【《AGV小车硬件系统机械设计与功能实现》20000字（论文）】

PAGEIAGV小车硬件系统机械设计与功能实现摘要本论文主要设计AGV小车的硬件系统，进而实现一系列功能。AGV小车对性能有一定的要求，合理的硬件设计会用尽量低的成本完成性能参数的指标，达到最优设计。硬件系统的设计需要从机械结构开始。机械结构包括车轮的选择、轮系结构的选择以及舵轮减震装置等。电路系统包括主控模块、无线通讯模块、路经信息检测模块、电机驱动模块、速度检测模块、超声波测距模块、电源模块。主控模块选用的是STM32F103VET6芯片，该芯片拥有丰富的端口资源，需要和其他电路组合成最小运行系统才能工作。无线通讯模块让AGV小车能够接收上位机的控制指令，能够更好的完成任务。路径信息检测模块是通过磁导航模块配合RFID读写模块来实现的，能够按照指令路线行驶。电机驱动模块选用直流无刷电机配合电机驱动芯片来实现。速度检测模块使用增量式光电编码器，测试方式有“M”法、“T”法、“M/T”法。超声波避障模块通过测量发出和接收超声波的时间间隔结合声波，计算出AGV小车和障碍物的距离。电源模块选用LM2596芯片和AMS1117芯片达到将24V电压转换为5V和3.3V电压的功能。关键词：AGV小车；机械结构；磁导航模块；超声波测距目录TOC\o"1-3"\u第一章绪论 11.1引言 11.2研究背景及意义 11.3国内外研究现状 31.3.1国外发展现状 31.3.2国内研究现状 41.4AGV的导航方式 51.5论文主要工作 61.6本章小结 7第二章AGV的机械设计 82.1AGV的轮系结构分析 82.1.1车轮结构 82.1.2轮系结构 82.2减震装置 102.3牵引装置 112.4保护装置 112.5警报装置 122.6车体设计 132.7本章小结 14第三章AGV的电路设计 153.1主控制器模块 153.2无线通讯模块 173.3磁导航模块 183.4RFID读写模块 193.5电机驱动模块 213.6速度检测模块 223.7超声波避障模块 233.8电源模块 243.9本章小结 25第四章AGV系统功能实现 264.1AGV的性能参数 264.2AGV视图 274.3总体功能流程图 284.4部分功能流程图 284.4.1通讯功能流程图 284.4.2RFID定位流程图 294.4.3升降棒牵引流程图 304.5潜伏式AGV的优势与创新 314.6本章小结 31第五章总结与展望 32参考文献 34 -PAGE1-绪论引言自动引导车(Automatedguidedvehicle,AGV），在生活中也可叫做无人搬运车，属于移动机器人系统，是一种能够通过计算机进行信息通讯并由上位机进行控制和监控，按照人为规定的路径和任务要求自动行驶的高度智能化的运输设备，具有多种高精度的导航方式，确保在规定时间内准确无误的行驶到目的地，完成例如取货、送货等指定任务。该设备使用充电电池供电，在电量不足无法继续工作时，能够自动前往特定充电点自行充电。在现代制造业工厂中，提升竞争力的关键因素在于提高劳动生产率和降低生产成本。其中物料的搬运是工序之间、车间之间、仓库与车间之间进行产生制造的关键环节，传统人工搬运的方式已经不能够满足现在工厂实现自动化与智能化的需求。而不需要人工干预，由各种硬件模块自主配合控制车辆前进的AGV小车能够提高产品生产加工、物料搬运、装配的自动化水平，而且达到了去人工化，实现了产品生产从传统人工的低效率高成本向现代工业高度自动化、机械化的转变，契合企业提升竞争力的关键要素。自动搬运物料的方式逐渐成为现代企业节约时间、人力成本和提高产生效率的必要手段。由此可见，由计算机、传感器、信息通讯、自动控制等多个学科技术共同构成的AGV小车符合现代人对于快捷、便利生活节奏的需求，拥有十分可观的市场潜力和经济效应，能够在各种领域，无论是车间、超级市场还是自动化仓库以及配送中心，起到十分重要的作用，逐渐成为工业化的主要标志之一[1]。1.2研究背景及意义21世纪制造业将进入一个新的阶段。德国在2013年首次明确提出工业4.0概念，描述了由集中控制向分散式增强型控制转变，最终形成了一个精简、灵活的个性化和数字化的企业产品与服务生产方式。在4.0概念的影响下，今后的制造业会更侧重自动化和智能化的水平。相比于发达国家高度机械化与自动化的制造业，我国传统制造业仍处于半人工化状态，自动化水平还十分落后，面对信息技术、智能技术以及互联网技术快速发展的现状，将会面临极大的挑战。基于未来工业发展的新趋势，针对我国内部制造业存在的诸多问题以及发展困境，我国结合自身实际和当前国情提出了“中国制造2025计划”，通过大力发展科技人才同时培养自主创新意识来提高生产产品质量、实现绿色制造、优化企业内部结构，将过去落后浪费的制造环境打造成具有中国特色的制造文化，实现制造业由大变强的历史跨越。根据数据统计，从原材料到成熟的产品再到销售的过程中，大概只有5％的时间用于产品的加工与制造，95％的时间用于原材料的存储、运输以及半成品的存储与运输[2]。在如今新型制造业和高科技企业茁壮发展的时代，对于产品的需求会大幅度提高，产品的质量也需要得到提高，传统的制造方式用于产品制造的有效时间大部分浪费在了原料的输送与保存，已经不能够满足现代工业对于效率的要求，提高生产效率迫在眉睫，而其中最为关键就是整个产业物料运输的能力。如果物料运输设备自动化程度的提升一个档次，整个制造业的效率和成本都会受到极大的影响。所以在制造业发展的过程中，通过实现物料搬运自动化来降低在物料运输过程中投入的时间成本与人力成本来达到提高效率、降低投入的目的，进而提高整个制造业的竞争力是不可避免的[3]。提高物料搬运自动化水平最直接最有效的办法就是通过具有高技术水平的机器人来取代传统人力资源，不仅仅提高整个制造业流水线工作的速度、减少意外事故的发生率，有效杜绝以往工人在搬运重物与大型物件过程中因为体力下降而导致的受伤事件，而且能够有效解决现在的年轻一代不愿意从事低端的体力工作，不愿意接受低报酬的薪资问题。在安全问题上，采用自动化机器人代替人工能够避免许多工作环境所带来的不可避免的健康问题。AGV叫自动引导车，是轮式移动机器人的一种，通过蓄电池提供工作所需的能源装，同时配有自动引导装置实现自主导航，能够在人为规定的路径自动行驶，完成指定任务，柔性化程度和智能化程度较高，可以通过编程控制多辆AGV一起协同工作。