自动导引小车（AGV）的研究和应用【25800字】【优秀机械毕业设计论文】

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关键词：: 自动导引小车 agv 研究钻研以及应用利用运用优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份,41页,25800字左右.
任务书.doc
开题报告.doc
外文翻译.doc
文献综述.doc
指导教师评阅书.doc
诚信承诺书.doc

任务书

毕业设计（论文）题目自动导引小车(AGV)的研究和应用
毕业设计（论文）主要内容和要求：
自动导引小车（Automatic Guided Vehiele，AGV），它是在计算机的控制下，经磁或激光等导向装置引导并沿程序设定路径运行完成作业的无人驾驶自动小车。它为现代制造业、现代物流提供了一种高度柔性化和自动化的运输方式。
本文介绍了导航系统，小车的动力学建模，部分主要机械零件的选取，轴的设计和参数的计算，驱动转向系统的设计和控制系统。后轮由伺服电机、齿轮传动系统来驱动，前轮伺服电机驱动，以实现转向。本论文主要进行AGV小车的研究和应用。
毕业设计（论文）主要参考资料：
[1] 朱江.AGV车载控制原理研究[J].计算机控制，2006.
[2] 蔡涛.AGV的超声波定位与避障研究[D].陕西:西安理工大学，2008.
[3] 于洋.AGV及其控制器设计与开发[J].检测技术与自动化装置，2008.
[4] 潘明华.盾构自动导向系统的研究与实现[J].机械电子工程，2005.
[5] 陈鲁华.基于CAN总线的网络化PLC技术研究与实现[J].机电控制及自动化，2003.
[6] 沈颖.激光导引AGV车载控制系统研究[M].安徽：合肥工业大学.2007.
[7] 黄霞.嵌入式自动导引小车AGV系统研究与设计[M].控制理论与控制工程，2009.
[8] 管一兵.直线行走式智能监控小车的精确定位方法研究[M].电力电子与电力传动，2008.
[9] 肖一帆.全桥驱动的自导引小车AGV动力学建模及其运动研究[J].上海：同济大学，2007.
[10] 吴亮亮.自动导向小车AGV无接触供电关键技术研究[J].计算机集成与柔性制造，2010.
[11] 张勇波.自动引导小车AGV路径跟踪控制策略的研究[J].湖北：武汉理工大学，2006.
[12] 叶甲秋.自动引导小车AGV驱动系统辨识与动态特性分析[J].柔性制造技术，2010.
[13] 嘉红霞，集装箱装卸桥PLC控制系统中若干通信问题的研究[J].机械电子工程，2002.
[14] 李辛.基于无线定位的AGV导航、控制研究及模拟系统的研制[J].通信与信息系统，2006.
[15] Chu Jiangwei,Shi Shuming,Guo Lie,Wang Rongben,Ma Guosheng. Visual guidance of two differential steering AGV design and key technologies. Proceedings of the 4th International Conference on Material Handling & Logistics Systems,2002.
毕业设计（论文）应完成的主要工作：
1.毕业设计任务书
2.毕业设计开题报告
3.毕业设计文献综述
4.毕业设计的翻译文章及外文原文
5.毕业论文
6.相关图纸

毕业设计（论文）进度安排：
序号毕业设计（论文）各阶段内容时间安排备注
1 查阅资料并撰写毕业设计开题报告 2011.12.10-2011.12.20
2 指导教师审核开题报告,学生根据指导老师意见做进一步修改 2011.12.21-2011.12.22
3 系里组织开开题报告会 2011.12.21-2011.12.22
4 由指导老师指导查阅资料，并翻译外文资料 2011.12.23-2011.12.31
5 撰写文献综述，经指导老师审阅后着手毕业论文的写作 2012.01.01-2012.01.20
6 开始编写毕业设计工作计划，进入毕业设计的撰写 2012.01.21-2012.03.06
7 整改论文 2012.04.29-2012.04.30
8 毕业设计答辩 2012.05.05-2012.05.19

开题报告

毕业设计（论文）题目自动导引小车(AGV)的研究和应用
开题报告（阐述课题的目的、意义、研究现状、研究内容、研究方案、进度安排、预期结果、参考文献等）
课题目的意义：
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。
研究方法：
通过阅读资料，对国内自动引导小车AGV的机械结构、控制方法充分的研究，结合设计要求和控制要求，研究、设计自动引导小车AGV的总体构成和执行机构，用三维CAD对机械进行研究，并运行动画模拟，防止运动干涉。
运动控制方面：利用电磁轨道来设立其行进路线，电磁轨道黏贴于地板上，自动引导小车则依循电磁轨道所带来的信息进行移动与动作。
研究现状：
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。
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。
研究内容：
自动导向搬运车AGV是生产车间级物流自动化流转设备之一，为普通型和智能型两种。智能型AGV在车载计算机控制系统中储存有全部运行路线和线路区段控制的信息，小车只需要知道目的的和所要完成的任务，便可以自动选择最佳路线完成规定的任务。固定路径导向是指在固定的线路上设置导向信息媒介，AGV小车检测出其导向信息，然后按此导向信息控制其行驶方向。本文是研究AGV的常见结构，拉到理论应用的内容。
研究方案：
为使自动导引小车成功地完成一项任务，最主要的是如何使小车在复杂的环境中以较小的代价到达目的地。要完成以下几项工作，即：
1.从环境中得到自动导引小车周围的障碍物信息及其他相关信息；
2.根据内部及外部传感器来回答小车当前处于环境中的什么位置；
3.根据小车的当前位置和当前信息确定行动策略；
4.产生合适的驱动信号使小车运动在预定的轨迹上。
这四项工作的完成对于在实时环境中运动的小车来说是缺一不可的，于此相对应的技术即为传感器技术、自定位技术、规划决策技术和运动控制技术。

进度安排
2011.12.10-2011.12.20 查阅资料并撰写毕业设计开题报告
2011.12.21-2011.12.22 指导教师审核开题报告,学生根据指导老师意见做进一步修改
2011.12.21-2011.12.22 系里组织开开题报告会
2011.12.23-2011.12.31 由指导老师指导查阅资料，并翻译外文资料
2012.01.01-2012.01.20 撰写文献综述，经指导老师审阅后着手毕业论文的写作
2012.01.21-2012.03.06 开始编写毕业设计工作计划，进入毕业设计的撰写
2012.04.29-2012.04.30 整改论文
2012.05.05-2012.05.19 毕业设计答辩
预期结果：
根据AGV系统的控制和工艺要求，确定了控制系统的总体框架结构，使得智能型AGV在车载计算机控制系统中储存有全部运行路线和线路区段控制的信息，小车可以自动选择最佳路线完成规定的任务。让AGV小车检测出在固定的线路上的导向信息，然后按此导向信息控制其行驶方向。针对现有AGV的引导方式的一些不足加以改进并完善，其中主要对地形影响，车速影响，位置信息确定等几个突出问题进行一些针对行研究，撰写论文，以供研究。

参考文献：
[1] 朱江.AGV车载控制原理研究[J].计算机控制，2006.
[2] 蔡涛.AGV的超声波定位与避障研究[D].陕西:西安理工大学，2008.
[3] 于洋.AGV及其控制器设计与开发[J].检测技术与自动化装置，2008.
[4] 潘明华.盾构自动导向系统的研究与实现[J].机械电子工程，2005.
[5] 陈鲁华.基于CAN总线的网络化PLC技术研究与实现[J].机电控制及自动化，2003.

