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1、. . . . 智能AGV小车计划书 / 产品简介AGV小车指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以与各种移载功能的运输车，工业应用中不需驾驶员的搬运车，以可充电之蓄电池为其动力来源。一般可通过电脑来控制其行进路线以与行为，或利用电磁轨道(electromagneticpath-followingsystem)来设立其行进路线，电磁轨道黏贴於地板上，无人搬运车则依靠电磁轨道所带来的讯息进行移动与动作。本项目设计的AGV小车可以非常方便地与其它不同的物流系统实现自动连接，例如AS/RS(自动化立体仓库/存入取出系统)、自动积放链、各种缓冲站、升降机和机器人等；从
2、而实现在工作站之间对物料进行跟踪；按计划输送物料并有执行检查记录；对输送进行确认；与生产线和库存管理系统进行网络在线连接以向工厂或车间管理系统提供实时物流信息。在AGV运输物料过程中，由于AGV按固定规划路径行驶，不易与其它加工设备或其他障碍物碰撞，很少甚至没有导致产品或生产设备的损坏。AGV小车通过安装地面电缆、磁导航带或其他不构成障碍的地面导引物引导，方便。小车中AGVS系统具有极高的可靠性。AGVS是由若干台AGV小车组成，当一台AGV损坏无法工作时，其它AGV的生产效率不受影响并可以保持高度的系统可调度性。AGV小车采用蓄电池作为动力来源，既节约能源又保护环境。AGV小车的充电和驱动系
3、统耗能少，能源利用率高，并且AGV工作噪音低对制造和仓储环境没有不良影响。项目实施过程，通过分组分工与各研发阶段分期实施完成。柯昌权同学在导师指导下负责整体规划和过程实施；清同学主要进行市场调研和数据分析，确定AGV小车设计功能和成本核算；杜永康、延同同学基于机电一体化技术专业知识，完成AGV小车硬件结构搭建；团体进行基于自动化传感检测技术和智能控制算法，完成AGV小车软件程序设计，以与AGV小车测试和改进。具体容：第一阶段对AGV进行结构框架设计，包括传感器位置安装；第二阶段对AGV小车进行程序编程，包括实现AGV功能应用各类传感器的程序逻辑结构框架设计、AGV前进与后退等状态的编写，以与整
4、体程序的调试；第三阶段对AGV小车整体功能进行试验，对故障修理、程序微调与改善等。智能AGV小车的设计与实现摘要AGV（Automated Guided Vehicle）即自动导引运输车，是指装备有电磁或光学等传感器的自动导引装置，它能够沿着规定好的路径行驶，并且具有安全保护以与各种移载功能装置的运输车。AGV由计算机，电控设备，导航设备等控制，它的自动化程度高，目前已经广泛的应用工业、军事、交通运输、电子等领域。AGV属于轮式移动机器人（WMRWheeled Mobile Robot）的畴。自第一辆AGV于1953年诞生以来，AGV技术不断发展并趋向成熟。在欧、美等发达国家应用也最为广泛。由
5、于AGV技术门槛较低，在我国已有多家企业生产此类产品，并逐渐应用于各行各业。本项目根据控制系统设计要求，选定以STM32单片机作为CPU进行控制系统设计。本文分析研究了AGV硬件设计基本要求与并给出实现方案，软件设计方面采用嵌入式系统的设计方案，采用无刷直流电机作动力驱动以与电机驱动器PID参数调整方案。首先，介绍AGV小车车体结构设计基本要求与方案，本项目设计作品为前轮转向，后轮独立驱动的四轮式设计结构。其次，本项目将AGV自动引导小车控制硬件设计组成，主要容有：供电系统设计方案、控制电路原理图设计方法、各类传感器设计原理方法。最后，介绍AGV软件设计方法，主要容为利用定时器中断、串口中断、
6、I/O口数据传输、定时器定时等方法实现AGV自动控制功能。关键词：AGV，STM32单片机，磁导航设计，PWM。第一章绪论1.1 AGV小车的背景和发展AGV小车一直以来都作为为物料搬运使用。世界上第一辆AGV由Barrett电子公司于1953年在美国开发成功，并且其具有一个以真空管为基础的控制器。上世纪五十年代末到六十年代初期时，已有多种类型的牵引式AGV作用于工厂和仓库。在上世纪六十年代和七十年代AGV技术则主要在欧洲得到发展。当时的导引技术主要依靠地面控制器开关埋在地下的导线产生的电磁频率指引AGV沿着规划路径行驶。到了20世纪八十年代，发展中心又转移到美国，无线式引导技术被引入到AGV