AGV将电、光、计算机等领域的先进理论和应用技术融于一身，是具备高精度自主定位能力、高度的智能化、硬件功能强大的自动驾驶机器人。在执行任务的过程中，AGV小车能够通过自身携带的无线通讯模块实现与上位机的通讯，接收上位机发出的命令，时刻保持着数据与信息的流通与交换。AGV具有相当程度的灵活性，能够根据任务的需求，用不同的组合来实现各种对应的功能，还可以同时由若干辆小车组成一个完整的系统来执行一个任务，当发生意外情况其中一辆小车出现故障需要维修时，其他小车并不会受到影响，依旧会继续执行自己的任务，既实现了小车与小车之间的调度关系又保证了各个小车的独立性，提高了系统的可利用性。AGV也可以与其他生产系统配合工作，不仅仅单独完成指定任务还能够实现数据信息的传递与共享，AGV的适应性与兼容性得到了充分的体现[4]。在AGV运送物料的过程中极少发生碰撞或者产品出现损坏，这是因为AGV按照事先安排的好的固定路线自动行驶，完全可以避免不必要的阻塞和碰撞。在制造业的生产过程中，AGV可以取代传统的人工物料运输，更加灵活快捷、高效安全的完成物料搬运任务，并且可以通过搭载不同的智能传感器来适应各种工业环境，从而实现不同的功能。随着电子工业的不断发展，AGV在市场中的潜力也因为消费者需求的扩大而日益增加[5]。原本的AGV主要用于汽车产业的汽车装配生产线，而现在作为一种自动化的搬运设备，AGV已经深入运用到电力、电器制造、汽车、电商仓库物流、烟草输送、食品饮料、医药等多个领域，也是敏捷制造生产设备及系统的重要组成部分，实现快速配置各种资源，推动传统制造业进行结构优化和产业升级的强大动力[6]。AGV小车经过数十年的发展与改进，其核心技术已经实现更新换代，有了突破性的进步，尤其是在导航、控制、安全等关键技术方面。而且AGV小车的性能会随着科学技术的不断发展而得到完善与增强，逐渐在无人生产车间如柔性加工系统（FMS）、柔性装配系统（FAS）、仓储系统(AS/RS)等生产制造场合崭露头角，帮助物料系统实现资源的高效运送[7]。在AGV等机器人领域取得的研究成果将体现一个国家制造业的科技水平和自动化程度，可以说，AGV技术已经成为世界各国关注和研究的关键技术之一[8]。1.3国内外研究现状1.3.1国外发展现状在国外对自引导设备的研究重视度很高，很早就展开了一系列的研究。1913年，美国福特汽车公司在汽车底盘生产过程中创新性地使用了有轨引导小车，放弃了传统常用的传送机，由于缺少当时的有轨引导小车自动导航功能，不能定义为现在的AGV，只能称之为世界上第一台AGV的雏形。1953年美国Basrrett公司利用真空管技术研制出了第一台AGV控制器，并且在牵引式拖拉机的改造上得到运用。原本的拖拉机被改造成能够通过在空中铺设导线来输送杂货店货物的配送机器。这是真正意义上第一台自主导航车。1954年，英国发明了使用地下导线引导小车前进的电磁式引导AGV，并于1955将这种AGV正式应用于生产流水线上。在此之后，AGV技术在欧洲大规模发展，在电磁式AGV的基础上研制出了各种其他导航方式AGV，之后在各项生产实践中投入了220套不同种类，总共1300多台AGV。在60年代以后，美国引入了欧洲的AGV技术，并且采用更加先进的计算机控制系统和路径引导技术，极大的增强了AGV的性能，增加了AGV的运输量，提高了AGV的稳定性。70年代中期，由于微处理器和计算机的技术更加成熟和普遍，AGV技术也随之水涨船高得到不同程度的提高，而这种现象在伺服驱动技术完善之后更加明显，具有更加复杂的控制器以及更加灵活的AGV在那个时候被设计出来。1973年，瑞典VOLVO公司在KALMAR工厂汽车装配作业中没有将AGV看作独立的个体而是一次性使用了上百台AGV，获得了较高的经济效应的同时也扩大了AGV的运用范围[9]。在1983年到1985年短短的两年之内，美国AGV的生产厂商得到了爆炸式的增长，从原来的23家迅速成长到之后的74家，而且在此期间美国通用汽车公司通过购入了大量的AGV实现了第一个柔性装配系统。1990年，瑞典NDC公司在之前AGV技术的基础之上，首次将激光技术作为AGV的导航系统，该技术由于精度较高迅速得到推广，激光引导系统由此成为了新一代AGV控制系统。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[10]。经过三十多年的发展，AGV已经不再处于萌芽状态，经过各种实践的检验，欧美地区的AGV技术得到充足的发展后已经逐渐形成一种成熟的产业。欧美国家的AGV拥有极高的自动化水平，能够脱离人为干预，完成自主引导，该特性使得AGV的通用性大幅提高，基本能够运用于各种搬运场所。这种AGV不仅仅因为先进的制造技术具备完善的功能，而且由于不需要拥有精致的外部轮廓，所以可以通过模块化的方式用大部件零件进行拼装，使得AGV无论是在性价比上还是批次生产的规模上都有了很大的提高。各种型号的AGV具有不同的使用功能对应独特的运用场所，它们在驱动模式和引导方式上拥有各自的特色，功能的多样性保证了AGV产品在市场上拥有宽阔的覆盖面，能够满足特殊需求的AGV往往销售价格也会大幅增长。AGV在日本的发展与在欧美的发展出现一定区别和分化。1963年，日本开始从国外引进AGV。1966年一家制造运输设备的厂商与美国Webb公司开始合作，在日本政府的高度重视下合力建成了第一家AGV工场[11]。经过这次成功的尝试，日本在国内更加关注AGV的研究与制造，在政府的大力支持下各种AGV制造商开始不断涌现，资本的注入让日本每年都出现数十种具有不同优势的AGV系统。与欧美国家追求高自动化的AGV不同，日本则追求简单纯粹的AGV，他们的宗旨是简略易用，他们的产品不需要面对错杂复杂的工作环境和困难的工作任务，只需要在工作环境可控，任务单一固定的条件下展现出高超的性能。这种设计理念极大的促进了购买者的热情，他们能够用较少的投入购买功能朴实却性能优质的AGV，在很短的时间内就可以赚取利润回收成本。这类AGV大多数采用较为简单的磁带引导，只具有最基本的搬运功能，不具备自动装卸的能力，被日本和台湾的厂商大肆采购用于基础的配送任务。