自动移动送料小车设计【10张图/18000字】【优秀机械毕业设计论文】
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文档包括:
说明书一份，46页。18000字。
中期检查表一份。
开题报告一份。
外文翻译一份。
图纸共10张，如下所示
A0-装配图.DWG
A2-传送带机架.dwg
A2-侧护板.dwg
A2-前轴.dwg
A2-后轴.dwg
A2-套筒联轴器.dwg
A2-导轮.dwg
A2-底盘架.dwg
A2-支撑板.dwg
A2-电机支架.dwg
摘 要
本课题所设计的自动移动运送小车采用自动导引技术，应用于本校的模拟自动生产线上，主要功能是运送托盘。自动移动运送小车属于柔性生产线系统中的新兴物流设备之一，即自动导引车，英文简称AGV。因此，在本设计中将充分研究和应用当代的AGV技术。
AGV即自动导引小车，它集声、光、电、计算机技术于一体，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。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，可极大的提高生产自动化程度和生产效率，是一种非常有发展前途的物流输送设备。本文介绍AGV在国内外发展现状和应用情况，结合实验室实际条件，设计了光学导引式AGV样机。其主要工作内容包括:小车机械本体设计、 89C51单片机控制系统硬件电路及检测电路设计、控制系统软件设计。
关键词：AGV； 自动导引； 光学导引； 89C51单片机
Abstract
This topic is designed to automatically move the delivery of Automated Guided Vehicles using the technology for the simulation of our automatic production line, the main function is the delivery tray. Auto-mobile delivery of flexible production line car belonging to the emerging system of logistics equipment, that is, automated guided vehicle, the English referred to as AGV. Therefore, the design will be fully in the research and application of contemporary AGV technology.
Automatic Guided Vehicle (AGV) covers the technologies of Optics, Electronics technologies Acoustics and Computer Science and other advanced theories and in the current scientific and technical fields, and it is one of the offshoots of mobile robot. AGV can greatly improve the degree of automatism and the efficiency of production when it is used to build an effective and speedy system of logistics in the flexible manufacturing system and automatic factory， and is a promising vehicle for the transportation of logistics.The paper studies the applications and developments of ALJV at home and abroad, and designs a laser guided AGV under actual conditions of the lab. The main work of the paper is as follows. The mechanical design of AIJV, the design of control system of hardware circuit and software based on 89C51 SCM.
Key works: AGV; automatic guide; laser guide; AT89C51 SCM
目录
摘 要 I
ABSTRACT 1
目录 I
1 绪 论 1
1.1 课题背景及研究意义 1
1.2 自动移动送料小车的关键技术——AGV发展现状 2
1.2.1 国外AGV发展的历史及现状 3
1.2.2 国内AGV发展的历史及现状 5
1.3 论文完成的主要工作 6
2 自动移动送料小车AGV技术分析 7
2.1 AGV的类型 7
2.2 AGV的特点 8
2.3 AGV的导引方式 9
2.3.1 导引方式分类 10
2.3.2 AGV典型的导引方法 10
2.4 AGV系统的技术组成及调度方法 14
2.4.1 AGV的技术组成 14
2.4.2 AGV的调度方法 16
3 自动移动送料小车总体结构 18
3.1 AGV 技术指标及运行 18
3.2 总体结构设计方案 18
3.3 行走系统 21
3.3.1 行走系统方案设计 21
3.3.2 行走系统的技术设计 22
3.4 移载系统 26
3.4.1 移载系统的方案设计 26
3.4.2 移载系统技术设计 27
3.5 自动移动送料小车的导引方案 29
4 AGV驱动控制系统电路设计 32