AGV自动引导小车设计
摘要
随着工厂自动化、计算机集成制造系统技术的逐步发展以及柔性制造系统、自动化立体仓库的广泛应用，AGV(Automatic Guided Vehicle)即自动导引车作为联系和调节离散型物流系统以使其作业连续化的必要的自动化搬运装卸手段，其应用范围和技术水平得到了迅猛的发展。
AGV是以微控制器为控制核心、蓄电池为动力、装有非接触导引装置的无人驾驶自动导引运载车，其自动作业的基本功能是导向行驶、认址停准和移交载荷。作为当代物流处理自动化的有效手段和柔性制造系统的关键设备，AGV已经得到了越来越广泛的应用，对AGV的研究也具有十分重要的理论意义和现实意义。
本文介绍了AGV在国内外的发展现状和应用情况，在此基础上，结合毕业设计的课题要求。其研究内容主要包括以下几个方面：论述了AGV系统的组成、路径导引方式及原理。
介绍了AGV车体机械结构的设计，并根据小车的驱动方式和工作要求，对底盘、电机、蓄电池等进行了设计和选型。根据AGV系统的控制和工艺要求，确定了控制系统的总体框架结构。硬件方面，选择合适的传感器、单片机以及电机驱动器，对传感检测电路和单片机控制系统硬件电路进行了设计：软件方面，采用模块化的编程方式来实现系统的各种功能，并实现了单片机与电机控制器之间的串口通信。在总结全文的基础上，对AGV小车的设计和研究提出了展望。
关键词：AGV；激光导引；单片机；驱动控制电路；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.

目录
摘要 1
1 引言 1
1.1 问题的提出及研究意义 1
1.1.1 问题的提出 1
1.1.2 研究意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3自动引导小车的定义及特点 3
2 AGV的总体设计 4
2.1 AGV系统的构成与结构 4
2.1.1 AGV系统技术的研究方向 4
2.1.2 AGV的结构 5
2.2 AGV导航系统 6
2.3 AGV总体系统 7
3 AGV小车的动力学建模 10
3.1 AGV小车动力学结构 10
3.2 车体运动建模 11
3.3 驱动后轮运动建模 12
3.4车体整体的动力学建模 13
4 AGV机械部分主要零件的选取 15
4.1伺服驱动电机的选取及参数 15
4.1.1电机的计算 18
4.1.2 电机的控制参数 19
4.2 轴的设计和参数的计算 20
4.2.1减速器的使用范围及选取 21
4.2.2 驱动后轮轴的设计 21
4.3轴的受力分析及校核 23
4.4齿轮的设计与选取 25
4.5传感器的选用 26
4.5.1 红外传感器寻迹 26
4.5.2超声波传感器避障原理 27
5 驱动转向系统的设计 28
5.1 驱动方式的选择 28
5.2 传感器的布置 29
5.3 电机与行走系统的驱动装置 30
5.4 电源部分选择 31
6 控制系统 32
6.1 电源及驱动芯片模块 32
6.2 电路的设计及行走策略 33
6.3 控制策略 34
7结语 36
参考文献 37
致谢 38

内容简介：: 中国地质大学长城学院毕业设计（论文）专家评阅书学生姓名蔡杰轩学号 05208337 班级机制三班指导教师徐鹏云职称讲师单位河北农大设计（论文）题目自动导引小车 (研究和应用对论文的评语（包括选题意义，引用资料，实验结果及数据的准确性，论文的创新点及写作的规范性、逻辑性，论文的不足之处等）：是否同意安排论文答辩（论文成绩）：论文成绩：评阅专家（签名）：年月日中国地质大学长城学院毕业设计（论文）任务书学生姓名蔡杰轩学号 05208337 班级 08 级机械设计制造及其自动化 3 班指导教师徐鹏云职称讲师单位河北农业大学毕业设计（论文）题目自动导引小车 (研究和应用毕业设计（论文）主要内容和要求：自动导引小车（它是在计算机的控制下，经磁或激光等导向装置引导并沿程序设定路径运行完成作业的无人驾驶自动小车。它为现代制造业、现代物流提供了一种高度柔性化和自动化的运输方式。本文介绍了导航系统，小车的动力学建模，部分主要机械零件的选取，轴的设计和参数的计算，驱动转向系统的设计和控制系统。后轮由伺服电机、齿轮传动系统来驱动，前轮伺服电机驱动，以实现转向。本论文主要进行车的研究和应用。毕业设计（论文）主要参考资料： 1 朱江载控制原理研究 J2006. 2 蔡涛超声波定位与避障研究 D西安理工大学， 2008. 3 于洋其控制器设计与开发 J 2008. 4 潘明华 J2005. 5 陈鲁华线的网络化术研究与实现 J2003. 6 沈颖载控制系统研究 M肥工业大学 7 黄霞统研究与设计 M2009. 8 管一兵 M2008. 9 肖一帆力学建模及其运动研究 J济大学， 2007. 10 吴亮亮接触供电关键技术研究 J2010. 11 张勇波径跟踪控制策略的研究 J汉理工大学， 2006. 12 叶甲秋动系统辨识与动态特性分析 J2010. 13 嘉红霞，集装箱装卸桥制系统中若干通信问题的研究 J2002. 14 李辛航、控制研究及模拟系统的研制 J2006. 15 a of GV of 002. 毕业设计（论文）应完成的主要工作：毕业设计（论文）进度安排：序号毕业设计（论文）各阶段内容时间安排备注 1 查阅资料并撰写毕业设计开题报告 2 指导教师审核开题报告 ,学生根据指导老师意见做进一步修改 3 系里组织开开题报告会 4 由指导老师指导查阅资料，并翻译外文资料 5 撰写文献综述，经指导老师审阅后着手毕业论文的写作 6 开始编写毕业设计工作计划，进入毕业设计的撰写 7 整改论文 8 毕业设计答辩课题信息：课题性质：设计论文课题来源：教学科研生产其它发出任务书日期：指导教师签名：年月日教研室意见：教研室主任签名：年月日学生签名：中国地质大学长城学院本科毕业论文外文资料翻译系别：工程技术系专业：机械设计制造及其自动化姓名：蔡杰轩学号： 05208337 2011 年 12 月 31 日 2 外文资料翻译译文自动引导小车是中国轻型电动车的产业化进程的一项新型技术。它将拉开无人驾驶自动小车电动化的关键序幕。随着商业实践和理论探索的深入，一条 “ 从轻型电动车到自动引导小车 ” 的技术路线越来越清晰，可行性明显，如果得以实现，将是中国企业家和科技工作者展示他们才能的重要平台，也是中国在能源紧缺背景下走出一条可持续发展道路的重要选择之一。自动引导小车成本低廉，其作为替代型的人类工作工具具有现实而庞大的市场。尽管从性能上自动引导小车会低于传统人工作业的电动车，但它所面对的市场不是传统的使用人群，而是一些与现代所接轨的无人操作的自动车，这就是中国发展微型电动车的市场基础，可以说，它是前所未有的。从产业基础看，中国已经形成了全球最大的轻型电动车生产能力，不仅具有完整、高效的产业体系，技术水平领先全球，而且正处于在需求驱动下高速增长的投资扩张期，中国完全有条件把握这一战略性机遇，率先实现从传统工作直接向以电动技术为基础的新型无人工作微型电动小车的升级。在技术可行性方面，一旦中国式的微型自动车商业化进程启动，与之相关的各种关键技术产业在市场的强烈刺激下必然迅猛发展，在电池技术、电机技术、控制器技术、轻量化车架技术等等技术领域会涌现出一系列巨大的自主技术创新成果。过去几年，中国轻型电动车在储能技术水平、驱动技术进步、驱动控制技术和能量回收技术、电池管理系统和快速充电技术等方面所取得的技术领域的巨大成就，在提升到 “ 微型电动车 ”时可以直接发挥作用。轻型电动车的发展对中国社会经济的长远发展具有多方面的重要意义。