对于日本本来就发达的基础工业来说，制造结构简单、功能纯粹、用途单一的AGV成本十分低廉，能够将其广泛的运用到生产制造的各个方面。1.3.2国内研究现状与欧美发达国家相比，我国AGV的研究和应用较晚。我国在上个世纪六十年代以后从欧美国家引入AGV系统技术，在国外研发的AGV系统技术的基础上进行自主研发，经过大量的尝试和实践，现在已经能够掌握较为核心的技术，逐渐拉近与欧美国家的技术差距。由于我国接触AGV技术的时间较晚，经过差不多十年的时间，1975年北京起重运输机械研究所为瓦房店轴承厂研发出了我国第一台电磁制导的自动引导车[12].1988年原邮电部北京邮政科学技术研究院成功将AGV应用于邮政领域，研发出了第一台邮政枢纽AGV。1990年中科院沈阳自动化研究所首次将自行研发的六台AGV应用到汽车生产转配的流水线上，该AGV在1996年荣获了国家科学技术进步三等奖。经过这次成功在生产实践中使用AGV的案例，清华大学和浙江大学在内的等国内高校也开始了对AGV技术的研究，并成功研发出了基于视觉导航技术的军用室外自主车。2007年吉林大学燕学智、王树勋等人基于超声波传感器设计了自动引导车辆的定位系统，提出了一种高精度测量超声波信号传播时间的方法，该方法采用双超声波发射传感器依照一定的时序进行工作，解决了信号相互干扰问题。我国越来越多的工厂、科研机构采用AGV为汽车装配、邮政报刊分拣翰送、大型军械仓库、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,所采用的AGV国外引进和国产的均有。随着经济的发展,AGV在我国的应用领域必将越来越大。1.4AGV的导航方式AGV具有多种导航方式。导航能够让AGV在可控的时间内，根据人为设置好的规划路线，由原本的着陆地点行驶到需要的指定位置。除了上述根据指定路线的导航之外，AGV也能通过自主学习的方式来自动判断行驶路径，实现精准导航的目的。目前主要的导航技术包括电磁导航技术、磁条导航技术、惯性导航技术、视觉导航技术和激光导航技术等。电磁导航技术电磁导航技术运用的原理是法拉第的电磁感应定理。需要根据事先计划好的AGV行驶轨道铺设对应的金属导轨，在金属导轨中通入特定低频率的交流电。电磁感应定理指出变化的电流会产生交变的磁场，而AGV所装备的磁传感器会识别与检测金属导轨磁场强度，并且将监测信息传回到主控制模块，最终由主控制模块控制AGV根据磁场按照预设的路径形式行驶，达到导航的目的。由于电磁导航技术的金属导轨全部铺设在地下，外界的油渍、废料、飞尘不能侵蚀导轨，该技术的抗干扰能力大大提高，同时成本较低。但是面对AGV行驶路线不固定的场合，电磁导航技术的轨道想要根据变动更改需要重新铺设轨道，过程十分繁琐，整个系统总体的柔性较差。磁条导航技术磁条导航技术需要将树脂与铁氧磁体构成的磁带铺设在事先规划好的路径上，通过磁导航感应器来感应铺设的磁带，工作原理与电磁导航相似，相比于电磁导航将金属导轨埋在地下，磁条导航则是把需要被感应的磁条铺设在地面上。该技术能够分析感应到的磁条位置信息，通过对相应信息进行处理和换算得到AGV的当前位置信息，还能在磁条的基础上配合RFID标签加强导航的精度以及准确度，成本较低，导航路径容易铺设与构造，能够适应大多数工厂的生产环境。缺点是磁带容易受到损伤，由于磁条裸露，外界环境随时都可能影响到磁条的做工性能，导致磁条导航出现误差。惯性导航技术惯性导航技术是一种自主导航方式，在AGV的机体上安装陀螺仪，同时在AGV工作环境的周围设置定位磁钉之类的定位标志[13]。在车辆前进的过程中，不断通过自身的陀螺仪测量驱动轮的偏转角速度等信息，根据运动学原理和积分运算，得到机体的位置信息、速度与加速度，并通过定位标志来进行不断更正和调整。该技术具有很强的灵活性，能够与其他导航方式进行组合和兼容，但是精度跟陀螺仪的性能有较大关系，并且开发成本较高。视觉导航技术视觉导航技术能够较好的通过对图像的采集来达到AGV的自主导航[14]。对周围环境图像的采集需要在通过在AGV上装配CCD摄像头。摄像头将信息与存储在AGV中的轨迹地图图像进行比对，得到AGV的当前位置信息，通过图像处理判断车体中线与引导中线的偏差，进行一定程度的调整，使AGV在允许的偏差范围内行驶[15]。当图像采集设备得到进一步发展后，图像识别技术的精度和分辨率不断提高，视觉导航技术精度也随着水涨船高，外界环境光线变化、地面污染等不再严重影响视觉导航技术的正常工作。但高精度的图像采集设备会使AGV的成本大大提高，在一般的民用AGV系统未得到较为大规模的运用。激光导航技术激光导航技术的主要工作原理是通过激光发射器周期性向周围发射激光，布置在AGV顶部的激光接收器在接收到被提前安装在各个位置的激光反射板阻挡并反射的激光后将信息传回到主控制器进行数学计算，得到当前AGV的运动状态以及位置信息。该技术导航精度较高，不需要像电磁导航和磁条导航铺设固定轨道，但成本较高且激光发射版与激光接收器之间不能有遮挡，对环境有一定要求。1.5论文主要工作根据AGV硬件系统的设计及实现过程，对论文结构进行如下布局。第一章：介绍了现代制造业在科技快速发展的背景下，对于生产自动化和智能化的需求，分析了国内外AGV研究发展情况以及现在常用的几种AGV导航方式，概述了论文的研究内容和文章的结构安排。第二章：对AGV的机械结构设计做出大致规划，选择合适的轮系结构，同时设计舵轮减震装置、牵引装置、保护装置、警报装置和车体，提高车身的平衡性能和安全可靠性能。第三章：AGV硬件系统的设计和选型，包括主控制器模块、无线通讯模块、磁导航模块、RFID模块、电机驱动模块、速度检测模块、电源模块。第四章：AGV的性能参数以及视图，总体和各个部分的工作流程图，潜伏式AGV的优点和创新。第五章：总结与展望。1.6本章小结本章节首先阐述了在工业4.0背景下，现代制造业对于物料运输自动化和智能化的需求，然后分析了AGV所具备的广泛使用价值和市场潜力，介绍了国内外AGV是如何一步一步发展到一个成熟的阶段，概括了本文的大致内容和后续章节的排布。第二章AGV的机械设计机械设计是整个AGV设计过程中最开始的部分也是最为基础的部分。机械机构设计的优秀与否将会影响到整个机构的机械性能以及后续软件控制和电气系统的安装，同时也决定了整个产品的工作性能与使用年限。