自動導(dǎo)引小車(AVG)的設(shè)計(jì)

自動導(dǎo)引小車(AVG)的設(shè)計(jì),自動,導(dǎo)引,小車,avg,設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 題 目： 自動導(dǎo)引小車（AGV）的設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 系 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 機(jī)械制造設(shè)計(jì)及其自動化 班 級： 機(jī)制023班 學(xué) 號： 02122802 姓 名： 薛 亞 江 指導(dǎo)教師： 萬 偉 民 填表日期： 2006 年 3 月 21 日 引言 AGV(Automatic Guided Vehicle),即自動導(dǎo)引車，是一種物料搬運(yùn)設(shè)備，是能在一位置自動進(jìn)行貨物的裝載，自動行走到另一位置，自動完成貨物的卸載的全自動運(yùn)輸裝置。AGV是以電池為動力源的一種自動操縱的工業(yè)車輛。裝卸搬運(yùn)是物流的功能要素之一，在物流系統(tǒng)中發(fā)生的頻率很高，占據(jù)物流費(fèi)用的重要部分。因此，運(yùn)輸工具得到了很大的發(fā)展，其中AGV的使用場合最廣泛，發(fā)展十分迅速。 1913年，美國福特汽車公司使用有軌底盤裝配車。1953年，美國Barrett Electric制造了世界上第一臺采用埋線電磁感應(yīng)式的跟蹤路徑自動導(dǎo)向車，也被稱作“無人駕駛牽引車”。20世紀(jì)70年代中期，具有載貨功能的AGV在歐洲得到迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用，并被引入美國用于自動化倉儲系統(tǒng)和柔性裝配系統(tǒng)的物料運(yùn)輸。從80年代初開始，新的導(dǎo)向方式和技術(shù)得到更廣泛研究和開發(fā)。90年代以來，AGV從僅由大公司應(yīng)用，正向小公司單臺應(yīng)用轉(zhuǎn)變，而且其效率和效益更好。AGV按照引導(dǎo)方式不同分為：固定路徑導(dǎo)引、自由路徑導(dǎo)引等。按照移載方式不同分為：側(cè)叉式移載、叉車式移載、推挽式移載、輥道輸送機(jī)式移載、升降臺式移載、機(jī)械手式移載等。 一、 選題的依據(jù)及意義： 本課題為自立課題。 AGV是集人工智能、信息處理和圖像處理為一體，綜合了當(dāng)今科技領(lǐng)域先進(jìn)的理論和應(yīng)用技術(shù)。屬于移動式機(jī)器人的一個分支。它最早是在美國發(fā)展起來的，在國外已經(jīng)有幾十年的歷史了。因此，AGV被廣泛應(yīng)用在倉儲業(yè)、郵局、圖書館、港口碼頭、機(jī)場以及危險場所和特種作業(yè)的場合。AGV是一種非常有發(fā)展前途的物流輸送設(shè)備，尤其在柔性制造系統(tǒng)（FMS）中被認(rèn)為是最有效的物料運(yùn)輸設(shè)備。 二、 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)綜述）： AGV是伴隨著柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、自動化立體倉庫而產(chǎn)生并發(fā)展起來的。日本人認(rèn)為1981年是柔性加工系統(tǒng)元年，這樣計(jì)算AGV大規(guī)模應(yīng)用的歷史也只有15至20年。但是，其發(fā)展速度是非?？斓?。1981年美國通用公司開始使用AGV，1985年AGV保有量500臺，1987年AGV保有量3000臺。資料表明歐洲40%的AGV用于汽車工業(yè)，日本15%的AGV用于汽車工業(yè)，也就是說AGV在其他行業(yè)也有廣泛的應(yīng)用。 目前國內(nèi)總體看AGV的應(yīng)用剛剛開始，相當(dāng)于國外80年代初的水平。但從應(yīng)用的行業(yè)分析，分布面非常廣闊，有汽車工業(yè)，飛機(jī)制造業(yè)，家用電器行業(yè)，煙草行業(yè)，機(jī)械加工，倉庫，郵電部門等。這說明AGV有一個潛在的廣闊市場。 AGV從技術(shù)的發(fā)展看，主要是從國家線路向可調(diào)整線路；從簡單車載單元控制向復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制；從原始的段點(diǎn)定期通訊到先進(jìn)的實(shí)時通訊等方向發(fā)展；從落后的現(xiàn)場控制到先進(jìn)的遠(yuǎn)程圖形監(jiān)控；從領(lǐng)域的發(fā)展看，主要是從較為集中的機(jī)械制造、加工、裝配生產(chǎn)線向廣泛的各行業(yè)自動化生產(chǎn)，物料搬運(yùn)，物品倉儲，商品配送等行業(yè)發(fā)展。 