然而现实生活中这些重要性不仅没有得到应有的重视，轻型电动车及其所推动的新型交通模式，与传统管理体制和标准之间的冲突还在不断加剧，并成为制约行业健康发展最重要的障碍。更新观念，调整政策，修正标准，创造一个促进中国轻型电动车产业健康持续发展的大环境，已成为当务之急。轻型电动车的这种尴尬地位，一方面导致企业为了使自己的产品获得上路权，都在想方设法向电动自行车国家标准靠拢，将许多其他类型的轻型电动车产品冠上 “ 电动自行车 ” 的名称，鱼目混珠。另一方面，市场需求潜力巨大的轻型电动车产品游离于国家标准之外，无法获得合法上路权，一旦被执法部门查处将面临严厉处罚，企业的经营风险巨大。标准滞后同时约束了企业的生产理念，制约了企业的技术创新。由于缺乏评价产品质量好坏的技术依据，造成市场上的轻型电动车产品质量参差不齐，消费者选择盲目。另外，质量监管部门缺乏有效的执法依据，造成执法困难，产生质量监管真空。同时，某些现有标准存在技术问题又造成执法行为存在偏差，而某些涉及安全、卫生、环保等方面标准的缺失，也会造成产业的发展背离当前经济发展方向。政策的正确或者错误对经济运行的影响非常大，积极的鼓励政策会产生极大的激励作用。因此，国家决策部门的重要作用在于政策导向，而不在于资金的直接投入，政策导向可以诱导出巨大的生产力和消费活力。良好的政策环境才是轻型电动车产业健康发 3 展之路。首先，对于通过民间力量，依靠市场需求发展起来的轻型电动车产业，不要再限制，以充分尊重消费者合理需要和尊重产业技术发展规律为前提准则，迅速修改产品技术标准，规范安全技术条件，还企业以正常的经营环境。其次，对于有些地方管理部门以各种理由制订的禁止和限制电动车使用的 “ 土政策 ” ，国家应该明确反对，从能源和环境战略的大局出发，破除电力交通工具发展的政策壁垒，营造有利于电动车发展的全国一体化的社会环境；第三，推动自动车工具电动化，需要建立开放式的产业平台，特别是微型电动小车的开发，不能局限于现有的汽车工业背景企业，应该鼓励有市场开发经验的轻型电动车骨干企业积极探索发展微型电动车，国家的相关政策应该出台，以加快实现从 “ 轻型电动车到微型电动车 ” 技术路线，打造有中国特色的自动引导小车的产业发展道路。自动化行业已经意识到并解决了潜在的不协调技术的大量涌入问题。但他们的进步受到技术和经济障碍，不确定的消费者喜好，不完善的标准和准则的阻碍。此外，无论是传统的自动引导小车制造商或是政府监管机构（除非安全问题非常明显）都不能控制售后的产品的使用。然而，还没有一个“以人为本”的智能车辆试图整合和协调各种技术以解决问题。我们也许不仅仅会失去实现新的车载技术的机遇，甚至可能会在无意中降低行车的安全性和性能。目前自动引导小车使用过程的 “ 零排放 ” 特征，是其他任何非人力工作所不具有的。以摩托车为例，按欧标准限值保守估算，摩托车每公里排放一氧化碳，碳氢化合物，氮氧化合物此三项合计为 7 克，年行驶 1 万公里，排放有害物质净值 70 公斤， 8 年寿命则总排放 560 公斤。如果以电动车代替摩托车，这部分排放污染几乎下降为零，环境效益十分明显。如果 2020 年轻型电动车能够实现对一些传统工业用车需求一定范围的有效替代，每年将减小污染排放量接近 3000 万吨。针对人们常常担心轻型电动车 “ 污染 ” 问题，实际情况正好相反，这正是轻型电动车优越环保性能的重要体现。目前，电动车行业已制订了公约，企业与经销商签订了回收协议。大多数轻型电动车企业在建立经销网络的同时建立了完善的回收系统，回收率基本达到 100%。自动引导小车是一种无人操纵的自动化的运输设备，能够承载一定的重量在始发地与目的地之间自主驾驶，自动运行。声、光、电、计算机于一体，综合了当今科技领域先进的理论和应用技术，属于移动式机器人的一个分支。路径跟踪技术是自动引导小车研究中的一个重要环节，因而，如何设计出一种跟踪误差小、动态响应快、能适应多种复杂环境且具有较好的控制系统十分重要。在分析结构特点及其路径的相对运动关系的基础上建立其运动模型，并分析动系统的动静态特性，通过系统的性能分析表明系统是临界稳定的，但能控能观，可以通过极点配置使系统闭环稳定。首先利用经典控制理论中的工程设计方法，在控制系统的前向通道中串联一个合理的设计了控制器的参数。通过详细的仿真分析表明尽管这种控制器极大的提高了系统的稳定性，改善了系统的性能，然而对于运行精度较高的要求不能很好的满足。针对这种不足，选择现代控制理论中的线性状态反馈控制方法，采用了线性二次 4 型最优控制器设计方案。通过对闭环系统阶跃响应和零极点图的分析，合理的确定了系统最优反馈控制增益矩阵，最终完成了控制器的设计。对该控制器的仿真分析结果表明线性二次型最优控制器在转向角度较小时，跟踪性能稳定，具有良好的稳态特性，能够满足径跟踪控制的要求，同时也存在大偏差时纠偏缓慢，不能适应较大角度的转向控制等缺点。因此对模糊控制器进行了研究，选取将距离偏差与角度偏差的线性函数构成的综合偏差作为控制器的一个输入，将这个偏差的线性函数构成的综合偏差作为控制器的一个输入，将这个偏差的变化率作为另一个输入，设计了双输入单输出的模糊控制器。仿真分析结果表明迷糊控制器在大偏差时能后使系统快速纠偏，但是由于控制策略无法覆盖所有情况，在小偏差情况下控制效果不如常规控制器理想。针对单一控制器在应用中的不足，提出了采用切换法的符合控制的路径跟踪控制的方法，实现了模糊控制和常规控制的优势互补，并合理的确定了切换阀的大小。通过各种复杂环境下的仿真结果表明，该复合控制系统使有较好的抗噪干扰能力和控制效果。自动导引小车是伴随着柔性加工系统、柔性装配系统、计算机集成制造系统、自动化立体仓库而产生并发展起来的，日本人认为 1981 年是柔性加工系统元年，这样计算自动导引小车大规模应用的历史也只有 20 多年。但是，其发展速度是非常快的。例如：美国通用公司 1981 年开始使用自动导引小车， 1985 年自动导引小车保有量 500 台， 1987年自动导引小车保有量达到了 3000 台。资料表明” 3 欧洲 40的自动导引小车用于汽车工业，同本 15的自动导引小车用于汽车工业，也就是说自动导引小车在其他行业也有广泛的应用。目前国内总体上看自动导引小车的应用刚刚开始，相当于国外 80 年代初的水平。但从应用的行业分析，分布面非常广阔，有汽车工业、飞机制造业、家用电器行业、烟草行业、机械加工、仓库、邮电部门等，这说明自动导引小车有一个潜在的广阔市场。从前面分析的美国自动导引小车保有量的增长速度看，中国的自动导引小车市场很快会有一个大的变化。目前在工业上应用的 90%以上的自动导引小车，都不能称为具有智能。随着工业数量的快速增长和工业生产的发展，对自动导引小车的工作能力也提出了更高的要求，特别是需要各种具有不同程度智能的自动导引小车：这些自动导引小车，可在凹凸不平的地面上行走移动：具有视觉和触觉功能，能够进行独立操作、自动装配和产品检验；自动导引小车可以集成如视觉和触觉技术、自主控制和决策技术、临场感技术、多智能体技术、人工神经网络技术、遗传算法、仿生技术、多传感器集成技术和融合技术等许多最新的智能技术，可以完成很多高智能工作，使用范围很广。我国已经将自动导引小车列入国家高技术计划，足以证明政府有关部门对发展自动导引小车的高度重视。 