所以整个机械设计的目标就是要在各种限制条件下，使用有限的资源和预算，做出尽可能满足性能指标与足够安全的机械，达到优化设计。2.1AGV的轮系结构分析2.1.1车轮结构AGV常用的车轮结构有定向轮、转向轮、万向轮和驱动轮，根据结构的不同起到不同的作用。定向轮：顾名思义定向轮的方式是恒定的，不可改变。其方向和速度与车体的运动方向与速度保持一致，轮子较大相对比较结实，能够适应各种路况。转向轮：带有转向电机，可以随意转变方向，功能是改变AGV的运动方向，速度与车体速度保持一致。如果在转向电机的基础上带有驱动电机，在之前基础能够使AGV反向，并提供一定动力。万向轮：轮子能够在一个水平面进行360°的旋转，速度与车速一致，能够保持车体的平衡状态，同时分担一定的承载重量。驱动轮：具有驱动电机，主要功能使为AGV行驶提供动力，带动车轮转动，速度与车速相同。图2-1舵轮图2-2万向轮2.1.2轮系结构根据不同AGV对于运动转向方式和驱动方式在各种需求上差异，AGV具有多种不同的底盘轮系结构，大致根据轮数的不同，可以分为三轮、四轮、六轮等结构。而三轮较多以单舵轮驱动和差速驱动的方式存在，而四轮和六轮可以使用双舵轮驱动或者多舵轮驱动。不同的轮系结构会采取不同的驱动方式，也有着三轮、四轮和六轮的区别，本文着重介绍在使用舵轮情况下的三轮和四轮轮系结构。(b)(c)舵轮（转向+驱动）2-定向轮3-万向轮4-舵轮（转向）5-驱动轮图2.3舵轮AGV常用的轮系结构型舵轮AGV轮系结构设计使用了单个舵轮和两个定向轮的三轮结构。该结构选用了驱动转向型舵轮，具有驱动电机和转向电机，能够在AGV小车行驶的过程中提供驱动力和转向功能，所以将其前置。后方的两个定向轮能够保持行驶过程中的平衡，使车身更加稳定，被舵轮带动前进。型舵轮AGV轮系结构设计使用了双舵轮和万向轮的四轮结构。该结构的双舵轮也选用了驱动转向型舵轮，与之前三轮结构相比，双舵轮能够提供充足的驱动力而且控制更加灵活，能够实现平移旋转等复杂的运动。万向轮能够保证车体的平衡稳定，分担整个车身的重量，完成任意的转向。型舵轮AGV轮系结构设计使用了单个舵轮加两个驱动轮的三轮设计。该结构选用了只具有转向功能的舵轮，并不具备驱动功能。该舵轮为AGV提供了转向能力，控制车头前进方向。双驱动轮对称排布能够增强整个体系的平衡，同时为AGV提供驱动能力[16]。本设计在(b)型舵轮AGV轮系结构设计的基础上作出了一些改进，将原本位于中间部分的两个万向轮分别更改到两个舵轮的一左一右，重心由原本的中间位置分散到前后两边，使AGV行驶的更加平稳。当AGV接收到转向的命令时，负责驱动和转向的舵轮开始改变车身的方式，而跟舵轮位于同一水平线上的万向轮会比原先位于中间位置的万向轮反应更加灵敏，从动能力增强，使AGV完成转向更加迅速，能够更好的配合舵轮。2.2减震装置由于整个AGV车体的重量集中分布在舵轮和承重万向轮上，而且AGV主要的驱动力来源于舵轮的驱动电机，如果在AGV的行驶过程中遇到不平整的道路，缺少减震装置的舵轮很容易造成悬空使车体重心不稳，甚至整个车体不能保持平衡造成翘起或者翻到，所以舵轮需要装配特定的减震装备来为舵轮减少因为外部环境所带来的震荡和冲击，增强AGV的稳定性和舵轮的抓力能力。减震装置主要由舵轮缓冲固定板上的三根铝合金轴组成，每个铝合金轴外部有两根减震弹簧。每根减震弹簧在AGV还没开始行驶时就处于一定的压缩状态，在不同的地面环境下，减震弹簧形变的程度会根据车体重心的偏移发生改变，导致舵轮带动车身做出轻微的调整，让舵轮能够与地面进行有效接触防止某个舵轮发生悬空的情况。减震装置除了能够缓解地面平整度带来的影响之外，在AGV遇到意外情况，例如遇到障碍物需要紧急停车的时候，减震弹簧能够极大的缓冲由于急停带来的巨大惯性冲力，再加上铝合金轴保证了减震弹簧受压方向都是垂直于车体使得减震弹簧的缓冲能力得到加强。三根铝合金轴三角形的对称结构设计，使得舵轮和车体受力方向在减震装置的重心，减少左右摇晃的可能，提高了整体的稳定系数，同时让舵轮与地面之间保有极大的抓地力，降低电机的动能因为碰撞而损失的可能性，为AGV提供了足够的驱动力，增强负载能力[17]。图2-4舵轮减震装置2.3牵引装置AGV在执行任务的过程中需要通过牵引装置来搬运货物。本文设计的AGV使用升降棒来完成于货物的连接和分离。升降装置主要由安装支架、升降电机、上到位电动开关、下到位电动开关、升降棒构成。升降棒通过安装支架固定在AGV小车的顶部，升降棒下端有着一圈又一圈的螺纹通过配套的螺孔与AGV车体进行连接。升降电机安装在升降棒另一侧的动力装置固定板上，受到控制器的控制，能够控制升降棒进行升降，在需要的时候来拖挂货架。图2-5升降棒2.4保护装置由于AGV内部由许多元器件和硬件电路，为了防止因为电气故障发生的意外和事故，在设计的过程中需要加入一定的保护装置。断路器是指能够在正常回路条件下起到电路电流的开断关合，在异常回路状态下，例如电路发生短路导致电流过大时，断路器能够在规定时间断开电路，很快就将意外控制在轻微的状态，杜绝事态进一步扩大。本设计选用的是空气开关，又名空气断路器。如果电路中的电流过大超过额定电流，空气开关会自动断开，能够有效降低和杜绝AGV内部发生的短路、欠电压或者严重过载的可能性，起到保护电路的作用。图2-6空气开关2.5警报装置AGV工作环境错综复杂，难免可能会发生一些AGV不能够自主处理的特殊情况时，需要发出警报通知附近的工作人员来进行人工处理。当AGV在行驶过程中遇到车体侧翻、与障碍物发生碰撞等意外情况导致不能够按照指令完成任务时，报警灯就会工作发出红色的警报，表示车体出现故障，无法正常工作。扬声器能够配合报警灯使用，报警灯发出红光的同时扬声器开始工作，发出警报铃声。图2-7报警灯图2-8扬声器2.6车体设计本设计的AGV为双舵轮万向潜伏式AGV.潜伏式AGV主要适用于有许多限制的生产环境，尤其是高度受限。这导致潜伏式AGV不像叉车式的AGV拥有能够大幅度升降使用货叉的车身，潜伏式AGV的车身高度十分有限，而且整体呈现为平整长方形。这种类型的构造使得潜伏式AGV能够在十分狭窄、高度有限的间隙环境中较高速和灵活的穿梭行驶，平整的车体有效减少了与周遭环境发生碰撞的可能性。