三、 本課題研究內(nèi)容 （1）自動導(dǎo)引小車AGV的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； （2）自動導(dǎo)引小車AGV的自動引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)； （3）自動導(dǎo)引小車AGV的運(yùn)動控制系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)。 四、 本課題研究方案 （1）AGV自動導(dǎo)引小車的分類 自動導(dǎo)引小車分為有軌和無軌兩種，所謂有軌是指有地面或空間的機(jī)械式導(dǎo) 向軌道。地面有軌小車結(jié)構(gòu)牢固，承載力大，造價低廉，技術(shù)成熟，可靠性好， 定位精度高。地面有軌小車多采用直線或環(huán)線雙向運(yùn)行，廣泛應(yīng)用于中小規(guī)模的 箱體類工件FMS中。高架有軌小車（空間導(dǎo)軌）相對于地面有軌小車，車間利用 率高，結(jié)構(gòu)緊湊，速度高，有利于把人和輸送裝置的活動范圍分開，安全性好， 但承載力小。高架有軌小車較多地用于回轉(zhuǎn)體工件或刀具的輸送，以及有人工介 人的工件安裝和產(chǎn)品裝配的輸送系統(tǒng)中。有軌小車由于需要機(jī)械式導(dǎo)軌，其系統(tǒng) 的變更性、擴(kuò)展性和靈活性不夠理想。有軌小車如圖3所示。 圖1 有軌小車 無軌小車是一種利用微機(jī)控制的，能按照一定的程序自動沿規(guī)定的引導(dǎo)路徑 行駛，并具有停車選擇裝置、安全保護(hù)裝置以及各種移載裝置的輸送小車，如圖 4所示。 圖2 無軌小車 無軌小車也叫自動導(dǎo)引小車（Automatic Guided Vehicle——AGV），無軌 小車按引導(dǎo)方式和控制方法的分為有徑引導(dǎo)方式和無徑引導(dǎo)自主導(dǎo)向方式。有 徑引導(dǎo)方式是指在地面上鋪設(shè)導(dǎo)線、磁帶或反光帶制定小車的路徑，小車通過電 磁信號或光信號檢測出自己的所在位置，通過自動修正而保證沿指定路徑行駛。 無徑引導(dǎo)自主導(dǎo)向方式中，地圖導(dǎo)向方式是在無軌小車的計(jì)算機(jī)中預(yù)存距離表 （地圖），通過與測距法所得的方位信息比較，小車自動算出從某一參考點(diǎn)出 發(fā)到目的點(diǎn)的行駛方向。這種引導(dǎo)方式非常靈活，但精度低。 （2）AGV自動導(dǎo)引小車的工作原理： 光學(xué)引導(dǎo)式AGV的工作原理如圖3，即在小車預(yù)定路徑的地面貼上白色反光 帶小車上裝有七組光電感測器成H型分布稱，光電感測器通過白色反光帶來檢測 反射回來的信號，并將該光信號轉(zhuǎn)換成電信號控制小車的運(yùn)動。反光帶有連續(xù)粘 貼和斷續(xù)粘貼兩種方法，F(xiàn)MS中常采用連續(xù)粘貼法。光學(xué)引導(dǎo)方式對于改變小車 的預(yù)定路徑很方便，只要重新粘貼反光帶即可，但反光帶易污染和破損，不適合 油霧重、粉塵多、環(huán)境不好的車間。 圖3 光學(xué)引導(dǎo)原理 本次設(shè)計(jì)采用光學(xué)引導(dǎo)方式的AGV （3）AGV的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) AGV小車結(jié)構(gòu)示意圖4。小車采用兩后輪獨(dú)立驅(qū)動差速轉(zhuǎn)向，兩前輪為萬向輪的四輪結(jié)構(gòu)形式。步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速器后通過驅(qū)動輪提供驅(qū)動力，當(dāng)兩輪運(yùn)動速度不同時就可以實(shí)現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向。 1-后輪，2-減速器，3-電瓶，4-光感應(yīng)器，5-前輪， 6-單片機(jī)，7-車架，8-步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，9-步進(jìn)電機(jī) 圖4 AGV結(jié)構(gòu)示意圖 1、車架 車架是整個AGV小車的機(jī)體部分，主要用于安裝輪子、光感應(yīng)器、步進(jìn)電機(jī)和減速器。車架上面安裝步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、PCD板和電瓶。對于車架的設(shè)計(jì)，要有足夠的強(qiáng)度和硬度要求，故車架材料選用鑄造鋁合金，牌號為6061。其中6061質(zhì)量比較輕，焊接性好。 2、車輪 車輪采用實(shí)心橡膠輪胎。車體后面兩主動輪為固定式驅(qū)動輪，與輪轂式電機(jī)相連。前面兩個隨動輪為旋轉(zhuǎn)式隨動輪，起支承和平衡小車的作用。 