开题报告-AGV车辆转向机构设计

开 题 报 告一 、课题介绍：1、课题名称：AGV车辆转向机构设计2、课题背景：自动引导车辆的发展研究始于20世纪50年代初美国 Barrett Electronics公司开发出世界上第一台自动引导车辆系统（Automated Guided Vehicle System，AGVS）。1974年，瑞典的Volvo Kalmar轿车装配工厂与SchiinderDigitron公司合作，研制出一种可装载轿车车体的AGVS，并由多台该种AGVS组成了汽车装配线，从而取消了传统应用的拖车及叉车等运输工具。 由于Kalmar工厂采用AGVS获得了明显的经济效益，许多西欧国家纷纷效仿Volvo公司，并逐步使AGVS在装配作业中成为一种流行的运输手段。20世纪80年代，伴随着与机器人技术密切相关的计算机。电子、通信技术的飞速发展，国外掀起了智能机器人研究热潮，其中各种具有广阔应用前景和军事价值的移动式机器人受到西方各国的普遍关注。它的研究方向包括驾驶员行为分析，极端情况下的自主驾驶，车辆运动控制系统，交通监控、车辆导航及协作，主动安全系统等方面。自动导向车(AGV)是采用自动或人工方式装载货物，按设定的路线自动行驶或牵引着载货台车至指定地点，再用自动或人工方式装卸货物的工业车辆。按日本JISD6801的定义：AGV是以电池为动力源的一种自动操纵行驶的工业车辆。自动导向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、安全系统和管理系统等构成自动导向车系统(AGVS)才能真正发挥作用。 计算机硬件技术、并行与分布式处理技术、自动控制技术、传感器技术以及软件开发环境的不断发展，为AGV的研究与应用提供了必要的技术基础。人工智能技术如理解与搜索、任务与路径规划、模糊与神经网络控制技术的发展，使AGV向着智能化和自主化方向发展。AGV的研究与开发集人工智能、信息处理、图像处理为一体，涉及计算机、自动控制、信息通讯、机械设计和电子技术等多个学科，成为物流自动化研究的热点之一。AGV运行消耗的能源一般由蓄电池提供，蓄电池容量的确定是AGV设计中的重要参数之一，他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AGV的蓄电池有两种类型：铅-酸蓄电池(Lead Acid)和镍-镉蓄电池(Nickel Cad)。其中，铅酸型蓄电池所占的比例很大，除电池本身特性外，AGV使用过程中的充电技术也是一个很重要的因素。 尽管对AGV的研究已有多年的历史，但仍有多项关键技术还有待提高和突破，以进一步提高AGV的性能，降低制造成本和减少使用费用。本文所述AGV主要用于工厂物流系统，是在已知环境中，根据任务需求并按照一定的导向方式，完成相应的物料运输任务。因此，导向与控制方式是其核心问题。自动引导车辆系统是以AGV为主要运载工具， 由路径引导系统、自动装卸系统、信息通讯系统、安全保障系统和管理控制系统等构成的物料运输系统。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AGVS才能充分发挥作用。20世纪50年代初期，美国Electronics公司研究开发了世界上第一个自动引导车系统(AGVS)。1954年，在South Carolina州Columbia市的 Mercury Motor Freight公司投入运行使用。这个系统的AGV采用埋线式电磁感应路径引导方式和真空电子管元件控制器，是无人驾驶的车辆牵引系统(Dragger System)。这一时期的AGVS主要应用于仓库的物品运输，其目的是为了提高仓库的自动化水平。但此时AGV产品开发中，控制器的体积过大，控制能力有限以及其他因素，制约了AGV产品的技术进步。20世纪60年代和70年代，控制器首先晶体管化，后来又采用集成电路，不但使控制器的体积缩小，而且大大提高了控制器计算能力。