4.1 外围电路 32
4.2 传感器检测电路 34
4.2.1 固定轨迹检测传感器 34
4. 2. 2 障碍检测传感器 35
5 控制系统软件设计 36
结 论 39
致 谢 41
参考文献 41
- 内容简介：
-
河南理工大学万方科技学院 本科毕业设计（论文）中期检查表 指导教师： 陈东海 职称： 教授 所在院（系）： 机械与动力工程学院 教研室（研究室）： 机设 题 目 自动移动送料小车 学生姓名 刘新斌 专业班级 07 机制 1 班 学号 0720150031 一、选题质量：（主要从以下四个方面填写： 1、选题是否符合专业培养目标，能否体现综合训练要求； 2、题目难易程度； 3、题目工作量； 4、题目 与生产、科研、经济、社会、文化及实验室建设等实际的结合程度） 动移动送料小车 ，可以对我们大学四年所学的专业知识进行一次大而全面的练习。 我们既是一个挑战也是一个很好的锻炼、提高的机会。 求完成 3 张以上的 纸， 20000的说明书一份。 是在所学的专业知识范围之内，对我们以后的工作和学习都会有很大的帮助。 二、开题报告完成情况： 在老师指导和同学们的帮助之下，我顺利地开始我本次毕业设计。我在自己 经过一些查阅资料的前提下，慢慢地摸索出了一些门道。 由于是第一次接触 自动移动送料小车 ，以前接触这方面的知识较少，所以在刚开始时不是很顺利，甚至感到有些无从下手，但是经过指导老师的提示以及大量阅读相关资料之后，我逐渐找到了设计的切入点，顺利的完成了开题报告。并有了一定的成果和进行了一些前期的工作，使本次设计有了一个良好的开始。现在我已经进入了计算设计过程，我将在以后工作中继续努力，认真完成这次毕业设计。 2 三、阶段性成果： 1 充分调研，明确了国内外研究情况，进行了详细详细的技术分析，确定出车体总体方案，并详细设计了小车的移载系统和行走地盘，拟定了导引方式 2. 完成了开题报告。 3. 在老师的指导和同学的帮助下找到了设计的基本方法，开始了一些基本的设计，并取得了一定成果。 4 全面设计出小车的车身结构，在此基础上对设计小车的控制系统，最终绘制出装配图和主要零件图，并撰写论文。 四、 存在主要问题： 由于我对 自动移动送料小车 不是 十分熟悉，以前接触的相关知识又少，所以导致在刚开始不是很顺利。对该毕业设计的基本知识 都没有认识，后来我找了指导老师，老师针对我们以往本科生毕业设计存在的问题，给我们进行了仔细的讲解，使我慢慢的找到了设计的切入点，我觉得这个探索过程对我以后将有很大的作用。 但是随着设计的逐渐进行我又遇到了许多的新的和更加复杂的问题，这些问题使我充分认识到了自己在以前学习中的不足，所以我要以本次设计为契机，要多看书，加强自己在过去学习上薄弱环节，也要查阅跟多的资料，扩大自己的知识面，提高自己的知识水平。最终争取使我的毕业设计能够取得好的成绩，也能够使我所学的知识能够在以后 的工作中发挥更好、更大的作用。 五、指导教师对学生在毕业实习中，劳动、学习纪律及毕业设计（论文）进展等方面的评语 指导教师： （签名） 年 月 日 A of GV of a of of of GV A of is GV be to of of it a of of GV is an a of in is an is GV in 0th 0 in in s GMs It is in s to to in of is be be Do in is of is on of a on of of to s to of on 2. is of is to as GV to to of of In of to is of in is in of a to GV of GVs of by GV to to In to of to on In GV of GV of of GV by of of / D, D / A, I / O, C , as . 1 - - - - - - - - 0 - 1 - of GV as 5002 h 10 h 3m GV (1) as GV is (2) (3) of a GV (4) by to GV (5) of GV in of (6) of GV to or to to (7) of an of a of (8) in of on on (9) in of GV 2, of GV of of so in to , , to a of of By to on in of of of to 3 to in of as we （ 1 ） - by is 3 (2) 式 at in in so 3 GV , In of . s of of , of (5) - , . (6) 即 GV GV of 则 , of GV be , of 4 (7) (8) (9 (10) 4 in in GV a of a 9, to GV of GV 002 in on in in of of GV in (A) b) (C) d) (E) f) 1 s 1999. 2 H E. or 1986:137 H E. or 1986:1373 1992. 4 i, On 1996,13 (6) 838 摘要 一种视觉导航的实用型 计 摘 要： 论述了一种基于视觉导航的新型自动导向车辆 结构、功能及工作原理 , 并详细介绍了导航路径的识别方法和自主导航的 优控制方法。一定宽度的白色条纹线被用作 应标志。 自动识别哪些被标识多分支路径和多操作缓冲的阿拉伯数字代码，而且自主选择正确的定 义路径。和传统的 较，它有更多的导航灵活性和更低的价钱，且提供高水平的情报。详细介绍了导航路径的识别方法和 主导航的最优控制方法。 0 前言 自动导向车辆 一种无人操纵的自动化运输设备 , 它能承载一定的质量在出发地和目的地之间自主驾驶和自动运行。 性生产组织系统的核心关键设备。自动导向车辆 0世纪 50年代的美国。在发达工业国家 在机械工业、自动仓库和物流中心等各个领域得到了广泛应用。如瑞典的 车装配 厂的轿车自动装配线 , 美国通用公司的汽车自动生产线等。