3、載荷傳送裝置 AGV的載荷傳送裝置為一平板，其作用為運(yùn)輸箱體類零件到指定工位。主要用來裝載箱體類零件，運(yùn)送物料等。 （4）AGV的自動引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 采用的光電傳感器如圖5所示。型號為EE-SPY402，屬于反射型光電感測器，入光時ON，偵測距離約5mm，并附動作指示燈電源電壓為DC5~24V，控制輸出80mA。光電感測器電源電壓5V，當(dāng)偵測到前方有反射物體時，動作指示燈亮，out端與負(fù)端形成通路，且out端由4V高電位降為0V低電位。此反射型光電感測器所偵測到前方的反射物體以白色為標(biāo)準(zhǔn)。 圖5 光電感測器 單片機(jī)與光電感測器連接電路如圖6所示，分別將七組光電感測器的out端接至單片機(jī)的P0口，供應(yīng)5V電壓，且負(fù)端輸出與單片機(jī)共接地；單片機(jī)一次讀取P0口的狀態(tài)，組合成二進(jìn)位系統(tǒng)，經(jīng)過程序處理與判斷，獲得當(dāng)時AGV的位置。七組光電感測器排成H型來檢測AGV的當(dāng)前位置。 圖6 AT89C51單片機(jī)與光電感測器的連接 五、 研究目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度： 1. 究目標(biāo)：在了解現(xiàn)代先進(jìn)的關(guān)于機(jī)器人方面資料的前提下，結(jié)合自己所學(xué)的知識，設(shè)計(jì)出一種簡單實(shí)用，應(yīng)用方便簡單的兩輪驅(qū)動的自動導(dǎo)引小車AGV和驅(qū)動裝置。 2. 要特色：該AGV是基于單片機(jī)控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)出來的，還結(jié)合了近幾年來的先進(jìn)的研究成果，結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)用性強(qiáng)，操作方便。 3.工作進(jìn)度 1 確定畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，查找閱讀相關(guān)資料、準(zhǔn)備開題報(bào)告的編寫。 2006-2-15～2-28 2 完成開題報(bào)告撰寫，確定設(shè)計(jì)方案。 2006-3-1～3-4 3 設(shè)計(jì)自動導(dǎo)引小車的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行相關(guān)傳動零件的工程計(jì)算，繪制裝配圖。 2006-3-5～3-18 4 設(shè)計(jì)單片機(jī)的控制系統(tǒng)，繪制控制系統(tǒng)原理圖。 2006-3-19～4-1 5 運(yùn)動學(xué)分析和校外實(shí)習(xí)報(bào)告的編寫。 2006-4-2～4-15 6 控制系統(tǒng)的軟件流程圖設(shè)計(jì)，編寫圓弧插補(bǔ)程序。 2006-4-16～4-29 7 外文資料翻譯，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)文，打印整理。 2006-4-30～5-13 六、參考文獻(xiàn)： [1]孔令中．現(xiàn)代物流設(shè)備設(shè)計(jì)與選用[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.10． [2]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室．理論力學(xué)[M]．（Ⅰ）第六版．北京：高等教育出版社，2004.1． [3]戴曙．金屬切削機(jī)床[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.5． [4]濮良貴，紀(jì)名剛．機(jī)械設(shè)計(jì)[M]．第七版．北京：高等教育出版社，2004． [5]唐金松．簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M]．第二版．上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2000.10． [6]譚建成．電機(jī)控制專用集成電路[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999． [7]朱曉春．?dāng)?shù)控技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.5． 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