在满足对于车体高度的限制下，作为AGV主要的车体部分，同时也需要具有一定的强度和刚度来支撑AGV的承载重量和加速时收到压力，还需要降低车身的重量来提高AGV工作过程中的灵活程度以及有效承重，提升AGV的性能。车身的重心需要尽量居中以及降低，保证AGV在行驶过程中重心不发生动荡，增强平衡性和稳定性。为了适应恶劣的工作环境，车体外部轮廓需要做到平整，不应有凸出部分，防止和其他物体发生无必要的碰撞。综合一系列要求和约束，本论文使用铝合金来制造车身的骨架和轮廓。考虑到铝合金相比于其他钢材来说具有较好的强度和刚度，同时可塑造性较强、密度较低，而且力学性能和抗腐蚀能力较强，能够满足AGV车身绝大部分的要求。车体的尺寸设计为长80cm，宽50cm,高20cm。图2-9车体结构图2-10总体结构2.7本章小结本章节介绍了AGV小车的机械结构设计，确定了AGV最基础的性能参数。了解定向轮、转向轮、万向轮、驱动轮的作用后，采用双舵轮和双万向轮的四轮轮系结构。为了防止在行驶过程中车体震动悬空，采用舵轮减震装置增强车体的平衡性与稳定性。第三章AGV的电路设计3.1主控制器模块AGV的主控制器模块是整个AGV硬件系统的核心。它如同人类的神经中枢系统负责对上位控制系统所发出的命令进行接受和执行，控制着各个模块的工作，使AGV完成对应的任务和指令。所以一个优秀的AGV硬件系统对主控芯片有很高的要求。PLC、单片机和工控机是一般AGV比较常用的控制方式，它们都具有各自的特点[18]。表3-1不同控制方式之间的对比控制方式优点缺点PLC用于逻辑控制、I/O驱动能力强、稳定性好、易于扩展。不能实现多线处理、处理任务较为单一、不利于调试。单片机成本低、功耗小、体积小需要配套的外部电路和底层算法、处理器处理能力较差、处理速度较慢工控机处理器处理能力强，能够多线程处理、资源丰富、能够适用于恶劣环境成本高、能耗大、体积大综合上述的特征，从AGV的成本、性能参数以及工作环境等多个方面全面考虑，单片机就能实现主控模块的全面功能需求，同时极大降低开发的成本和研发的周期。STM32F103VET6是意法半导体公司推出的控制芯片。STM32代表ARMCortex-M内核的32位微控制器，F103代表增强型，V代表100引脚，其中有80个引脚可以用于IO的输出输入端口，E代表内部集成了512KB的Flash和64KB的SRAM，T代表LQFP封装，6代表工作温度范围在-40℃-85℃。其次之外，STM32F103VET6的最高工作频率可以达到72MHz，电源电压在2V-3.6V之间，具有3个通用定时器和1个高级定时器，2个16通道12位的同步模数采集器，2路SPI接口、2路T2C接口、3路USART接口、1个USB设备接口、1个CAN接口。该芯片适用于各种应用场合，例如GPS平台、报警系统、工业生产和游戏外设等，而且充足的接口资源和优秀的性能可以很好的满足AGV对于主控芯片的需求[19]。STM32芯片如果没有外围电路是无法正常工作的，一个STM32的最小运行系统通常包括晶振、供电、复位和下载电路等。晶振电路的振荡器通常由石英晶体充当主要组成部分。普通的多谐振荡器会受到许多因素的影响，当电压发生波动、温度出现变化或者RC参数出现误差时，多谐振荡器都会出现不稳定的情况。选择采用石英晶体作为振荡器的最主要的优点就是因为它能够保持很好的频率稳定性。振荡器是通过运用石英晶体的压电效应来达到起振的目的。具体原理是当石英晶体的两极连接恒定电压之后，晶体会发生一定程度的形变，而将恒定电压换成交变电压后，形变就会变成机械振动。振动又会产生一个微弱但稳定的交变电压。其中当外界施加的交变电压的频率与晶体本身固有频率相同时会产生一种名为压电谐振的特殊情况，此时压电效应的振动幅度会有显著的扩大。晶振电路会产生8MHz的振荡频率再通过PLL锁相环进行倍频后达到稳定工作频率72MHz。而所有的主控器外部设备和CPU的正常工作都要基于这个工作频率，也称之为时钟信号。晶振电路通过OCSIN和OSCOUT端口与芯片连接。由于STM32芯片的正常工作电压在2V-3.6V之间，所以给芯片供电的电源选用VCC3.3V比较合适，由LDO低压差线性稳压器将5V换变为3.3V。复位电路的端口是NRST，当NRST端口输入低电平时，整个芯片进行复位，各个器件初始化。在程序开发的过程中，一般采用SWD或者JTAG的方式来解决需要下载bin或者HEX文件以及在线仿真调试。SWD模式跟JTAF模式相比较，在高速模式下更加可靠，而且只需要4个引脚就能实现功能，与芯片的JTMS和JTCK端口相连。图3-1晶振电路、复位电路、下载电路图3-2STM32F103VET6引脚图3.2无线通讯模块AGV在实际使用的过程中，往往需要接受上位机的指令实现同时多台AGV机器参与任务的分配与实施，构建一个完整全面的调度系统，所以一个无线通讯模块能够使AGV更好的接受命令，完成更加复杂的任务。GC433-TC007是硅传科技推出一款无线数传模块。该模块属于UART硬件模块，通过串口来进行无线通讯，大大降低了开发成本和研发周期。具有AT指令模式和透传模式。在AT指令模式下，用户可以设定串口的波特率和网络IP等网络参数。在透传模式下，模块能够将串口输出的数据传送到目的端口，不管传输业务的内容如何，不对数据内容做出任何改变。通讯距离可达800m，覆盖面积相比于其他无线传输模块相对较大，大大提升了AGV的可控制范围。以下是该芯片的接口功能表。表3-2GC433-TC007端口功能表序号接口名功能0RESET复位信号，低电平有效，正常使用拉高或悬空1VCC电源+3.3V2GND地3RXDUARTRX4TXDUARTTX5GND地6ANT天线接口，等效阻抗约50Ω7GND地该模块的供电电压为3.3V，STM32的PB10和PB11引脚与模块的UART_TX和UART_RX相连接。为确保RESET引脚为高电压，将RESET引脚通过电阻与VDD引脚相连接。电路中的电容是起到滤波作用，使直流信号输入模块时更加平滑和稳定。图3-3GC433-TC007引脚图3.3磁导航模块AGV磁导航模块选用的是广州联网科技的D-MNSV6-X16。该模块具有16个固定间隔排列的微型磁场检测传感器，每个磁场传感器都是一个磁场的探测点。