5 外文原文 of a It be to of a to is if to in of a of an of as of of be of it of of is of it is a s of in of of a to in to as of In a of in of is in a of in in of to a 6 in it is of an to a to of a of to to on in to to of as On to of of at to of of a on is In by At of of of is or on of a s in in of of A is of on of to to 7 of of of of to of is in a to of on of of be of to be to a ev to of be in to of to of of of by of In or is of is a to to we to a he is as to I to .5 1.2 of a 0000 of 0 8 60 If to of to is If 020 8 on a of 0000000 is ev is At a a of in of at of a 00%. is an in of of to a of of is an in to a of is to is In of GV of is on of GV of is so of n to a in of by of is of GV of is by a to 981 is of of 0 9 is 981 to GV 1985 500, 1987 to 000. 3 0% in 5% in is to in is to in 0 in of of is a of s a in 0% of to of of of of of in of be as of be a of a in to of is 指导教师评语：指导教师（签名）：年月日答辩小组评语：组长（签名）：年月日答辩委员会意见：答辩委员会主任（签名）：年月日注：本表与学生毕业论文（设计）一同在院（系）存档（必须用钢笔书写）中国地质大学长城学院本科毕业论文题目自动引导小车 (研究和应用系别工程技术系专业机械制造及其自动化学生姓名蔡杰轩学号 05208337 指导教师徐鹏云职称讲师 2012 年 4 月 28 日中国地质大学长城学院毕业设计（论文）开题报告学生姓名蔡杰轩学号 05208337 专业班级 08 级机械设计制造及其自动化 6 班指导教师徐鹏云职称讲师单位河北农业大学课题性质设计论文课题来源科研教学生产其它毕业设计（论文）题目自动导引小车 (研究和应用开题报告（阐述课题的目的、意义、研究现状、研究内容、研究方案、进度安排、预期结果、参考文献等）课题目的意义：自动导引小车（英文缩写。根据美国物流协会的定义，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。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。时也广泛应用于柔性生产系统（柔性搬运系统和自动化仓库中。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，成为物流自动化研究的热点之一。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。研究方法：通过阅读资料，对国内自动引导小车机械结构、控制方法充分的研究，结合设计要求和控制要求，研究、设计自动引导小车总体构成和执行机构，用三维机械进行研究，并运行动画模拟，防止运动干涉。运动控制方面：利用电磁轨道来设立其行进路线，电磁轨道黏贴于地板上，自动引导小车则依循电磁轨道所带来的信息进行移动与动作。研究现状：在国外， 1913 年美国福特汽车公司将有轨引导的替输送机用于底盘装配上。 1953年美国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，采用这种导引方式。 1955 年，在英国首先出现了把统用于实用的生产线上。 1959 年，在美国首次出现了把于自动化仓库中。 1973 年瑞典司在车厂和动机厂都采用了上百台 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 台各种形式的统，而使用的多达 3900 多台。到了 1990 年，瑞典司开发了第四代制系统激光导引系统。 2000 年，比利时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，汽车制造业是用最早、用量最大的行业，约占销售量的 30%。其次，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。与发达国家相比我国研究及应用起步较晚。国内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 1988年原邮电部北京邮政科学技术研究所研制了邮政枢纽 991 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 1992 年天津理工学院研制了核电站用光学导引时，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行了研究开发。国内使用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，是用最多的领域，约占售总量的一半左右；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；其他行业虽然也有用的需求，但是总体来看，国内应用范围还比较窄，技术和需求还不是很成熟，需要生产企业做进一步的引导，同时开发出适应不同行业的统以提高相应行业的生产自动化程度和生产效率。研究内容：自动导向搬运车生产车间级物流自动化流转设备之一，为普通型和智能型两种。智能型车载计算机控制系统中储存有全部运行路线和线路区段控制的信息，小车只需要知道目的的和所要完成的任务，便可以自动选择最佳路线完成规定的任务。固定路径导向是指在固定的线路上设置导向信息媒介，车检测出其导向信息，然后按此导向信息控制其行驶方向。本文是研究常见结构，拉到理论应用的内容。研究方案：为使自动导引小车成功地完成一项任务，最主要的是如何使小车在复杂的环境中以较小的代价到达目的地。要完成以下几项工作，即：这四项工作的完成对于在实时环境中运动的小车来说是缺一不可的，于此相对应的技术即为传感器技术、自定位技术、规划决策技术和运动控制技术。进度安排查阅资料并撰写毕业设计开题报告指导教师审核开题报告 ,学生根据指导老师意见做进一步修改系里组织开开题报告会由指导老师指导查阅资料，并翻译外文资料撰写文献综述，经指导老师审阅后着手毕业论文的写作开始编写毕业设计工作计划，进入毕业设计的撰写整改论文毕业设计答辩预期结果：根据统的控制和工艺要求，确定了控制系统的总体框架结构，使得智能型车可以自动选择最佳路线完成规定的任务。让车检测出在固定的线路上的导向信息，然后按此导向信息控制其行驶方向。针对现有引导方式的一些不足加以改进并完善，其中主要对地形影响，车速影响，位置信息确定等几个突出问题进行一些针对行研究，撰写论文，以供研究。参考文献： 1 朱江载控制原理研究 J2006. 2 蔡涛超声波定位与避障研究 D西安理工大学， 2008. 3 于洋其控制器设计与开发 J2008. 4 潘明华 J2005. 5 陈鲁华 J2003. 