据估计 , 目前国外投入运行的自动车辆 着我国经济技术的发展 , 国内一些企业也开始应用 根据导航信息的形式， 线式导航又可分为参考位置设定法（ 标志反射法（ 图像识别法（ 1。有线导航可分为埋线磁感应式引导法、标识线图像识 别法（ , 其中地下 埋线磁感应引导方式技术成熟 , 应用较为广泛。 埋线磁感应式引导方法一般是在地面上 , 沿预先设定的行驶路径埋设电线 , 当高频电流流经导线时 , 导线周围产生电磁场 , 它们所接收的电磁信号的强度差异可以反映车辆偏离路径的程度。自动控制系统根据这种偏差来控制智能车辆的转向 , 连续的动态闭环控制能够保证车辆对设定路径的稳定自动跟踪 2。 地下埋线电磁感应引导方式虽然技术成熟 , 并已商品化 , 但该种引导方式的路径设置成本高、周期长 , 不便于维护和改造 , 随着 展，其引导柔性差的缺点日趋明显 , 更难以实现户外长距离变路径场合下的运输作业。此外，该种引导方式在电磁干扰严重的环境下也难以应用。 计算机视觉具有信息量丰富 , 智能化水平高等特点 , 近年来被广泛用于车辆的自主导航。本文研制了一种采用计算机视觉识别地面两维条状路标实现车辆自主导航的新型 )该种 术先进、性能优越、工作可靠和智能化水平高的特点。 1 自动导向车 结构和工作原理 所研制的实用化 以地面上涂设的条带状白色油漆线为导 航路径标识符 , 可实现路径自动跟踪、自动转向、自动行驶。在行驶过程中能够自动识别数字编码的多停靠工位和多分支路径 , 能够自动识别加速、减速、直角转弯、停车等车辆运动状态标识符 , 能够智能识别障碍物。 自动完成各种相应的运行操作。此外 , 该种 种视觉导航 要由车体、 系统、工控微机测控系统、行走转向驱动系统、避障系统和通讯系统等组成 , 其中工控微机测控系统包含工控微机、各种 A/D、 D/A、 I/O、计数卡 ,行走转向驱动系统包括直流电动机和电动机调速板 , 整车结构如图 1所示 , 系统的工作原理如图 2所示。 1 2摄像机 3 45 6 7 8 91011该视觉 导航 有效载质量： 500作速度： 2h 最高行驶速度： 10km/h 最小转弯半径 (原地转向 ):形尺寸 (长 宽 高 ):效避障距离 :3m (1) 用条带形路标作为 导航路径分为直线、弧线、 (2) 采用数字编码标识多分支路径和多目标工位。 (3) 采用特殊形状标识符标识 （ 4）主驱动采用两轮独立驱动的方式 , 可实现 左轮转向和绕右轮转向。 （ 5）以侧向偏差、方位偏差为输入的多偏差最优导航控制器能够保证 （ 6）高性能的微型激光识障传感器对周围的障碍物进行实时探测 , 在车载工控微机控制下实现 避免与障碍物碰撞 , 确保 （ 7） 各工位缓冲站与控制中心实现有线通讯 , 三者形成有机信息交换系统 , 从而构成更高水准的自动物流系统。 （ 8）自动在线专家系统可保证在起始工作时的自动上线和因意外原因停车后的重新自动上线。 （ 9）在路径标识局部污染和残缺时 , 先进的人工智能算法可保证 2 视觉导航 路径检测算法 28 238像素图像作为导 航图像 , 如图所示。系统采集的导航图像中除包含路径信息外 , 不可避免地因地面反光、凹凸、污染等引入噪声 , 所以在识别导航路径前应对导航图像进行滤波处理。 图 3 导航图 像与 跟 踪参数 定义示 意图 在图 3中 , 白色区域为所需提取的路径信息 ,大面积的灰黑区域为道路背景 , 为导航路径与车辆中心线之间的方向偏差 , 如下的步骤提取正确的跟踪路径信息采集图像。对每行数据进行中值滤波。 使用 智能化选取各行的阂值 , 对图像进行二值化处理。寻找正确的跟踪路径信息。 采用一个 3 3像素的窗口对图像进行中值滤波 , 以窗口的中值八作为中值滤波的输出 , 可得 1,119ij i k j （ 1） 式中 ,i k j 原始图像像素点的灰度值 , 2, , 219;i 2, , 299j 采用 其差分 模板1d, 21 0 12 0 21 0 11 2 10001 2 1 13 2212,d f i j d f i j (2) 式中 1 ,d f i j， 2 ,d f i j1d，2 ,的卷积值 经过 会使边界点变得更亮。由于 所以锐化处理增强了图像的边缘 , 将有利于采用边缘检测方法进行路径识别。 3 视觉导航 路径跟踪算法 如图 4所示 , 设经过 t 时间 , , 侧向偏差增量为 图 4 设 右轮速度为车辆轮轴中点的速度为 ,的运动方程为 t 趋近于 0时 1 2 rc （ 3） 11v t v vd a d （ 4） 1 s i 1 s i l d t （ 5） 式中 L 两驱动轮之间的距离。 设电动机电枢电压为 U , 电动机转速为 n , 电动机反电动势常数为动机负载常数为 k , 车轮半径为 r , 减速机传动比为1。 设 1260 则左右轮的线速度为 111 s 1 （ 6） 当 左右电动机控制信号相等 , 即1 U, 当 侧向偏差和方位偏差时 , 设纠偏控制量为 U , 则 1 U 相应电动机输出线速度为 1 cv v v v v 据此 , 可以画出 如图 5所示 , 图中取1，23 4, 112 23310010 0 00002 (7) 上式可简化为 X U (8) 采用二次型指标设计最优反馈控制器 0 X U R U d t (9) 解黎卡提方程 1 0 P A P B R B P Q (10) 得最优状态控制矩阵 K 11 2 3 B P k k k(11) 4 实验及应用 本文所研制的 试验包括路径识别、停车工位号识 别、加减速标识符识别、自动避障和自动导向等多项内容。运输路径包括直线、弧线、直角弯 , 停车工位号从 0一 99, 试验路面包括水磨石地面和柏油路面 , 试验的光照环境从较暗的室内到很亮的室外等多种情况。试验初步表明 ,别各种标识符准确和自动避障安全可靠。该种 002年 1月在一汽大众捷达轿车变速箱装配线上进行了实际生产中试。