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1、目录第1章 绪 论11.1 论文研究的背景及意义11.2自动导引小车的定义及特点21.3 AGV的发展历史31.4自动导引小车的应用现状41.5 AGV的关键内容及本论文的研究内容6第2章 AGV中机械部分零件的设计72.1设计任务72.2总体结构设计72.3电动机的选择82.4联轴器设计102.5蜗杆传动设计112.6轴的设计132.7滚动轴承的选择计算19第3章 AGV结构设计以及动力学建模243.1 AGV系统结构设计243.2 AGV小车的动力学建模25第4章 控制系统与行走策略344.1控制系统344.2行走策略454.3传感器采样464.4控制策略464.5动作类型46第5章 总结
2、与展望485.1全文总结485.2研究展望49参考文献50第一章 绪论内容提要:本章介绍本论文研究的重要意义，综述自动导引小车的基本概念、组成及其发展简史、应用现状和前景，并分析目前自动导引小车的主要引导方式、关键技术，在此基础提出了本论文的研究内容。1.1 论文研究的背景及意义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
3、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(Automated Guided Vehicle简称AGV)是移动机器人的一种，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。AGV主要有两类形式，一种是固定路径AGV，它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AGV，由于没有轨道，它为AGV自由运行提供了最大可能，但由于技术限制，AGV沿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AGV是人们经常
4、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AGV的运行路线，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AGV明显降低了AGV的柔性。因此，非导向式AGV将成为敏捷制造物流系统中的主要选择。在非导向式AGV系统中，AGV的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%
5、.因此，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AGV适应性好、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，AGV已投入使用，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AGV，无固定路径自主导向的AGV由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AGV的研究，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。1
6、.2 自动导引小车的定义及特点根据美国物流协会定义，AGV是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。AGV是以电池为动力、装有非接触导向装置，独立寻址系统的无人驾驶自动运输车。AGVs是自动导引车系统，它由若干辆沿导引路径行驶，独立运行的AGV组成。AGVs在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AGV具有很多特点:(1)AGV可十分方便地与其它物流系统实现自动连接，如AS/RS(通过出从库台)、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
7、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AGV由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、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)AGV运输物料时，很少有产品或生产设各的损坏，这是因为AGV按固定路径行驶，不易与加工设备和其他障碍物碰撞。(4)绝大多数AGV的使用者均证明，2到3年从经济上均能收回AGV的投资成本。(5)AGV通过安装在地面之下的电缆或其他不构成障碍的地面导
8、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。AGVs由若干台小车组成，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。AGV的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。1.3 自动导引小车的发展简史世界上第一台AGV是由美国Barrett电子公司于20世纪50年代开发成功的，它是一种牵引式小车系统，小车跟随一条钢丝索导引的路径行驶，并具有一个以真空管技术为基础的控制器。到了60年代和70年代初，除Barrett公司以外，Webb和Clark公司在AGV市场中也占有相当的份额。在这个时期，欧洲的AG