指导教师意见：指导教师签名：年月日教研室意见：审查结果：同意不同意教研室主任签名：年月日中国地质大学长城学院毕业设计（论文）指导教师评阅书学生姓名蔡杰轩学号 05208337 班级机制三班指导教师徐鹏云职称讲师单位河北农大设计（论文）题目自动导引小车 (研究和应用指导教师评语（学生的基础理论、专业知识、独立工作能力及学风，论文选题意义、引用资料，实验结果及数据的准确性，论文的创新点及写作的规范性、逻辑性，论文的不足之处等）：是否同意答辩（论文成绩）：论文成绩：指导教师（签名）：年月日中国地质大学长城学院本科毕业设计（论文）文献综述系别：工程技术系专业：机械设计制造及其自动化姓名：蔡杰轩学号： 05208337 2012 年 1 月 20 日 2 1 义自动引导小车简称为英文缩写。设定的路线自动行驶或牵引着载货台车到指定的地点，再用自动或人工方式装卸货物的工业车辆 5。按日本定义：以电池为动力源的一种自动操纵行驶的工业车辆。有按物料搬运作业自动化、柔性化和准时化的要求，与自动导向系统、自动装卸系统、通信系统、安全系统和管理系统等构成自动导向车系统（能真正发挥作用。 2 构各组成部分一般有：导向系统、车体、蓄电池及充电装置、驱动装置、转向装置、移栽装置、控制与通信系统、安全装置。导向系统是核心部分，用来保证设定的路线自动行驶。车体由车架、减速器、电动机、车轮等组成，车架常采用焊接刚结构，要求有足够的刚性。蓄电池常采用 248V 直流工业蓄电池，供电周期为 20h 左右。驱动装置由车轮、减速器、制动器、电动机及速度控制器等部分组成，并由计算机或人工进行控制，它是一个伺服驱动的变速控制系统。转向装置的结构有三种：铰轴转向式三轮车型、差速转向式四轮车型和全轮转向式四轮车型。移栽装置用来装卸货物，其装卸方式分为被动装卸和主动装卸两种。控制与通信系统包括车上控制器和地面（车外）控制器，均采用微型计算机，通过通信网络进行联系。安全装置包括多级硬件和软件，例如，在前面设有红外光非接触式防碰传感器和接触式防碰传感器保险杠；前后有黄色警视信号灯，当走时信号灯闪烁；每个驱动轮带有安全制动器，断电时制动器自动接上；小车每一面都有急停按钮和附有传感器的安全保险杠，当小车轻微接触障碍物时，保险杠受压，小车停止；一旦发生故障，动进行声光报警，同时通过无线通线系统通知 3 点（ 1）运行路径和目的地可以由管理程序控制，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。在通信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，能通过车载障碍物探测系统在碰撞到障碍物之 3 前自动停止。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控能力，不存在认为差错。因此其他搬运系统更安全。（ 5）成的物流系统不是永久性的，而是在给定的区域内设置。与传统物流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交叉通道，从而改善车间地面利用率。（ 6）与其他物料输送方式相比，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。 4 术的发展以及在物流中的发展品所涉及的关键技术主要包括：引导技术、控制技术、电源技术三个方面。（ 1）引导技术，在已被探索研究和开发应用的引导方法主要有：电磁感应法、光学引导法、化学引导法、磁感应法、位置推断法、参考标志法、惯性导航法和图像识别法等。随着计算机控制技术的应用和各种高精度传感器的实用化，其他各种引导技术也不断地成熟和应用。根据对国外几十家生产司的 27 个系列产品所采用的主要引导技术的统计结果，可以明显地看到各种引导技术应用的情况。其中，电磁感应引导技术所占的应用比例最高，这表明该项技术已经十分成熟，应用也就最多。而机器视觉引导技术应用的比例还很少，因此，该项技术还需要深入研究和不断完善。除此而外，就是自主导航技术仍然处在研究阶段，还有许多实用化技术问题有待于解决。（ 2）控制技术，这里所提到的控制技术的概念有多层含义，既包括对为单纯的控制技术，也包括对为的决策方法。随着计算机硬件技术、并行分布式处理技术、自动控制技术和传感器技术不断进步以及软件开发环境的不断完善，为控制性能的提高提供了必要的技术基础。人工智能技术在的应用，如环境理解与障碍识别、任务实现与路径规划和模糊与神经网络控制等使着智能化和自主化运行控制方向发展。此外，在当今的工业生产中，不仅对物流系统有着高度的柔性要求，而且还要实现对生产组织的重构。因此，在物流系统中，对多个行行为的统一调度和协调控制已经成为究的重要内容。（ 3）电源技术，行所消耗能源一般是由蓄电池提供。蓄电池容量的确定是计的重要参数之一，它的选择应保证车辆在规定的作业方式和工作时间内提供足够的能量。目前，用于蓄电池有两种类型：即铅酸蓄电池和镍镉蓄电池。其中，铅酸型蓄电池所占比例很大。除电池本身特性外，用过程中的充电技术也是值得重视的问题。但是，涉及到的电源技术问题，将随着蓄电池技术的发展而得到解决。 4 目前，应用领域主要用在制造业，特别是在重型机械及部分非加工制造中的应用。在制造业中主要用于物料分发、装配和加工制造方面。其中，装配作业中，汽车工业是应用大户。在物料分发中，主要用于生产工序间的物料移送和仓储作业中的物料移送。在净化室中，可大显身手，满足净化要求极高的操作。另外，可以作为机器人的“脚”，使机器人在更大范围内自动完成作业、水泥地面的光整等。在有核辐射的地方，使用机器人与配合，完成检修与材料搬运等工作。因此，随着电子、图像识别、传感和信息技术的发展，应用领域越来越广。 5 总结从自动引导小车概述来看，自动引导小车的开发和应用是比较晚的，随着计算机技术和各种高精度的传感化，以及效率的提高，产生了自动引导小车。此次研究设计自动引导小车的结构和系统。可以进一步的了解自动引导小车结构特点。在全面了解的基础上，结合运用自己所学的知识，自己研究设计一种装备有磁性的自动引导小车，使得在“无人操作工厂”得以利用。通过自动引导小车结构和系统设计，也可以培养自身综合运用机械设计知识的能力，从而提高独立分析解决问题的能力，以此来适应社会需求。 5 参考文献 1 朱江载控制原理研究 J2006. 2 蔡涛超声波定位与避障研究 D西安理工大学， 2008. 3 于洋其控制器设计与开发 J 2008. 4 潘明华 J2005. 5 陈鲁华线的网络化术研究与实现 J2003. 6 沈颖载控制系统研究 M肥工业大学 7 黄霞统研究与设计 M， 2009. 8 管一兵 M2008. 9 肖一帆力学建模及其运动研究 J济大学，2007. 10 吴亮亮接触供电关键技术研究 J010. 11 张勇波径跟踪控制策略的研究 J汉理工大学， 2006. 12 叶甲秋动系统辨识与动态特性分析 J2010. 13 嘉红霞，集装箱装卸桥制系统中若干通信问题的研究 J2002. 14 李辛航、控制研究及模拟系统的研制 J006. 15 a of GV of 002. 动引导小车设计摘要随着工厂自动化、计算机集成制造系统技术的逐步发展以及柔性制造系统、自动化立体仓库的广泛应用，自动导引车作为联系和调节离散型物流系统以使其作业连续化的必要的自动化搬运装卸手段，其应用范围和技术水平得到了迅猛的发展。以微控制器为控制核心、蓄电池为动力、装有非接触导引装置的无人驾驶自动导引运载车，其自动作业的基本功能是导向行驶、认址停准和移交载荷。作为当代物流处理自动化的有效手段和柔性制造系统的关键设备，经得到了越来越广泛的应用，对本文介绍了国内外的发展现状和应用情况，在此基础上，结合毕业设计的课题要求。其研究内容主要包括以下几个方面：论述了统的组成、路径导引方式及原理。介绍了体机械结构的设计，并根据小车的驱动方式和工作要求，对底盘、电机、蓄电池等进行了设计和选型。根据统的控制和工艺要求，确定了控制系统的总体框架结构。