中试中 6为 （ a）直线行驶 （ b）弧线行驶 （ c）直角转弯 (d)工位识别 (e)转弯过门 (f) 安全避障 参 考 文 献 1 纪寿文 , 王荣本 见 :中国交通研究与探索 1999. 2 H E. or 1986:137 荆仁杰 , 叶秀清 , 徐胜荣 . 等计算机图像处理 浙江大学出版社 ,1992. 4 饶琪 , 邓岳湘 , 任永益 控制理论与应用 ,1996,13(6)838本科毕业设计（论文）开题报告 题目名称 自动移动送料小车 学生姓名 专业班级 学号 1、 选题的目的和意义： 1. 培养我们理论联系实际的正确设计思路，训练我们综合运用大学所学到的各做专业知识理论，实际参观的生产知识去分析和解决工程实际问题的能力。 2. 学习水利机械的一般设计方法和原理，了解和掌握常用机械零件，机械传动装置或是简单的机械零件设计和运行方法。 3. 培养我们使用计算机绘图的能力，训练我们运用设计资料，查阅手册，查阅各种零件的标准，并能够使用一些经验公式解决和处理数据的能力。 2、 毕业设计（论文 ）主要内容和要求： 设计内容：设计一个用于运送模拟生产线托盘的小型 统，即自动移动送料小车。 要求：小车可以自主沿着一条固定路径将长宽为 200 120，重量为 托盘由生产线一端送至另一端。 3、 毕业设计（论文）所用的主要技术与方法： 1. 毕业设计所用的方法是：类比设计、优化设计、经验设计以及数据计算法等方法。在资料和信息获取过程中进行了实地考察和调研。 2 在绘图过程中运用计算机绘图（包括 3 在外型设计中运用了人机工程学方法，以使人 机 环系统协调，相互适应。 4、 毕业设计（论文）主要参考资料： 1 机械设计，西北工业大学出版社； 2 机械原理，西安交通大学出版社； 3 单片机控制原理，西南交通大学出版社 4 机械制造装备设计，高等教育出版社； 5 电机拖动，清华大学出版社； 6 互换性与测量技术，高等教育出版社； 7 机电一体化课程设计，高等教育出版社 5、 毕业设计（论文）进度安排（按周说明） 第 5 7周 毕业实习，收集资料，完成开题报告。 第 8 10周 完成实习报告，总体方案设计，初步完成设计计算，外文翻译。 第 11 13周 完成总装图和零件图的绘制和设计说明书。 第 14 15周 修改和完善，准备毕业答辩。 6、 指导教师审批意见： 指导教师： （签名） 2011年 3 月 26 日 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 I 摘 要 本课题所设计的自动移动运送小车采用自动导引技术，应用于本校的模拟自动生产线上，主要功能是运送托盘。自动移动运送小车属于柔性生产线系统中的新兴物流设备之一，即自动导引车，英文简称 此，在本设计中将充分研究和应用当代的 自动导引小车，它集声、光、电、计算机技术于一体，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。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，可极大的提高生产自动化程度和生产效率，是一种非常有发展前途的物流输送设备。本文介绍 国内外发展现状和应用情况，结合实验室实际条件，设计了光学导引式 机。其主要工作内容包括 :小车机械本体设计、 89片机控制系统硬件电路及检测电路设计、控制系统软件设计。 关键词： 自动导引； 光学导引； 89河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 is to of is of to of to be in of GV in it is of of of of it is to an of in is a of at a GV of of is as of of 9 南理工大学万方科技学院本科毕业论文 i 目录 摘 要 . I . 1 目录 . I 1 绪 论 . 1 课题背景及研究意义 . 1 自动移动送料小车的关键技术 展现状 . 2 国外 展的历史及现状 . 3 国内 展的历史及现状 . 5 论文完成的主要工作 . 6 2 自动移动送料小车 术分析 . 7 类型 . 7 特点 . 8 导引方式 . 9 导引方式分类 . 10 型的导引方法 . 10 统的技术组成及调度方法 . 14 技术组成 . 14 调度方法 . 16 3 自动移动送料小车总体结构 . 18 术指标及运行 . 18 总体结构设计方案 . 18 行走系统 . 21 行走系统方案设计 . 21 行走系统的技术设计 . 22 移载系统 . 26 移载系统的方案设计 . 26 移载系统技术设计 . 27 自动移动送料小车的导引方案 . 29 4 动控制系统电路设计 . 32 围电路 . 32 传感器检测电路 . 34 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 固定轨迹检测传感器 . 34 4. 2. 2 障碍检测传感器 . 35 5 控制系统软件设计 . 36 结 论 . 40 致 谢 . 41 参考文献 . 42 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 1 1 绪 论 课题背景及研究意义 随着工厂自动化、计算机集成制造系统、柔性制造系统、现代物流、自动化立体仓库等系统的快速发展和广泛应用，自动移动送料小车作为 文 缩写）的一种， 即自动导引车。这些系统的辅助设备，其应用范围和技术水平也要得到快速的发展和提高，本课题就是在这样的 背景下，根据 应用设计了一个模拟货物分拣的小型 统。 指装备有自动导向系统，按设定的路线自动行使或牵引货台至指定地点，实现物料的自动装卸和搬运，与其它物流设备自动接口，全过程自动化的无人驾驶输送设备。按日本 定义， 以电池为动力源的一种自动操纵的工业车辆。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，与自动导向系统、自动装卸系统、通讯系统、安全系统、管理系统等构成自动导引车系统 能真正发挥作用。 