但这种车载电子机构(On-board Electronics)控制器的性能很难适应于复杂的工业化物流系统的要求。因此，在美国仅有限的物流系统采用自动牵引车辆系统，AGV产品的技术进步仍然很慢。与此相反，在欧洲AGVS的研究得到迅速发展，应用领域也扩展到了工业生产领域。80年代以来，在国际市场上，许多产品出现了供大于求的局面，产品之间的竞争加剧，同时用户对产品的种类和式样的需求也日益多样化，这些变化促使企业开始寻求高效、快捷、灵活的生产方式以提高效率、降低成本和提高市场应变能力。由于AGVS能自动完成运输作业，可以灵活更改运输线路，因此可以在同一条生产线上装配出不同的产品，并且当产品需要环形或调整产量时，装配线的重组成本低、时间短，适应快捷的现代生产需要，因此许多企业开始采用若干AGVS为运载工具的柔性制造系统FMS(Flexible Manufacture System)，柔性装配系统FAS(Flexible Assemble System), AGVS的应用在发达国家得到迅速发展。本次设计车辆的主要优点:1. 路径设置简单、灵活、成本低，便于维护与改线，为车辆实现长距离、变路径导航提供了现实可行性。2. 由于路面图像是两维平面图像，且路径识别仅需边缘检测，因此可以实现很高频率的路径识别，从而为车辆实现更高速度的自动引导创造了必要前提。3. 采用图像处理技术可以很方便地识别多停车工位和多分支路径，从而克服了埋线磁导航和激光导航的AGV多工位、多分支路径识别的困难。4. 采用图像识别技术可以方便地获取车辆的多种运动偏差，从而为设计多输入反馈最优导向控制器提供了一种经济且有效的途径。5. 由于视觉导航不受电磁场和遮挡物的影响，所以比埋线磁导航和激光导航AGV有更佳的环境适应性。6. 车辆具有自动避障、自动报警、自动上线和无线通讯等人工智能。3、工作内容及要求：课题内容及工作量： 根据视觉引导车辆的应用要求在有限的空间内设计一工作可靠、灵活的转向驱动系统； 设计转向驱动系统的机械结构 设计、选择转向驱动系统的电气元件； 本次开发的系统应能够装车运行。该视觉导航AGV工作性能参数如下： 工作运行速度：5Km/h 最高行驶速度：11.3Km/h 最小转弯半径：0.75米 有效避障距离：0.5-3米 可识别分支路径：20条 可识别工位数：80个 运行控制方式：自动或遥控 远程调度管理方式：中央计算机集中数传通信控制工作量：1、转向驱动系统总图2、电控单元电路图3、部件及零件图4、外文翻译5、结合本课题部分设计计算程序6、图纸量不低于四张零号图纸4、课题的重点和难点：此次设计重点应该放在机械系统设计上，主要是CAD图的绘制，难点是如何才能使设计出的转向机构符合工程实际需要及工作条件。5、可能用到的主要知识和技能：可能用到大学内所学到的各类知识，如：工程图学、机械原理、机械设计、机械制造、机电一体化基础等。6、需要自学的知识和技能：需要自学的知识有单片机技术、动力转向原理、电动机的选择等。二、工作计划：毕业实习基地、实验场地及目的要求：实习场地：智能车辆研究实验室实验基地：机械学院工程机器人实验室目的及要求：1.重点了解视觉引导车辆的研究现状及应用前景。2.了解车辆及智能车辆转向驱动机构的整体构成。3.了解直流伺服电机的结构、工作原理及控制方法。计划安排：1、调研收集有关资料：1周2、整理和筛选资料：0.5周3、拟定设计方案：0.5周4总体方案设计：9周 机械系统设计（完成CAD绘图3张，其中装配图2张，部件图1张） 电气系统设计 a、硬件：单片机系统设计。A01 b、软件编程5、设计小结：1周6、说明书：1.5周7、准备答辩：0.5周三、参考文献：1 汽车设计 王望予主编 机械工业出版社 第三版 2000年2 汽车理论 余志生主编 机械工业出版社 2000年8月3 微型汽车结构与维修 刘志宇主编 科学技术文献出版社 1995年4月4 机械设计手册5 微型汽车构造与维修 王智敏主编 人民交通出版社 1993年9月6机电一体化设计基础 朱喜林，张代治主编 科学出版社 2004年8月7机电传动控制 李国发主编 华中科