硬件方面，选择合适的传感器、单片机以及电机驱动器，对传感检测电路和单片机控制系统硬件电路进行了设计：软件方面，采用模块化的编程方式来实现系统的各种功能，并实现了单片机与电机控制器之间的串口通信。在总结全文的基础上，对车的设计和研究提出了展望。关键词：激光导引；单片机；驱动控制电路；行走策略；控制策略；串口通信 GV is is is of is to As of of GV so GV GV at of we a in as GV to of in GV GV in of of to of of CU to to CU On of GV 目录摘要 . 1 1 引言 . 1 题的提出及研究意义 . 1 题的提出 . 1 究意义 . 1 内外研究现状 . 2 . 3 2 . 4 . 4 . 4 . 5 . 6 . 7 3 . 10 . 10 体运动建模 . 11 动后轮运动建模 . 12 . 13 4 . 14 . 14 . 17 机的控制参数 . 18 的设计和参数的计算 . 19 . 20 动后轮轴的设计 . 20 . 22 . 24 . 25 外传感器寻迹 . 25 . 26 5 驱动转向系统的设计 . 27 动方式的选择 . 27 感器的布置 . 28 机与行走系统的驱动装置 . 29 源部分选择 . 30 6 控制系统 . 31 源及驱动芯片模块 . 31 路的设计及行走策略 . 31 制策略 . 33 7结语 . 35 参考文献 . 36 致谢 . 37 中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 1 1 引言题的提出及研究意义题的提出自动导引车是上世纪 50 年代发展起来的智能搬运型机器人。现代工业自动化物流系统中的关键设备之一，它是以电池为动力，装备有电磁或光学等自动导航装置，能够独立自动寻址，并通过计算机系统控制，完成无人驾驶及作业的设备。自从 1913 年美国福特汽车公司使用有轨底盘装配车， 1954 年英国采用地下埋线电磁感应导向车以来，到九十年代全世界拥有 0万台以上。近年来，自动化技术呈现加速发展的趋势，国内自动化立体仓库和自动化柔性装配线进入发展与普及阶段。其中，在自动仓库与生产车间之间，各工位之间，各段输送线之间，了无可替代的重要作用，与传统的传送辊道或传送带相比，送路线具有施工简单、路径灵活，不占用空间、较好的移动性、柔性等优点。究意义 21 世纪制造业将进入一个新阶段，敏捷制造将成为企业的主导模式。能否抓住市场机遇开发出新产品将是企业赢得竞争的主要手段。要减小生产成本对生产批量的依赖，就要发展敏捷制造装备。繁重制造装各的可编程、可重组和快速响应能力使得在进行小批量生产时，可实现接近中、大批量生产的效率。由于机器人具有自主规划、可编程、可协调作业和基于传感器控制等特点，它将成为可重组的敏捷制造生产装备及系统的重要组成部分，为传统制造企业向敏捷制造企业跨越发展提供重要的技术支持。自动导向小车(称移动机器人的一种，是现代制造企业物流系统中的重要设备，主要用来储运各类物料，为系统柔性化、集成化、高效运行提供了重要保证。要有两类形式，一种是固定路径的运行路径是固定的，且有轨道，故导引技术相对简单 ;另一种是自由路径于没有轨道，它为由运行提供了最大可能，但由于技术限制，任意路径自由运行仍是一个有待解决的技术难题。在以往的生产线上，导向式人们经常采用的方式，有导轨式、磁导引式等方法。这些方法都需要预先规划好运行路线，而且生产车间的装置不能随意移动。随着生产车间智能化的提高，导向式显降低了柔性。因此，非导向式成为敏捷制造物流系统中的主要选择。在非导向式统中，运行路径不需要由附加设备决定，而且当车间的布局变化后，只要及时改变规划系统的软件参数即可满足路径规划要求。资料显示：在产品生产的整个过程中，仅仅有 5%的时间是用于加工和制造，剩余的95%都用于储存、装卸、等待加工和输送 :在美国，直接劳动成本所占比例不足生产成本的10%，且这一比例还在不断下降，而储存、运输所占的费用却占生产成本的 40%。因此，动引导小车的设计 2 目前世界各工业强国普遍把改造物流结构、降低物流成本作为企业在竞争中取胜的重要措施，为适应现代生产的需要，物流正在向着现代化的方向发展。自动导引小车应性好、柔性程度高、可靠性好、可实现生产和搬运功能的集成化和自动化，在各国的许多行业都得到广泛的应用。目前，在我国某些汽车、烟草行业，投入使用，并取得了良好的经济效益。但从使用形式来看，大都采用属于固定路径导向范畴的电磁导引固定路径自主导向的于诸多问题未能完全解决，还没有达到实用。因此进行自山路径导向式研究，不仅对敏捷物流设备的研制和应用有现实的工程意义，而且对移动机器人路径规划有重要的理论意义。内外研究现状世界上第一台美国子公司于 20 世纪 50 年代开发成功的，它是一种牵引式小车系统。小车中有一个真空管组成的控制器，小车跟随一条钢丝索导引的路径行驶。 60 年代和 70 年代初，除司以外，司在场中也占有相当的份额。在这个时期，欧洲的术发展较快，这是由于欧洲公司已经对托盘的尺寸与结构进行了标准化，统一尺寸的托盆促进了发展。欧洲的主要制造厂家有。70 年代中，欧洲约装备了 520 个统，共有 4800 台小车， 1985 年发展到一万台左右，为美、欧、日之首。在机械制造行业的应用为：汽车工业 (57%)，柔性制造系统 %)和柔性装配系统 %)。欧洲的术于 80 年代初，通过在美国的欧洲公司以许可证与合资经营的方式转移到美国。芝加哥的发中心从欧洲引进直接由计算机控制的 981 年接到 S，以提供在制造过程中物料自动输送和跟踪。 1984 年，通用汽车公司便成为最大用户， 1986 年已达 1407 台 (包括牵引式小车、叉式小车和单元装载小车 )， 1987 年又新增加 1662 台。美国各公司在欧洲技术的基础上将展到更为先进的水平。他们采用更先进的计算机控制系统 (可联网于运输量更大，移载时问更短，具有在线充电功能，以便 24 小时运行，小车和控制器可靠性更高。此时美国的产厂商从 23 家 (1983 年 )骤增至 74 家 (1985 年 )。日本的第一家厂于1966 年由一家运输设备供应厂与美国的司合资开设。到 1988 年，日本造厂已达 20 多家，如大福、司、田 )公司等。到 1986 年，日本己累计安装了 2312 个统，拥有 5032 台国内自主研发方面：六十年代开始研究。 1976 年，北京起重运输机械研究所研制的自动搬运车是最早的实用型 1988 年，原邮电部北京邮政科学技术研究所等单位研制了邮政枢纽 1991 年，中科院沈阳自动化所与新松机器人自动化股份有限公司为沈阳金杯汽车公司总装线上设计的九台自动装配系统，并于 1996 年获得国家科学技术进步三等奖，是当时国内较先进的使用型 1992 年，天津理工学院研制了核电站用光学导引 1998 年昆明船舶设备公司在红河卷烟厂研究多模式激光导引无人自动车中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 3 22 辆，红河项目于 2002 年获国家科学技术进步二等奖。同期天津师范大学、吉林大学、吉大易飞、北京军区后勤部、北京机科发展公司、北京易亨集团等也进行了试验研究。在引进国外技术与产品方面： 1980 年，上海石化总厂为涤纶长丝作业从日本大福公司引进国内第一套十年代初，华宝空调装配线上使用了日本进口的电磁导引 996 年，玉溪卷烟厂首家在烟草行业引进三星的 52 台是国内企业中使用数量最多的统。河北承德输送机械厂合资引进美国司术。天津理工学院研制的方位视觉引导自动车，属国家 863 高科技项目，已通过鉴定，达到八十年代末国际先进水平。