在磁导航模块工作时，各个探测点会检测到磁感应强度信号，在霍尔效应下磁场中的每个霍尔元件都会根据不同磁场强度产生不同的电压，这样磁场强度信号就会转换成电信号传输给主控模块,主控模块经过一系列的运算和转换判断AGV与事先在路径上铺设好的磁条的相对位置。当探测点检测到相同的磁场强度时，代表磁条在正下方的中间位置，AGV此时在直行。当磁场强度不同时，代表磁条偏左或偏右，就会向主控模块发送信息，通过主控模块调节电机驱动单元，让AGV实现左转或者右转回到中心位置[20]。图3-4磁导航引脚图3.4RFID读写模块磁导航通常需要3连续的磁条块来给AGV提供信息实现导航的目的，具有一定的局限性而且容易受干扰导致精度下降，所以需要配合RFID模块，RFID模块识别速度较快、使用寿命较长、可以动态更改标签数据和通信，能够容纳较大数据，两者共同作用提高导航的精度，增强AGV的性能。RFID射频技术也就是无线电和射频数据识别交换技术,它也是射频自动识别的主要技术之一，通过无线电以射频的形式与仪器表面的媒体之间进行非接触双向的射频数据通讯。射频仪表上的媒介例如无线电子标签或者无线射频卡上的控制线圈能够接收射频解读器自动传来的无线射频识别信号,产生一个相应的射频感应电流,从而用户可以对射频芯片内存中的射频信息数据进行阅读和数据写入,达到射频识别的主要目标和射频数据交换的主要技术目的。整个RFID阅读系统中包含了阅读仪、应答器和应用软件系统等部分。阅读器就是将一个标签中一些信息和内容自动读出或者将标签内部所缺少的关键信息重新写入标签当中的一种装置。通常的主要部分为信号收发天线、频率信号产生器、锁相环、微处理器、存储器、调节控制电路及其他外设硬件接口。应答器通常来看就是一个电子标签,它拥有一个唯一的电子标签编码,通常由收发天线、AC/DC控制电路、解调控制电路、逻辑信号控制电路、存储器和调制电路等部分共同构成。应用程序软件管理系统需要能够对各种数据来源进行实时搜集并对其数据进行分析处理。RFID模块选用的是广州晨控的CK-G06。CK-G06的工作频率为125KHZ，同时它还可以支持对EMID和FDX-B两种不同格式数据标签的实时读取,通过它的RS232通信接口可以直接进行各种数据流的传输。该传感器内部自带了Auto-turning自动调谐控制电路,在不同的工作环境中和运行时间内都能够轻松实现自动实时调整调谐电路的相关参数,使得各种外界环境对于读卡距离的扰动影响减少到最低程度,进一步大大提升了自身的抵抗外界干扰能力,具备了使用寿命长、灵敏度高、性能稳定和可靠性好等四大特征。产品的主要参数如下：工作电压：12V-24V/DC;工作电流：<200mA；功耗：2W;电路保护：带极性接反保护；读卡距离：15cm（跟标签类型与应用环境有关）；支持标签类型：FDX-B、EMID；通信接口：RS232；工作温度：-25℃-85℃；当RFID传感器接通了电源之后,红色的LED灯常亮,传感器就会自动进入信号调谐的工作状态,并且可以根据身处的工作场景和使用环境来对相关参数做出一个对应的调谐。当传感器检测到RFID标签的存在时,读卡器会对标签上的信息进行解码，解码成功后绿色的LED灯会自动亮起,同时由RS232接口将读取的数据信号发送给给数据接收器。传感器可以支持两种通讯模式：Autosendmodel和Resendmodel。在Autoread模式下当一个电子标签进入到能够被传感器检测到的感应地带时,传感器就会发出射频信号对其进行编码处理,然后自动向接收器发送标签编码的数据。如果一个标签一直存在于感应区域,读卡器连续向它发送两次编码的数据后将不会继续发送这个数据,直到一个标签被移动并离开感应区,或者是传感器从另外的地方检测到一个新的标签。该模式信号输出的格式为:起始码+标签码类型+十进制卡号+RCC校验+结束码。在Resend控制模式下,控制主机可以直接通过向传感器发送Resend命令,请求再次接收标签的相关数据,传感器接收到指令后就会再次发送相应数据。当控制主机接收数据出错未能成功接受到标签数据时,可以通过这个命令再次获取。在Reread模式下,控制主机可以通过向传感器发送一个Reread命令,请求传感器重新对之前的区域进行扫描,从而重新读取该感应区内的标签数据。该编码模式下信号输出的编码格式定义为:起始信号码+命令码+结束码。RFID模块需要通过RS232串口进行通信，而主控制器模块上的UART串口并不能直接与RS232进行信息的交互，因为RS232是一个反逻辑也称之为负逻辑，即低电平-3V到-15V代表逻辑1而高电平+3V-+15V代表逻辑0。所以需要一个电平转换芯片MAX232来进行转换，解决两个端口电平不统一的情况。图3-5RFID接口与MAX232电平转换芯片3.5电机驱动模块 驱动电机能够为AGV的行驶提供充足的动力，是硬件系统的一个重要组成部分。一般的AGV驱动电机分为步进电机、直流有刷电机、直流无刷电机、直流无刷伺服电机等。步进电机：依赖于自由旋转的电磁铁，当气隙磁导发生变化时就会产生电磁转矩，使电机开始工作，步进电机接收到电信号之后，但转速较低、转矩较小。直流有刷电机：内含电刷装置，能够将直流电能转化为机械能或者将机械能转化为直流电能，控制电路相对简单、成本低、运行较为平稳，但是可靠性不高、工作寿命短，不容易更换[21]。直流无刷电机：在原来的有刷电机上发展，将传统的机械换向用先进的电子换向取代，性能更加可靠，不会磨损，使用寿命得到提高，属于静态电机，空载电流小。但是成本较高，容易形成共振，产生嗡嗡声。直流无刷伺服电机：伺服电机可以通过脉冲来定位，当伺服电机接收到脉冲之后，就会旋转相对应的角度完成位移，而伺服电机自身具有发送脉冲的功能，所以可以通过发送相应的脉冲个数将旋转的度数告诉系统，这样就与系统发出的脉冲形成了闭环，通过发送的脉冲与接收到的脉冲，实现了高精度的定位。根据AGV小车的性能参数、成本预算、电源类型和电机力矩等因素，决定选用直流无刷电机60DH200和直流无刷电机驱动器BLD15LB。该直流无刷驱动器采用12V-56VDC电源供电具有低温升、低噪音、速度/电流双环驱动和多种调速模式等特点，而且能够面对各种意外情况提供过流保护、过压保护、欠压保护、摩尔错误保护等安全措施。