9、V技术发展较快，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AGV的发展。欧洲的主要制造厂家有Schindler-Digitron, Wagner, HJC, ACS, BT, CFC, FATA, Saxby, Denford和Bleehert等。70年代中期，欧洲约装备了520个AGV系统，共有4800台小车，1985年发展到10000台左右，为美、欧、日之首。其应用领域分布为:汽车工业(57峋，柔性制造系统FMS(8)和柔性装配系统FAS(44 % ),欧洲的AGV技术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。芝加哥的分发中心从欧洲
10、引进直接由计算机控制的AGVs, 1981年John公司将AGV连接到AS/RS以提供在制造过程中物料自动输送和跟踪.1984年，通用汽车公司成为AGV的最大用户，1986年己达1407台(包括牵引式小车。叉车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AGV发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FMS或CIMS),运输量更人，移载时间更短，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AGV生产厂商从23家(1983年)骤增至74家(1985年)。日本的第一家AGV工厂于1966年由一家运输设备供应厂与美
11、国的Webb公司合资开设。到1988年，日本AGV制造厂已达20多家，如大福、Fanuc公司、Murata(村田)公司等。到1986年，日本累计安装了2312个AGVs,拥有5032台AGV。我国AGV发展历史较短。北京起重运输机械研究所、中国邮政科学研究规划院、中国科学院沈阳自动化所、人连组合机床研究所、清华大学、国防科技大学和华东工学院都在进行不同类型的AGV的研制并小批量投入生产。1975年北京起重运输机械研究所完成我国第一台电磁导引定点通信的AGV, 1989年北京邮政科学研究规划院完成我国第一台双向无信电通信的AGV。该院已能进行AGV的批量生产，己生产的和正在制造的AGV达23台(
12、截止于1996年)。沈阳自动化所在AGV技术方面己取得了多项研究开发成果和专利，解决了AGV车体设计、控制、导航和高度管理等一系列关键技术问题，形成了装配型AGV和搬运型AGV两大系列产品，成为国内唯一能够提供自主品牌AGV产品的单位。其产品性能国内领先，达到国际先进水平，井于19%年度将搬运型AGV系统技术出口韩国三星公司，实现了高技术出口。沈阳自动化所为沈阳金杯汽车厂生产了六台AGV，用于装配线上，可以说是汽车土_业中用得较成功的AGV。以上的AGV均为固定路径导引方式。清华大学独立研制的“自由路径自动导向AGV属无固定路径导引的类型，在路径跟踪研究方面具有较高的水平。我国越来越多的工厂，
13、科研机构已采用AGV为汽车装配、邮政报刊分拣输送、大型军械仓库、自动化仓储系统服务。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既有国外引进也有国产的。 80年代，AGV就已进入我国市场，今后必将得到迅速发展和普及应用。这不仅是现代工业迅速发展的需要，更主要是AGV本身所独具有的优越性所决定的。AGV自动导向车系统，是伴随着柔性装配系统、计算机集成制造系统以及白动化立体仓库产业发展起来的，是物流系统中革命性的换代产品。作为一种高效物流输送设备和工厂自动化的理想手段，随着经济的发展，在我国AGV的应用领域必将越来越大。1.4 自动导引小车的应用现状由于
14、AGV具有机能集中、地上系统简单、施工和系统构成容易等优点，因此，广泛地应用在机械加工、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。其运行速度可达到百米/分钟，运输能力可以从几千克到儿十吨。AGV是一种非常有前途的物流输送设备，尤其在柔性制造系统(FMS)和柔性装配系统(FAS)中被认为是最有效的物料运输设备。随着电子和控制技术的发展，AGV的技术也在不断进步，正在朝着性能更优越、更廉价、自由度更高、超大型化和微型化方向发展。其应用领域也在不断扩展。这种十儿年前只是用作工厂内的物流输送设各，现在己经不仅仅局限于工厂之内，己成功地应用到办公室、饭店、医院和超级市
15、场等诸多部门，并且取得了很好的效果。AGV的应用领域主要在制造业，在重型机械及部分非制造业中也有应用。AGV在制造业中主要用于物料分发、装配和加工制造二个方面411。其中装配作业中AGV用量最大，而汽车工业又是AGV的应用大户。美国通用汽车公司90%的AGV用于汽车装配线，西欧各国用于汽车装配的AGV占整个AGV数量的57 Yo。物料分发主要是指生产工序间的物料移送和仓库作业中的物料移送。随着电子工业的进一步发展，电子工业中AGV的使用极具市场潜力。其原因在于消费者需求的变化日益加快，生产系统必须适应市场的变化要求，其中FMS(柔性制造系统)即为以灵活的生产方式适应市场变化的制造方式，对于FM
16、S来说，各加工单元之间的中(小)批量元器件的送发效率要求极高，而AGV能提供柔性最好的输送，AGV可以很方便地对AGV的输送工艺路线进行编程，使之按要求的路径和方式到达装配线的指定位置。在净化室中，AGV更可大显身手，它可满足净化耍求极高的操作。在重型机械行业中，AGV主要用来运送模具和原材料(如成卷带钢等)。因而AGV要求承载量人，通常为2.22-4.5t,最大者可达6.3t。配各了功率较大的移藏装置也是这类AGV的特点。在AGV上配备大型机器人用以对大型金属构件进行喷漆(如屹机骨架的喷漆)是AGV在重型行业中的应用之一在非制造业中，AGV的应用越来越普遍。现代化的庆院安装 AGV系统，把取样从门诊部自动运送到中央化验室;把药物、医疗用品、食品、衣着用品从中央物料管理中心输送到医院的各个