九十年代中期，昆船公司在引进国外最先进术的基础上，先后承担了数十个统的设计、安装，其水平代表了目前国内的最高水平。昆明船舶设备公司研制的各种导引形式的统已经广泛应用于烟草行业，汽车行业，造币行业等。目前全国超过 60 套，超过 400 台。其中烟草行业应用最多，已有 20家采用了大部分采用激光导引技术。以中科院沈阳自动化所为金杯汽车公司设计的统为例进行说明，中国科学院沈阳分院成功开发的自动导引车 (自动导引车系统 (要用于汽车等生产线，实现动态装配，可提高装配线的自动化水平。在中国汽车生产总装线上首次使用具有自主版权的品和系统。沈阳金杯客车制造有限公司总装车间有 9 台成的发动机、后桥、油箱装配副环线，已经投入生产运行两年。该有自动动态跟踪、提升、定位、装配功能，已达国际先进水平。且获得多项专利，如双举升载人自动装配导引车、双倍行程举升装置等。运用该产品及系统技术可大大提高总装生产线动态装配的自动化程度，减少设备投资及提高生产效率。以金杯客车制造有限公司的 9 台用工程为例，据估算，一台产价格要比进口的便宜 20 万元人民币，应用工程系统的设计调试技术费的差额更大。动引导小车的定义及特点根据美国物流协会定义，指装备有电磁或光学自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有小车编程与停车选择装置、安全保护以及各种移载功能的运输小车。有非接触导向装置，独立寻址系统的无人驾驶自动运输车。自动导引车系统，它由若干辆沿导引路径行驶，独立运行的成。计算机的交通管制下有条不紊地运行，并通过物流系统软件而集成于整个工厂的生产监控与管理系统中。应用有很多特点 : (1)分方便地与其它物流系统实现自动连接，如各种缓冲站、自动积放链、升降机和机器人等；实现在工作站之间对物料进行跟踪；对输送进行确认；按计划输送物料并有执行检查记录：与生产线和库存管理系统进行在线连接以向工厂管理系统提供实时信息。 (2)采用于人工检取与堆置物料的劳动力减少，操作人员无需为跟踪物料而进行大量的报表土作，因而显著提高劳动生产率。另外，非直接劳动力如物料仓库会计员、动引导小车的设计 4 发料员以及运货车调度员的工作的减少甚至完全取消又进一步减低了成本。 (3)输物料时，很少有产品或生产设各的损坏，这是因为固定路径行驶，不易与加工设备和其他障碍物碰撞。 (4)绝大多数使用者均证明， 2 到 3 年从经济上均能收回投资成本。 (5)过安装在地面之下的电缆或其他不构成障碍的地面导引物，其通道必要时可作其他用处。 (6)系统具有极高的可靠性。若干台小车组成，当一台小车需要维修时，其它小车的生产率不受影响并保持高度的系统可利用性。 (7)节约能源与保护环境。充电和驱动系统耗能少，能量利用率高，噪音极低对制造和仓储环境没有不良影响。 2 总体设计统的构成与结构统技术的研究方向导引技术：八十、九十年代，正当国内的一些院校厂所致力基于埋线电磁导引技术并刚开始应用，基于光学磁带识别、周边图像识别导引技术停滞不前之时，美国则以汽车行业为代表，应用推广了基于陀螺导航的定位技术，瑞典的司则推出了基于激光反射测角定位技术。近年来，出现了激光测角与测距相结合的导引技术，其导引头已经商品化。导引技术的进步，提高了行程路径的柔性化，同时提高了停位精度，由 10毫米，缩小至 5 毫米，乃致 3 毫米。位导航技术则在大型（最大可达 40t）移载技术：针对不同应用需求，出现了背辊式，背链式，推挽式，牵引式，龙门式，侧叉式、前叉式、后叉式、三向叉式、升降伸缩叉式等。由于移载技术，驱动技术、电池技术的进步，促进了载重 /自重比的大幅提高，由 1:4 提高到 1:同样载重量，先进车型自重下降为落后车型的 1/4。使车辆移动的能耗成倍降低，因而可以少装电池，使耗形成良性循环。电池技术：由采用酸性电池，进步到高能酸性电池，近年来，又开始采用高能碱性电池，提高环保性能，大幅提高了充、放电比，由充电时间 /放电时间为 1:1 提高到 1:12，大幅缩短了待机充电的时间。智能化：在企业物流自动化技术中，现代术最具有智能化的特征，车载计算机的硬软件功能日益强大不断升级，使统具有从网络、无线或红外接收上位及客户指令，自动导引，自动行驶，优化路线，自动作业，交通管理，车辆调度，安全避碰，自动充电，自动诊断，实现了智能化，信息化，数字化、网络化、柔性化、敏捷化、节能化、绿色化。现代 24 小时不知疲倦的聪明小车（仅在任务间隙时随机进行短时充电），能主动、自序、有节拍按最安全、快捷的路线执行作业。智能化的结果加上动力强劲，行驶速度可达 160 米 /分，反映在选用车辆台数上成倍减少。中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 5 结构车载控制系统、车体系统、导航系统、行走系统、移载系统和安全与辅助系统组成。车载控制系统，车载控制系统是核心部分，一般由计算机控制系统、导航系统、通讯系统、操作面板及电机驱动器构成片机及工控机等。导航系统根据导航方式不同可分为电磁导航、磁条导航、激光导航和惯性导航等不同形式定其自身位置，并能沿正确的路径行走。通讯系统是控制台之间交换信息和命令的桥梁，由于无线电通讯具有不受障碍物阻挡的特点，一般在控制台和间采用无线电通讯，而在移载设备之间为了定位精确采用光通讯试时输入指令，并显示有关信息，通过口和计算机相连接。的能源为蓄电池，所以动作执行元件一般采用直流电动机、步进电动机和直流伺服电机等。车体系统：它包括底盘、车架、壳体和控制器、蓄电池安装架等，是躯体，具有电动车辆的结构特征。行走系统：它一般由驱动轮、从动轮和转向机构组成轮、六轮及多轮等，三轮结构一般采用前轮转向和驱动，四轮或六轮一般采用双轮驱动、差速转向或独立转向方式。移载系统：它是用来完成作业任务的执行机构，在不同的任务和场地环境下，可以选用不同的移载系统，常用的有滚道式、叉车式、机械手式等。安全与辅助系统：为了避免系统出故障或有人员经过作路线时出现碰撞，般都带有障碍物探测及避撞、警音、警视、紧急停止等装置。另外，还有自动充电等辅助装置。控制台：控制台可以采用普通的，如条件恶劣时，也可采用工业控制计算机，控制台通过计算机网络接受主控计算机下达的送任务，通过无线通讯系统实时采集各状态信息。根据需求情况和当前各行情况，将调度命令传递给选定的成一次运输任务后在待命站等待下次任务。如何高效地、快速地进行多任务和多调度，以及复杂地形的避碰等一系列问题都需要软件来完成。由于整个系统中各种智能设备都有各自的属性，因此用面向对象设计的 C+语言来编程是一个很好的选择。在编程时要注意的是统的实时性较强，为了加快控制台和度，编程中最好采用多线程的模式，使通讯和调度等各功能模块互不影响，加快系统速度。通讯系统：通讯系统一方面接受监控系统的命令，及时、准确地传送给其它各相应的子系统，完成监控系统所指定的动作：另一方面又接收各子系统的反馈信息，回送给监控系统，作为监控系统协调、管理、控制的依据。由于置不固定，且整个系统中设备较多，控制台和的通讯最适宜用无线通讯的方式。控制台和各组成了一点对多点的无线局域网，在设计过程中要注意两个问题 :无线电的调制问题，无线电通讯中，信号调制可以用调幅和调频两种方式。在系统的工作环境中，电磁干扰较严重，调幅方式的信号频率范围大，易受干扰，而调频信号频率范围很窄，很难受干扰，所以应优先考虑调频方式。而且调幅方式的波特率比较低，一般都小于 3200s，调频的波特率可以达到 9600K 讯协议问题：在通讯中，通讯的协议是一个重要问题。协议的制定要遵从既简洁又可靠的原则。简洁有效的动引导小车的设计 6 协议可以减少控制器处理信号的时间，提高系统运行速度。