电机的参数和电机驱动器的端口功能如下表所示:表3-3直流无刷电机参数表参数数值额定电压DC24V额定电流10A额定功率200W额定转速3000RPM额定力矩2.01表3-4电机驱动器端口功能表端子信号信号种类信号说明DC+电源连接直流电源接入正极。DC-直流电源接入负极。W电机连接直流无刷电机W相。V直流无刷电机V相。U直流无刷电机U相。REF+霍尔信号直流无刷电机霍尔信号电源线。HW直流无刷电机霍尔信号HW。HV直流无刷电机霍尔信号HV。HU直流无刷电机霍尔信号HU。REF-直流无刷电机霍尔信号接地线。SV控制信号调速信号输入端口，与外部电位器中间引出端相连，电位器另外两侧与REF+端口和COM端口相连。COM公共端口。F/R控制电机转动的方向，与COM端口配合使用，两者断开时为顺时针转动。当两者短接时，电机更改为逆时针转动。EN停止信号控制端，EN端口与COM端口断开为电机缓慢停止，短接闭合为正常运行。BRK电机快速刹车信号端口，BRK端口与COM端口断开时电机为快速刹车，短接闭合为正常运行。SPEED输出信号输出速度信号，根据电机在行驶过程中的转速产生不同频率的脉冲信号。ALM输出报警信号，正常时表现为电平5V，出现故障时电平为0V。3.6速度检测模块为了对AGV小车在行驶过程中的速度有一个更精确的控制，所以需要增加一个速度检测模块。一般的测速可以通过测速传感器，例如光电编码器、旋转编码器、测速发电机等。本文选用的是增量式光电编码器。增量式光电编码器主要由发光二极管、旋转轴、轴承、检测光栅也称固定光栅、棱镜、光电检测器件光敏管、码盘也称光栅板组成。码盘上刻有许多等节距的径向辐射状的间隙，每两个相邻的间隙就代表一个信号。当发光二极管发出光线透过棱镜时，只有一部分光线能够通过码盘的间隙照到固定光栅上。固定光栅上具有A、B两组和码盘上等节距可以透光的间隙，这两组间隙在相对位置上相差1/4节距，这会导致从码盘上透过间隙的光在穿过固定光栅的A、B后产生90°的相位差。在增量式光电编码器工作开始随着部件旋转时，光信号通过码盘和固定光栅后被光敏管等光电检测器件转换为数字方波信号，对这些数字方波信号进行处理就能得到旋转轴的一系列数据，例如角速度和位置等[22]。增量式光电编码器跟其他数字式传感器类似，电机的转速越快，增量式光电编码器旋转轴旋转速度越快，产生的脉冲频率就越高。所以可以通过数字式测速法对小车的速度进行测量。最基本的测量原理就是在对脉冲信号进行处理之后，测量固定的时间间隔内编码器发出的脉冲个数。根据对脉冲信号的不同处理方式，可以分为“M”法、“T”法和“M/T”法[23]。“M”测量法又称为定时测角法。该法是在给定高频的时钟间隔下测量增量式光电编码器发出的脉冲数量来计算转速。“M”法的分辨率跟编码器旋转轴的转速无关，跟给定时间间隔和编码器输出脉冲分辨率成负相关。“M”法在中高速转速下的测量精度较高，在低速的情况下，会产生相对较高的误差[24]。“T”测量法又称为定角测试法。该法通过高频的时钟对编码器一个脉冲周期（例如两个相邻上升沿之间的时间间隔）进行计数，从而计算得到编码器旋转轴的转速。“T”法的分辨率与编码器输出的脉冲分辨率、高频时钟脉冲的脉冲周期和脉冲计数负相关。“T”不适用于较高速的测量，因为中高速阶段编码器脉冲输出较快，脉冲周期较小会导致需要更高的采集频率，不然会引起误差，所以更适合低速的测量。“M/T”法原理跟“T”法相似，只不过“M/T”法是选择一定数量的编码器输出脉冲周期来计算转速。“T”法可以看过是选取一个脉冲周期的特殊“M/T”法。“M/T”法的分辨率跟选择脉冲周期的个数成正相关，与编码器输出的脉冲分辨率、高频时钟脉冲的脉冲周期和脉冲计数负相关。虽然“M/T”法解决了“T”法在高速阶段对于高频采样频率的需求，但是在低速阶段由于编码器输出脉冲周期较大，导致检测需要的时间较长，实时性比较差[25]。根据AGV的性能参数、行驶速度、测速精度、测速实时性等需求，采用“M”法测速比较合适。3.7超声波避障模块为了避免AGV执行任务行驶过程中碰撞到障碍物，需要使用避障模块来探测前方是否存在需要回避的阻碍。常用的避障方式有红外线避障、激光避障和超声波避障等。红外线避障通过发出红外光波和接收发出的光波来感知周外的障碍物，但是探测距离有限，难以得到障碍物的实际距离，不能提前做出有效的减速，而激光避障通过测量激光脉冲经过障碍物反射回小车来计算记录，测量速度快、精度高，但是成本较高，所以综合考虑超声波避障比较适合[26]。超声波避障的原理：超声波发射器会向周围发出频率高于20KHz的声波，如果在声波前进的方向上存在障碍物，在遭遇到阻碍之后部分声波会发生反射，声波接收器能够接收到反射回来的声波。根据发射声波跟接收声波的时间距离和声波的传播速度得到障碍物的大致距离。超声波避障模块选用的式Risym的US-100超声波测距模块。该模块具有DC2.4V-5.5V的工作电压，2ma的静态电流，能够在-20℃到70℃范围内工作，支持UART通信。最大探测范围可达4.5m，探测精度能够达到0.3cm±1％。图3-6US-100引脚图3.8电源模块电源模块是AGV系统中一个非常重要的部分，它能够起到提供电源和稳定电压的作用，它能够为不同的模块根据需要提供不同的电压[27]。直流无刷电机及其驱动芯片、磁导航模块、RFID读写模块需要输入DC24V，主控芯片、无线通讯模块需要输入DC3.3V，超声波避障模块需要输入DC5V。本设计采用两个12V28AH的铅蓄电池串联成24V电压来为部分模块供电。为了满足所有硬件的供电需求，需要通过电压转换电路将24V电压源分别转换为3.3V和5.5V。本设计选用LM2596芯片将24V电压转换为5V电压，再通过AMS1117芯片将5V电压转换为3.3V电压。图3-7LM259624V转5V电路图3-8AMS-11175V转3.3V电路3.9本章小结本章节详细介绍了AGV硬件系统的设计与选型，包括主控制器模块、无线通讯模块、磁导航模块、RFID读写模块、电机驱动模块、速度检测模块、超声波避障模块和电源模块，各个模块的功能基本实现，同时给出了各种器件的详细参数和原理图。AGV系统功能实现4.1AGV的性能参数机械设计和电路设计的根本目的是需要达到AGV小车在工作过程中的性能要求从而高效、准确、安全的完成相应任务。