是指 中央控制计算机的管理下协调工作，并同其它物流设备实现高度集成，具备相当的柔性，而且可以通过车载计算机和网上主机与其它设备进行通讯的自动化物流输送系统。 集人工智能、信息处理和图像处理为一体，涉及计算机、自动控制、信息通讯、机械设计、电子技术等多个学科的物流自动化研究和应用的热点之一，是自动化搬运系统、物流仓储系统、柔性制造系统（ 柔性装配系统（ 重要装备。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， 广泛用于工厂的货物转运，尤其适用于人员不宜进入的工作场所。 应用可极大地提高生产自动化程度和生产效 错误 !未找到引用源。 。 广泛应用在机械加工、汽车制造、港口货运、电子产品装配、造纸、发电 厂、电子行业的超净车间等诸多行业。其运行速度可达百米 /分钟，运输能力可以从几千克河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 2 到几十吨，是一种非常有发展前途的物流输送设备，尤其在柔性制造系统中被认为是最有效的物料运输设 错误 !未找到引用源。 。 作为一种高效物流输送设备和工厂自动化的理想手段， 80年代 已经进入我国市场，今后必将 得到迅速发展和普及应用。这不仅是现代化工业迅速发展的需要，更主要是 身所独具的优越性（能实现自动运输、效率高、可以在比较恶劣的环 境下工作等）所决定的。因此研究 制系统有着非常广阔的应用前景和重要的意义。 自动移动送料小车的关键技术 展现状 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。从 20 世纪 80 年代中期开始， 57%的 于汽车制造业，而在德国则高达 64%。从对国外公司物料搬运系统装配类型的统计 可以看出，采用自动导引车、有轨搬运车、起重机、辊子输送机和悬挂运输机的分别占 41%、 29%、 9%、 10%和 11%。 目前，从国内总体来看， 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 一个潜在的广阔市 错误 !未找到引用源。 。 技术的发展来看，河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 3 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系统计算机控制；从原始的段、点定期通讯到先进的实时通讯等 方向发展；从落后的现场控制到先进的远程图形监控。从领域的发展看，主要是从较为集中的机械 制造、加工、装配生产线向各行各业自动化生产、物料搬运、物品仓储、商品配送等行业发 错误 !未找到引用源。 。 国外 展的历史及现状 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，小车采用埋线电磁感应式的跟踪路径自动导向车，也被称作“无人驾驶牵引车”。到了 60 年代和 70 年代初，除 司以外， 司在 场也占有相当的份额，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，统一尺寸的托盘搬运促进了 欧洲得到迅速发展和推广应用，并被引入美国用于自动化仓储系统和柔性装配系统的物料运输。此时欧洲约装备了 520 个 统，共有 4800 台车， 1985 年发展到一万台左右，为美、欧、日之首。其应用领域分布为：汽车工业（ 57%），柔性制造系统 8%）和柔性装配系统 35%）。从 80 年代初开始，新的导向方式和技 术得到更广泛研究和开发。主要有电磁感应引导、激光引导、磁铁陀螺引导等方式，其中以激光引导方式发展较快，但电磁感应引导和磁铁陀螺引导方式占有较大比例。 1981 年 司将 接到 S 来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（包括牵引式车、叉式车 和单元装载车）， 1987 年又新增加 1662 台。美国各公司在欧洲技术的基础上将 们采用更先进的计算机控制系统（可联网 运输量更大、移载时间更短、具有在线充电功能 (以便 24 小时运行 )、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）。 90 年代以来， 仅由大公司应用开始向小公司单台应用转河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 4 变，而且其效率和效益更好。到 90 年代，全世界已拥有 台以上。时至今日， 术日趋成熟，生 产 公司也越来越 错误 !未找到引用源。 ，图 11 用的一些实例。 图 1应用于药料 收集的 1 应用于汽车工业的 1 应用于医院的 1 应用于造纸业的 南理工大学万方科技学院本科毕业论文 5 图 1 应用于卷烟厂的 1 应用于钢铁工业的 国内 展的历史及现状 我国的研究及应用起步较晚，北京起重运输机械研究所、清华大学、中国邮政科学研究规划院、中国科学院沈阳自动化所、大连组合机床研究所、国防科技大学和华东工学院都在进行不同类型的 研制并小批量投入生产。 1975 年北京起重运输研究 所完成我国第一台电磁导引定点通信的 989 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 院已能进行 批量生产，已生产和正在制造的 23 台（截至 1996 年）。沈阳自动化所为沈阳金杯汽车厂生产了 6 台 于装配线上，可以说是汽车工业中用得较成功的 都卷烟厂利用 于仓库运输，沈阳新松公司研制的 经通过了 际质量认证，安徽合力股份有限公司制造的 市场上占有很大份额。以上的 为无固定 路径导引 方式。清华大学独立研制的“自由路径自动导向 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。