般采用轮式驱动，具有电动车的特征。车能在地面控制系统的统一调度下，自动搬运货物，实现自动化的物料传送。因其具有灵活性、智能化等特点，能够方便地重组系统，达到生产过程中的柔性化运输之目的。较之传统的人工或半人工的物料输送方式，统大大减轻了劳动强度和危险性，提高了工作效率，在机械、电子、纺织、卷烟、医疗、食品、造纸等行业都可以发挥作用。国外的统设计，应用水平都比较高，应用范围也很广泛。国内的应用相对少一些，但是在各方面的共同努力下，国内的统由控制台、通讯系统、地面导航系统、充电系统、地面移载设备组成，如图 2 图 2统示意图 (其中主控计算机负责统与外部系统的联系与管理，它根据现场的物料需求状况向控制台下达输送任务。在池容量降到预定值后，充电系统给动充电。地面移载设备一般采用滚道输送机、链式输送机等将物料从自动化仓库或工作现场自动移载到，反之也可以将物料从移载下来并输送到目的地。电系统、地面移载设备等都可以根据实际需要及工作场地任意布置，这也体现了自动化物流中的柔性特点。航系统航系统的功能是保证车沿正确路径行走，并保证一定行走精度。是有固定路线的方式：二是半固定路线的方式，包括标记跟踪方式和磁力制导方式：三是无路线方式，包括地面帮助制导方式、用地图上的路线指令制导方式和在地图上搜索最短路径制导方式。固定路线的导引方式有电磁制导方式、光学控制带制导方式、激光制导方式和超声波制导方式。 (1)电磁制导方式该方法需在走的路线下埋设专用的电缆线，通以低频正弦波电流，从而在电缆周围产生磁场。的电磁感应传感器检测到磁场强度，在小车沿线路行走时，输出磁待命站充电系统地面设备径中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 7 场强度差动信号，车上控制器根据该信号进行纠偏控制。该方法可靠性高，经济实用，是目前最为成熟且应用最广的导引方式。它的主要缺点是：径改变很困难，而且埋线对地面要求较高。 (2)光学控制带导引方式利用地面颜色与漆带颜色的反差，漆带在明亮的地面上涂为黑色，或在黑暗的地面上涂为白色。小车上装备有发射和接收功能的红外光源，用以照射漆带。小车上装有光学检测器，均匀分布在漆带及两侧位置上，检测不同的组合信号，以控制小车的方向，使其跟踪路轨。可以采用模糊控制算法对小车进行控制。该方法的缺点是：漆带颜色需保持鲜明，否则光学传感器检测到的信号变弱。因此，则需要经常对漆带颜色进行加深工作。 (3)激光制导方式该方法是在走路径的特定位置处，安装一批激光 /红外光束的反射镜。在上的激光扫描头不断地扫描周围环境，当扫描到行驶路径周围预先垂直安好的反射板时，即“看见”了“路标”。只要扫描到三个或三个以上的反射板，即可根据它们的坐标值以及各块反光板相对于车体纵向轴的方位角，计算出前在全局坐标系中的 X, Y 坐标和当前行驶方向与该坐标系 X 轴的夹角，实现准确定位和定向。该导引方法的特点是，当提供了足够多反射镜面和宽阔的扫描空间后，引与定位精度十分高。该方法的缺点是成本昂贵，传感器、反射装置等设备安装复杂，且计算也很复杂。 (4)超声波制导方式该方法类似于激光 /红外测量方法，不同之处在于不需要设置专门的反射镜面，而是利用一般的墙面或类似物体就能进行引导，因而在特定环境下提供了更大的柔性和低成本的方案。但由于反射面大，在制造车间环境下应用常常有困难。智能化的移动机器人，是现代工业自动化物流系统的主要设备，也是机器人比赛的主要项目之一，是许多大学、科研机构重点研究的项目之一。设计出简单易行的体系统般由车体、蓄电池、充电系统、驱动装置、转向装置、精确停车装置、车上控制器、通信装置、信息采样子系统、移载装置和车体方位计算子系统等组成。车体由车架和相应的机械电气部件如减速箱、电机、车轮等组成，它是基础部分。车架要从强度和刚度上满足车体运行和加速时的要求，常用钢构件焊接而成，其外壳为 1钢板或铝合金板，车架空间安置与驱动和转向直接有关或重量较大的部件 (如蓄电池 )，以利于机械结构设计和降低车体重心，重心越低越有利于抗倾翻。板上常安置移载装置、液压系统、电控系统、按键、显示屏等。车体的前后部分还安装安全挡圈和超声波传感器。采用 24V 或 48V 直流工业蓄电池为动力。蓄电池供电应达到额定的安培小时值，一般应保证 8h 以上的工作需要，对二班制工作环境则要求 17h 以上的供电能力机充电采用可任意充电的汽车免修蓄电池，在备用停泊站，无时间限制地随时充电。全周期充电则要求出服务，动引导小车的设计 8 并进入指定的充电区且当蓄电池电荷降至指定范围时方可充电。此类电池一般执行 4h 连续充电， 2h 冷却的规范。也有的用上述两种充电方式相结合的方式。充电操作有自动、人工和快速更换的可抽拉式三种。驱动装置由车轮、减速器、制动器、电动机及速度控制器等部分组成。动命令由计算机发出，驱动的速度与方向是两个独立的变量，它们分别由计算机控制。速度调节可采用不同的方法，如用脉宽调速或变频调速等。直线行走、拐弯和接近停位点时要求不同的车速，直线行走高速度常达 lm/s，拐弯时为 0. 2m/s0. 6m/s，接近停位点时为0. lm/s。方向控制是由导引系统的方向信息通过转向装置来实现的。常被设计成三种运动方式 :(1)只能向前； (2)能向前与向后； (3)能纵向、横向、斜向及回转四个方向的运动。“智能”较高的有车上控制器，它类似于机器人控制器，用以对行监控。控制器计算机通过通信系统从地面站接受指令并报告自己的状态。通常控制器可完成以下工作：手动控制、安全装置启动、蓄电池状态、转向极限、制动器解脱、行走灯光、驱动和转向电机控制和充电接触器等。某些有编程能力，允许小车离开导引路径，驶向某个示教地点，完成任务后循原道返回到导引路径上来。控制指令一般是由地面控制器 (车外 )发出，状态也通过通信系统送回地面控制器。通信系统有两种 :连续方式和分散方式。连续通信系统允许任何时候和相对地面控制器的任何位置使用射频方法或使用在导引路径内的通信电缆收发信息。如采用无线电、红外激光的通信方法。分散式系统只是在预定的地点 (通信点 )如泊站等，在特定的地面控制器之间提供通信。一般来说，这种通信是通过感应或光学的方法来实现的。分散通信的一个明显缺点是：如果两通信点之间发生故障，无法与地面控制站取得联系。目前大多数统都是采用分散式通信方式，因为其价格较便宜。安全系统既要实现对保护，又要实现对人，或对其它地面设备的保护。其安全保护方法可归纳为两类：接触式和非接触式两种保护系统。对自由路径 (无固定导引路径 )型的要进行车体方位的计算，它由车体方位计算子系统来完成。方位，即在总体坐标系中的位置与方向，与车体左右轮的运动有一确定的关系，由此可计算出方位。该子系统的功能是根据采样信息，通过积分运算，实时计算出车体方位x(t)， y(t)和 (t) 。根据需要，将计算的方位信息通过串行通信传送给车上控制器，然后再通过无线电通信传送给地面监控系统，以实现对监控。地面监控系统也可通过这一通信信路，对车体方位计算子系统进行操作，如初始化、重置车体方位以消除累积误差等。完成车体方位计算的基本输入数据是车轮前进或后退的距离，即通过对驱动车轮的电动机转动角度的周期性采样来获取。导引方式可分为两大类： (1)车外固定路径导引方式，在行驶的路径上设置导引用的信息媒介物，过检测出它的信息来得到导引，如电磁导引、光学导引、磁带导引 (又称磁性导引 )等。 (2)自由路径 (无固定路径 )导引方式，储存着系统布局上的尺寸坐标，通过识别车体当前方位，自主地决定行驶路径，这类导引方式也称为车上软件

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