本文设计的潜伏式AGV适用在空间狭小、高度受限的环境下工作，满足以下要求。表4-1AGV的性能参数项目参数导航方式磁导航和RFID标签行走功能前进后退、左右横移、转弯通讯方式无线通讯驱动方式舵轮加万向轮驱动行走速度行走平均时速40m/min载重能力<300kg引导精度±10mm充电方式蓄电池自动充电或手动充电报警方式报警灯声光报警安全防护超声波避障系统、急停按钮运行环境温度：-5-45℃潜伏式AGV小车性能参数指标主要根据实际工作环境而制定。该类AGV主要用于工业制造场生产车间的物料搬运，工作环境主要包括生产制造区域、物料摆放区域、工作人员行走区域和专门的AGV行驶区域等。这类环境下，AGV的主要任务是将物料摆放区域的物料经由AGV行驶区域运输到生产制造区域，其间还要避开有工作人员行走的区域。AGV的行驶路线较为固定，所以使用磁导航和RFID标签，并且精度能够达到±10mm。潜伏式AGV使用舵轮加万向轮来加强移动能力实现前后左右之外多方向自由转动是为了应对物料摆放区域和生产制造区域复杂的地形以及各种推挤物之间弯弯扭扭的狭窄通道。潜伏式AGV需要具备无线通讯能力来接收控制信息和发送完成情况。考虑到安全性和工作的需求，时速40m/min和最大承重300kg能够在不发生碰撞和故障的同时完成绝大多数的物料搬运工作，而且当AGV电量耗尽时可以采用自动充电或者手动充电。超声波避障系统和急停按钮能够防止AGV与障碍物发生磕碰与摩擦，如果出现故障或者意外情况无法继续工作，潜伏式AGV的报警灯和扬声器就会分别发出红色和警报声。-5℃-45℃的工作温度能够让潜伏式AGV在夏天和冬天的恶劣天气下也可以继续保持工作。4.2AGV视图潜伏式AGV不同角度的视图如下图所示：图4-1俯视图图4-2底盘视图图4-3侧视图4.3总体功能流程图AGV整体功能实现流程图如下：图4-4总体设计流程图AGV未工作时在待命区等待命令，检测是否接收到任务指令。直到接收到命令并取得任务信息后，AGV小车才会开始启动。在开始工作后，AGV如果不在工作区域就会朝着指定工作区域前进，到达目的地之后进行自动装货或者人工装货。完成装货后，目的地会更改为卸货区域，AGV就会按照地面上磁条的引导到卸货区域自动卸货或者人工卸货。当AGV没有正在执行的命令时，会返回到起始的待命区等待下一次任务。4.4部分功能流程图AGV总体功能的实现需要各个部分进行合理有效的配合，其中最主要的三个部分分别是通讯功能、RFID定位、升降棒牵引。4.4.1通讯功能流程图AGV的通讯功能实现流程图如下：图4-5通讯功能流程图通讯功能使得AGV能够被远程控制。当控制台需要AGV进行物料运输时，会发出物料运输的任务指令，当通讯模块检测到相应的命令后就会发送给AGV的主控制器，主控制器开始控制AGV完成任务。如果检测到没有发送成功，则会继续发生直到AGV接收到。4.4.2RFID定位流程图RFID定位实现流程图如下：图4-6RFID定位流程图RFID模块在工作过程中需要对电子标签卡进行扫描从而读取到标签卡上的ID卡号。ID卡号需要使用写卡器烧写到电子标签当中，每次只能保留一个数字。不同的卡号具备着不同的信息，这些对应的关系会被录入到系统当中去，而不同的信息代表AGV在此时需要执行不同的操作。卡号数字对应的功能有：分岔路口转向功能。在一些需要转向的分岔路口会设置电子标签卡，当读取到卡号时，就能判断出此时是需要左转还是右转。行驶方向选择功能。因为潜伏式AGV具有双向行驶的能力，通过对应的卡号控制AGV前进还是后退。行驶速度选择功能。根据实际工作的需求，在不同的地区和不同的时间,对潜伏式AGV有不同的速度需求，具有低速、中速、高速三种模式。升降棒控制功能。当潜伏式AGV达到指定工作地点时，会扫描货物下方的电子标签卡，判断出此时执行上升或者下降升降棒的操作，完成装货或者卸货的任务。4.4.3升降棒牵引流程图升降棒牵引实现流程图如下：图4-7升降棒牵引流程图升降棒的控制是通过RFID读取到指定的卡号而实现的。当AGV到达指定的位置时，RFID读取ID卡号。在执行对应操作之前，AGV小车会先判断出当前升降棒处于什么状态。只有需要执行的操作与当前状态不同时，才会驱动升降电机。这样操作的好处是不需要执行重复性的动作，只在有需要时才会驱动电机，提升AGV的工作效率，在整个运输的过程中节约时间，提高整个车间的产量。在升降棒执行上升命令时，控制器会通过升降电机控制升降棒的运动，直到收到上到位电动开关的信号，表明升降棒已经上升到位，此时电机停止运作，AGV与货物相勾连。执行下降命令时也是同理，控制器驱动升降电机，直到收到下到位电动开关信号，电机停止工作,AGV与货物完成分离。运输任务完成，等下执行下一个任务。4.5潜伏式AGV的优势与创新AGV按照结构一般可以分为叉车型、搬运型、装配型、潜伏型。叉车型AGV，顾名思义使用开放的货叉结构，能够直接使用货叉运送货物。搬运式AGV是功能最普通的AGV，主要通过将直接货物放置在车体上进行运输。装配型AGV则是在搬运式AGV的基础上实现了功能的复杂化，能够装货和卸货等操作。潜伏式AGV的运输方式是行驶到货物下方，上升升降棒挂钩牵引货物，将货物牵引到指定的卸货地点之后，升降棒下降，潜伏式AGV与货物完成分离。与之前三种AGV相比，潜伏式AGV具有体积小、操作灵活、能够适应各种工作环境的优点，极大提高了AGV系统整体的工作效率。潜伏式AGV创新性的使用了高度极低且光滑平坦的车身结构和升降棒的牵引结构，既有效的降低了与周围环境发生碰撞的可能又使得车体可以从货物下方进行托运。4.6本章小结本章节介绍了潜伏式AGV的性能参数和选取依据，给出了潜伏式AGV各个角度的视图，并且通过一系列流程图阐述了AGV总体的工作过程和各部分功能的执行。通过与其他不同形式AGV的对比，体现了潜伏式AGV的优势与创新之处。第五章总结与展望本论文主要设计了一种基于磁传感器导航技术与RFID定位技术的双舵轮双向潜伏式AGV。在开始着手设计AGV小车的硬件系统之前，我对于AGV的认识只停留在它是自动导航车也是轮式机器人的一种，对它的构成与功能了解的十分粗浅。也正是这份无知驱使我在设计的过程中查阅大量国内外有关文献和资料，不断增强我脑海中AGV的概念，让我对AGV的各个部分有了更加深刻的认识，经过反复的修改与琢磨，最终运用我之前