许多要求工作环境清洁的场所。（6）与其它物料输送方式相比，初期投资大，但可以大幅度降低运行费用，特别是在产品类型和工位较多时。三AGV的导引方式AGV的导引技术是AGV控制的核心技术。不同类型的AGV系统中采用的自动导引技术各不相同。AGV导引方式不仅决定着由其组成的应用系统的柔性，同时它也影响着系统运行的可靠性和组态费用。采用何种导引技术将直接影响到自动导引系统各方面的性能。了解各种自动导引技术的工作原理和特点，懂得不同导引技术构成AGV系统的优缺点，对于AGV的研制和选用都十分重要。AGV导引方式按照有无导引线路的形式主要分固定路径导引和自由路径导引两大类。各种导引技术的工作原理及优缺点如表1所示。表1：各种导引技术的工作原理及优缺点类型导引方式主要工作原理主要优缺点固定路径导引电磁导引在地槽中埋设电线，用交流频率发生器通以530KHZ的交变电流，形成沿导线扩展的交变磁场。利用电磁感应原理，通过AGV车体上的电磁传感器检测出电磁信号的强弱变化，引导AGV沿埋设的路线行驶。优点：技术很成熟，控制精度和可靠性较高，引线掩蔽，不易被污染和破损，对声光无干扰。缺点：施工时间长，费用高,路径的改变和扩充困难，复杂交叉路径及有钢筋地板的情况下难以实现。光学导引采用具有稳定反光率的色带确定行驶路径，通过车体上的光电传感器检测信号以调整车辆的行驶方向。优点：导向线路敷设费用低。缺点：要求地面平整，色带保持清洁完整。磁带导引采用磁带确定行驶路径，通过车体上的磁性传感器检测信号以确定车辆的行驶方向。优点：路径比较容易改变或扩充。缺点：易受环路周围金属物质的干扰，磁带易被污染，导引的可靠性较差。自由路径导引惯性导引采用陀螺仪检测AGV的方位角并根据从某一参考点出发所测定的距离来确定当前位置，通过与给定的路线进行比较来控制AGV的行驶方向。优点；技术先进，灵活性强，便于组合，柔性极好。缺点：陀螺仪对振动较敏感，另外可能需要辅助定位措施。激光导引AGV实时接收四周固定设置的反射镜片反射过来的激光信号，通过连续的三角几何运算来确定AGV的当前位置，引导AGV沿规定的路径行驶。优点：定位精度高；适合多种环境；适应复杂路径和狭窄通道。缺点：系统成本较高；扫描头需较高位置。超声波导引利用墙面或类似物体对超生波的反射信号进行定位导向。优点：无需设置反射镜面。缺点：当运行环境的反射情况较复杂时，应用十分困难。视觉导引通过CCD摄像机生成AGV周围场景的图象，与计算机系统中存储的环境地图进行特征匹配，从而可以确定出车体的当前位姿。优点：不要求人为设置任何物理路径，因而柔性较高；随着计算机图像采集、储存和处理技术的飞速发展，该种AGV的实用性越来越强。缺点：目前实时性较差，系统成本较高。GPS导引通过全球定位系统对非固定路面系统中的控制对象进行跟踪和制导。优点：适合室外远距离的跟踪和制导。缺点：精度取决于GPS的精度及控制对象周围环境等因素；技术还处于发展完善中，不够成熟。四AGV的构成AGV是AGVS中的最重要的组成部分，其主要结构按照功能可分为控制系统、驱动导向系统、通讯系统、车体移载系统、电池装置、安全系统和一些辅助机构等。4.1控制系统AGV的控制系统主要包括车载机以及配套的一些接口，控制系统是整个AGV的“大脑”，通过其导引方式来引导小车并判断AGV状态，确定AGV位置决定AGV工作目标和实施控制，与主控机保持实时通信、联络、接受其指令，可以说控制系统是小车行驶和进行作业的直接控制中枢。4.2驱动导向系统AGV的驱动导向系统包括行进系统和转向系统，是整个AGV的“四肢”。它的性能直接影响到车体运动性能，并在一定程度上影响到自动导向系统的动态调节性能。常用的驱动系统有三轮底盘、单前轮驱动/转向;三轮底盘、双后轮差速驱动/转向;四轮或六轮底盘、中间两轮差速驱动/转向等结构形式。在自动导向系统的控制下，AGV能沿着规定的导引线路运行，完成装卸料、充电等任务，从而完成物料的搬运。4.3车体系统车体系统包括底盘、车架、壳体和控制室等，是整个AGv的“躯体”。AGV底盘的结构决定了AGV驱动和转向方式，并限定了车体的主要运动特性和动力特性。设计良好的底盘其控制参数相差不多，一致性很好，系统调试简单方便。车架必须根据承载重量、所载货物形状、移载机构以及工厂布置状况等进行设计，以适应AGVS的需要，控制室用于放置整个AGV的控制系统和电源变换装置等，还具有屏蔽作用。4.4移载机构通常的AGV，它的物料装卸装置一般能完成水平方向移载，或者垂直方向的移载。本文研究的AGV系统中，AGV采用水平和垂直相结合的移载方式，即可垂直移动又可水平移动，再加上AGV行走机构的前后移动可以实现三维的立体输送。此种输送方式可以满足复杂应用环境的要求，具有较高的使用价值，移载机构的竖直方向的升降采用液压机构，其竖直方向误差精度可达2毫米，足以满足一般物流搬运场合的需要，水平方向的移载采用托滚输送机构可以方便地实现物料的搬运。4.5动力系统AGV是以蓄电池为动力源的，具有噪音低、污染小等许多优点。性能优良的蓄电池系统可以有效减小AGV的外形尺寸和自重，对AGV的工作时间也有着直接的影响，蓄电池特性对AGVS系统设计的影响很大。对于智能化高的AGv来说，当电力不足时，AGV能判断且自动行驶到指定位置的充电站进行自动充电，不需要人员进行电池的更换，使系统具有很高的智能化。4.6安全系统同其它自动化设备一样，安全装置是AGV最重要的组成部分之一。现代化的生产环境之中，人与各种机械设施处于同一环境中，AGV作为一种运动中的动作功能机械，其安全保障功能尤为重要。安全装置可以防止设备在运行中出错，除了保护AGV自身安全、维护AGV功能的顺利完成外，还在最大可能的范围内保护人员和运行环境设施的安全。AGVS中是多台小车同时工作的，需避免由于小车相互之间发生碰撞，而造成设备的损伤以及物流路线瘫痪，影响正常生产。五叉车式AGV从用途和结构来分AGV主要有：承载型AGV、牵引型AGV、叉车式AGV等。叉车式AGV，此类AGV又称自动叉车，有高度可变化的货叉，可以直接存取处于不同高度的货架和装卸站上的货物。一般需要使用辅助托盘或专用容器。出于不易定位等原因，自动叉车装卸物料的周期通常较长。六总结AGV 技术仍在发展中,随着现代高科技的进步,AGV 的性能与功能都将不断得到提高。AGV系统由于自身的技术优势,将适合更为广泛的工业或非工业需求,得到越来越广泛的应用。参考文献1、陈超, 叶庆泰. 基于图像引导的自动导引小车系统设计J. 机械设计与研究，2004.20(1) 2、宋立博, 李劲松, 费燕琼. 四轮差动驱动型AGV嵌入式运动控制器设计与研究J. 中国机械工程，2008(24)3、关宏，张智勇. 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