清华大学计算机系研发出了用于邮政中心的 明船舶设备研究所研制了激光导向式 及吉林工业大学为汽车装配线研制了视觉导向 。我国越来越多的工厂、科研机构采用 汽车装配、邮政报刊分拣输送、大型军械仓库、自动化仓储系统服务。随着经济的发展， 我国的应用领域必将有广阔的应用前 错误 !未找到引用源。 。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 6 论文完成的主要工作 本课题设计了一 个用于运送模拟生产线托盘的小型 统，即自动移动送料小车。控制系统选用的核心控制器是 片机， 用的导引方式是激光束导引，采用永磁直流减速电机驱动 此基础上完成整个 动控制系统的软、硬件设计。论文完成的主要工作包括以下几个方面： （ 1）总体方案的设计 分析国内外先进的 特点，结合我国的实际情况及实验室的现有条件，进行系统总体方案的设计。 （ 2）机械结构部分的设计 根据具体的工作条件和要求，遵循总体方案设计，进一步设计了自动移动送料小车的机械结构。其机械结 构可以分为两部分，第一部分是移载机构，即负责在小车和生产线之间转移托盘。第二部分是行走底盘，顾名思义，这部分结构的主要功能是支撑上层构建和行走驱动。 （ 3）控制系统的硬件电路的设计 控制系统硬件电路设计包括嵌入式控制系统的主控制电路部分的设计、直流电机 驱动电路设计、导向电路设计、障碍物检测电路的设计、测速电路设计、工位检测电 路设计。 （ 4）系统软件的设计 考虑到实验条件和工作要求以及系统的资源情况实，系统软件设计主要包括 迹导向、外部中断两部分功能。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 7 2 自动移动送料小车 术分析 本课题所设计的自动移动送料小车是自动化生产线中的物流设备，在自动化生产线中又将这种具备自动导引能力的物流设备成为自动导引车，即 此，本设计的关键技术即为 文将对国内外的 以此引出自动移动送料小车的设计思路。 类型 按照自主程度划分， 分为智能型和普通型两类： 智能型 台 控制系统中通过编程都存有全部运行路线和线路区段控 制的信息， 需知道目的地和到达目的地后要完成的任务就可以自动选择最佳路 线完成规定的任务，这种 方式下， 统使用的主控机可以比较简单，主控机与各 台 间通过无线电或导引线进行连续通讯，控制系统可以实时监视所有 工 作和运行位置。即使通讯中断， 能以各种降格方式工作。对于 30 台以内的 成的系统，多数采用这种工作方式。 普通型 种类型的 控制系统一般比较简单，其本身的所有功能、路 线规划和区段控制都由主控机进行控制。因此主控机必须有很强的处理能力。 隔一段距离通过地面通讯站与主控机交换数据， 通讯站之间的误动作不能及时通 知主控机，当主控机出现故障时， 能停止工作，此类 般用来组成包含 50 200 台 统。 从系统扩充的角度看，不论是增加 量还是改变运行路线，智能型 统都较普通型 统简单。 从用途和结构来分， 要有以下几种； 承载型 是最为通用的一种 式，大多为平台式结构，承载河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 8 型 构紧凑，运行较灵活，一般具有双向运行能力，易于与其它自动化设备接口，可方便地实现物料搬运全过程的自动化，用于搬运线路不长，物料通过量较大 的场合，比如可以用于自动化立体仓库 仓库收发站之间进行物料搬运，或在各加工中心之间搬 运。承载型 以用作移动式机器人的载体，以扩大机器人的工作范围，也可用作移动式装配台以提高自动化装配过程的灵活性。 牵引型 种形式的 主体牵引挂车进行运输，在自动方式下只能单方 向运行，如需增加反方向运行能力，则必须设置专门的安全保护装置。其挂车上钩和脱钩均需人工操作。由于挂车长度不同，所以对最小转弯半径有限制，当一次搬运的 距离超过 60m，并且搬运量较大时，可以使用牵引型 叉车式 类 称自动叉车，有高度变化的货叉，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。由于不易定位等原因，自动叉车装卸物料的周期通常较长 错误 !未找到引用源。 。 特点 （ 1）无人驾驶， 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， 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） 以与其它物流设备自动接口，实现货物河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 9 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， （ 5） 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。 导引方式 导引方式是 关键技术之一。针对 工作环境，用以下性能指标评价各种导引技术： 运行范围：由于多数导引技术在运行路线超过一定长度后，系统的效率或性能会随着路线的增长而不断下降，所以运行范围是指保证系统的效率和性能不下降的情况下， 最大运行距离范围。 运行精度：由于运行路线设置时可能存在的误差，及不同导引技术由于传感器等因素而引起的固有误差， 际运行时不可能精确地沿着 预定的路线行使，通常 物料装卸站点处需与其它的自动化物流设备进行自动接口，所以 站点处必须有较高的运行和定位精度。 灵活性： 多是跟其它生产设备和工作人员处于同一工作环境中，因此 向系统的可靠性主要包括系统发生失灵的可能性，导向机构本身影响或阻止系统发挥正常功能的可能性。 可控制性： 可控制性是指在一定的导引方式下， /停控制、弯道运行、岔道选择等实现的难易程度，另外，还应考虑特定导引方式下， 中央控制系统之间数据通讯 的实现方法和性能水平。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 10 系统成本： 向系统包括车载装置和地面装置两部分，各部分的成本主要由相应装置的复杂性及其维护要求决定。 导引方式分类 根据 统中 行路线的性质，导引系统可分为固定路径导引、自由路径导引、组合路径导引。固定路径导引是指 行路线是以某种具体的形式规定的。自由路径导引是指 运行路线是无任何具体形式的运行轨道， 虚拟的路线运行。 组合路径导引是指 多数工作区间内沿某种具体形式的固定路线运行，而在某些区域可沿控制系统 指定的虚拟路线运行。 型的导引方法 电磁感应导引：早期的 采用埋线导向方式，电磁感应导引原理图如图 2示，即将电缆线按所设路线埋于地下，通以一定频率（ 3 8电流后产生感应磁场，由装在 体下的电磁传感器检测磁场，导引 预定路线行使。有分支路径时，通过改变诱导电缆频率，并在程序中指定分支时应追踪的频率， 可按正确的路线行使。 图 2磁感应导引原理图 这种导引方式的优点是：可控制性好，可靠性高，不怕尘土污 染，电缆埋在地面下不易遭破坏，适用于一般工业环境，同一沟槽可铺设多股电缆，有利于分支管理和通讯。其缺点是：铺设工作量较大，改变和扩充路线较困难。这导向电缆 探头 导引电缆 探头 转向机构 导向电机 导向电机车体 车体车体控制器 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 11 种导引方式在车数太少时，地面费用相比太高。 电磁感应导引是传统的导引技术， 1954 年出现在美国的第一台 用的就是 这种技术，目前已十分成熟，应用最为广泛，上海金山石化、泰山核电站、沈阳自动 化所以及上海交通大学机电工程系与合肥叉车总厂合作开发的 用的都是这种导引方式。 磁导引：磁导引是沿着运行路线贴上磁条， 过时依靠车上磁力传感器，检 测磁场的存在，并不断纠正 位置偏差，使 规定路线行走。磁导引原理图如图 2示。 图 2导引原理图 磁导引的优点是：运行范围大，可靠性高，地面费用较电磁感应导引低，增设、变更路线较容易，不受污染物的影响，磁条和磁感应传感器无时效变化，稳定性好，所以应用比较广泛，在磁导引方面，日本的研制和应用走在前列。其缺点是：费用比较高，维护比较困难。 光学导引：光学导引的导向路线是用反光材料涂成的反光带，反光带颜色一般与地面反差较大，以使两者反光程度有一定不同，便于识别。光学 导引原理图如图 2示。当光源发出的光照射到反光带上，光学传感器接受反射光线，并把光信号转换成电信号，经 的信号单元处理与识别单元处理后，来判断 运行是否偏离导向路线，调整两轮的转速，使 由反光带铺设的路线运行，反光带也可以为铝带或不锈钢带，为适应路线柔性变化，磁传感器阵列 磁界 磁带或磁条 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 12 采用多根反光带，并在其上附有代码标识，根据不同代码给出直线、曲线等运行信息。另外在路线交叉点和转弯处，近来一般不贴反光带，采用自由路径行走方式，即在路线上设置光标，用装在 的 觉传感器，同时捕捉两 个光 图 2 光学导引原理图 光学导引的优点是：运行范围大，运行精度高，地面费用低。缺点是：要求工作环境清洁，对办公室等污染小的地方不失为一种很好的导引方式。上海铁道大学机械工程系开发的行李包裹自动分拣 采用了光学导引方式。 激光导引：原理图如图 2示。导引方法是把激光光束扫描产生的轨迹定为直线路线，安装在 的光电探测器，检测光束的感光位置，并测量偏离路线的偏移量，以此进行引导。这种导引与地面形状无关，所以在由于地面原因而不能采用电传感器磁导引和光学导引时是非 常有效的。 光电探测器 导向路线 扫描反射镜镜 激光器 微型电机 光束 扫描范围 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 13 图 2 激光导引原理图 计算机视觉导引：计算机视觉导引通过 像机或超声波扫描仪生成 围场景的图像，与计算机系统中存储的环境地图进行特征匹配，从而确定 前位置和路线偏移的信息。这种导引的优点是运行精度高、灵活性好，缺点是可控制性、 用方面不理想。这种方式是目前最为先进的导引技术，天津理工学院机械系研制的全方位视觉导引自动车采用的就是这种技术。 超声波导引：超声波测量导引方法类似于激光测量方法，不同之处在于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，属于自由路线方式。但由于反射面大，在制造车间环境下应用常常有困难，此种方法多用于集装箱码头，利用规律摆放的集装箱反射超声波，可以很好地达到自动导引的目的，而且价格十分低廉。由于本课题是在实验室环境下完成的，不宜对环境进行比较大的改造，且考虑到实验成本的问题，鉴于对以上导引技术的分析，采取寻迹光学导引方式是比较合适的。这是因为：实室的地面环境比较平整，场地比较理想，光反射规律比较规范，且环境亮度符合要求，光学传感器检测信号不 易产生错误动作。 旦接到命令，则按程序进行工作。 行使路线由导引系统引导，并有专门的检测装置检测 运行位置。为了均衡各工作站的负荷，保证物料的及时供应或输出，一个系统往往有多台 上和地面要有可靠的导引设施、通讯设备和控制管理软件，才能获得安全运输优化调度的效果。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 14 统的技术组成及调度方法 中 于应用范围很广，具体的 应用目的和工作环境差别很大，因此有很多的形式，但从功能看，重要包括：行走驱动系统、 导向系统、动力系统、安全系统、控制系统、车载辅助机构、车体等。地面导引与管理系统包括：调度 /操作设备、通讯设备、导引 /定位设备、交通管理系统、 辅助设备等。 技术组成 行走驱动系统：包括转向和驱动部分，由于使用场合的不同要求， 行走驱动机构形式繁多。 （ 1）按行走方向区分：单向、双向和全方位式； （ 2）按转向原理区分：铰轴式转向和差速式转向； （ 3）按传动配置方式区分：转向轮与差动轮合一或分开；前轮与后轮驱动、对角式 中间驱动；三轮、四轮、五轮、六轮等不同配置形式。 三轮移动机 构是目前应用最多的基本机构，车体结构一般是前轮利用两轮独立驱动，通过两轮的速度差实现转弯，后轮为辅助轮。这种机构的特点是机构组成简单，而且旋转半径可从零到无限大。 四轮的驱动机构和运动基本上与三轮的相同，两轮独立驱动，前后带有辅助轮的方式。 由于能绕车体中心旋转，所以有利于在狭窄场所改变方向。当然还有依据使用目的， 使用六轮驱动车和车轮直径不同的轮胎车。与四轮车相比，六轮车结构相似，只不过 有更大的承载能力和稳定性。 （ 4）按传动电机分：伺服电机驱动、步进电机驱动或普通直流电机驱动； 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 15 导向系统： 全 依赖于导向系统指引其从一个工作点到达另一个工作地点，导向系统的性能与采用的导引方式有关，根据不同的导引方式， 自动沿着指定的路线运行。 动力系统： 以蓄电池为动力源的，一般为通用的工业蓄电池或汽车蓄电池，要求电池容量满足 8 小时的工作需要，当电力不足时， 自动行使到指定位置充电。 安全系统： 常是在人机共存的环境下工作，因此必须对人员的安全性进行充分的考虑，一般 装有红外线或超声波检测装置，对检测装置的要求是：在车前急停区前识别物体，以便在此前停车或减速，或启动避让 措施以及优化搬运线路，另外在车架四周还设置带机械微动开关的缓冲器，万一缓冲器撞上了障碍物仍能及时控制 车，由于 统是多台 时工作的，为了增强对系统交通的可控性，一般需要在地面另外设置一些指示各段运行路线被占用情况的辅助装置。 通讯系统：在 统中，为了使各台 务冲突、路线 冲突等），所有 及系统中的其它自动化物流设备都是由主控机进行统一控制， 要从主控机获得下一步工作的指令，同时需要将自身的状态报告主控机，这些都是通过通讯系统来完 成。有固定运行路线的 以通过在运行路线上埋设的导线进行感应通讯，而全方位运行的 能采用无线通讯，当干扰源较多时，通讯系统必须有较强的可靠性，以保证系统正常工作。 控制系统：每台 都配置车载机以控制 身的工作，由数台 成 统时，整个系统由主控机进行监视与控制，主控机一方面与更上一级控制系统（如 车间级控制系统）进行通讯，接受物料搬运任务并报告 统的工作情况，另外还与各台 行通讯，根据具体的物料搬运任务进行规划，并向各台 置 任务， 同时收集各 出的信息以监视系统的工作情况，并相应地进行交通管理，车载机 与主控机通过通讯系统交换信息。 车载辅助机构：主要指各种类型的辅助物料装卸机构（如河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 16 机械手、有动力和无动 力的辊道、推杆、油缸、升降台）和精确定位机构，以保证在 其它装置之间自动传送物料。这些辅助机构可以和其它的物流设备自动接口，实现物流装卸和搬运过程的自动化。 调度方法 用中的路线优化和实时调度是当前 域的一个研究热点，实用中，人们采用的方法主要有如下几种。 （ 1）数学规划 方法 为 以归纳为一个任务调度问题。数学归纳方 法是求解调度问题最优解的传统方法，该方法的求解过程实际上是一个资源限制下的寻优过程。实用中的方法主要有整数规划、动态规划、 小规模调度的情况下，这类方法可以得到较好的结果。但随着调度规模的增加，求解问题耗费的时间呈指数增长，限制了该方法在负责大规模实时线路优化和调度中的应用。 （ 2）仿真方法 仿真方法通过对实际的调度环境建模，而对 机模拟仿真，用户和研究人员可以使用仿真手段对某 些调度方案进行测试、比较和监控，从而改变和挑选调度策略。实用中采用的方法有离散事件仿真方法、面向对象的仿真方法和三维仿真技术，有许多软件可用于 中 团的 件可以快速建立仿真模型，实现仿真过程的三维演示和结果的分析处理。 （ 3）人工智能方法 人工智能方法把 它利用知识表示技术将人的知识包括进去，同时使用各种搜索技术力求给出一个令人满意的解。具体的方法有专家系统方法、遗传算法、启发式算法、神经网络算法。其中 ，专家系统方法在实际应用中较多采用，它将调度专家的经验抽象成系统可以理解和执行的调度规则，并且采用冲突消解技术来解河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 17 决大规模 于神经网络具有并行运算、知识分布存储、自适应强等优点。因此，它成为求解大规模 前，用神经网络方法成功求解了 题。遗传算法在求解 优化调度问题时，首先通过编码将一定数量的可能调度方案表示成适当的染色体， 并计算每个染色体的适应度（如路径最短），通过重复进行复制、交叉、变异寻找适应度大的染色体，即 独用一种方法来求解调度问题， 往往存在一定的缺陷。目前，将多种方法进行融合来求解 调度问题是一个研究热点。如将专家系统与遗传算法融合，把专家的知识融入到初始染色体群的形成中，加快求解速度和质量。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 18 3 自动移动送料小车总体结构 术指标及运行 本课题针对“现代物流集散控制系统”项目而提出的，研制一套自动导引车系统。该自动导引车系统的性能指标要求为： 能够沿一条固定的激光导引束行走，实现自动起停和转移托盘等操作，并能够调整移载机构的伸出量，以增强小车 的移载能力和适应能力。 总体结构设计方案 根据实际需要的不同，设计也有很大差别。本课题所研究的是在室内环境下能够自主行走、运送托盘、自动调节的小车。根据这个需求，本设计为圆传送带式轻型，激光束导引方式沿固定路径进行托盘运输。整个系统的结构框图如图 2中包括主控制模块、光敏元件检测光信号电路、直流电机的驱动
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