7、系统中，例如激光和惯性进行导引。自20世纪80年代以来，AGV系统已经逐步发展成为生产物流系统中最大的专业分支之一，并趋向产业化发展，成为现代化企业不可缺少的自动化装备之一。1.2自动引导小车（AGV）定义和特点AGV(Automatic Guided Vehicle),即自动导引车，根据美国物流协会定义，AGV是指装备有电磁或光学传感器等自动导引装置，并且能够沿着规划好的导引路径行驶，且具有小车编程和停车选择装置、安全保护以与各种移载或装卸物料功能的轮式运输车。AGV是以电池为动力来源、车体装有非接触导向装置，具备独立寻址系统的无人驾驶自动运输车。AGVS(Automatic Guided
8、Vehicle System)即自动导引车系统，它由AGV小车、上位机管理系统、路径导引系统、通信系统、小车停靠工位以与充电工位等组成。AGVS的上位机管理系统通过通信系统与系统的AGV小车通信，控制和制定AGV小车作业调度和计划，并优化AGV的作业过程和控制AGV的运行路线、实时监控AGV的运行状态，使AGV在计算机的管制下有条不紊地作业，并通过物流系统软件而集成于整个工厂与车间的生产监控和管理系统中。自动导引车系统(AGVS)易于和其他自动化系统集成，并且容易扩展。应用AGV小车具有很多特点：1）AGV可以非常方便地与其它不同的物流系统实现自动连接，例如AS/RS(自动化立体仓库/存入取出
9、系统)、自动积放链、各种缓冲站、升降机和机器人等；从而实现在工作站之间对物料进行跟踪；按计划输送物料并有执行检查记录；对输送进行确认；与生产线和库存管理系统进行网络在线连接以向工厂或车间管理系统提供实时物流信息。2）采用AGV后，可以大大减少人工检取或堆置物料的人力劳动力输出，同时操作人员可以直接的减少为跟踪物料而进行大量的报表工作，进而加快劳动生产率。另外，可以直接取消或者减少非直接劳动力如物料仓库会计员、运货车调度员以与发料员的工作。3）在AGV运输物料过程中，由于AGV按固定规划路径行驶，不易与其它加工设备或其他障碍物碰撞，很少甚至没有导致产品或生产设备的损坏。4）AGV的最初投入可能较
10、高，但绝大多数购置AGV的使用者均证明，2到3年间均能收回AGV的投资成本。5）AGV通过安装地面电缆、磁导航带或其他不构成障碍的地面导引物引导，方便。6）AGVS系统具有极高的可靠性。AGVS由若干台AGV小车组成，当一台AGV损坏无法工作时，其它AGV的生产效率不受影响并可以保持高度的系统可调度性。7）AGV采用蓄电池作为动力来源，既节约能源又保护环境。AGV小车的充电和驱动系统耗能少，能源利用率高，并且AGV工作噪音低对制造和仓储环境没有不良影响。1.3 自动引导小车（AGV）引导方式AGV技术是生产过程自动化先进性的重要体现，AGV之所以能够实现无人驾驶，导航和导引对其起到了至关重要的
11、作用，而AGV的导航引导方式是决定AGV能否进一步应用于复杂、恶劣环境的关键因素。随着技术的发展，目前能够用于实际运行AGV的导航/导引技术主要有：电磁引导方式、磁带导引、光学导引、激光导航、惯性导航、视觉导航、GPS导航等。本项目采用了磁带引导。技术名称成熟度技术难度成本应用先进性前景电磁导引成熟中低较广一般较好光学导引成熟中低低较广一般较好磁带导引成熟低低广一般很好超声定位较成熟高中少一般一般激光定位较成熟高高广较先进好视觉导引较成熟高高少很先进好表 1-1 AGV常用引导应用现状比较1.3.1 磁带导引（Magnetic Tape Guidance）磁导引方式与电磁导引相近，用铁氧（磁体
12、）体料粉与合成橡胶组成的磁带替代在地面下埋设金属线，通过磁感应信号实现导引，其特点是灵活性比较好，改变或扩充路径容易，磁带铺设简单，适用于小型或临时设备，但此导引方式易受环路周围磁性和金属物质的影响，容易受到机械损伤，因此，此导引方式受外界影响较大。磁导航方式被认为是一项非常有应用前景的技术，主要通过磁传感器测量路径上的磁场强度信号来获取AGV自身相对于磁导引带之间的位置偏差，从而实现车辆的姿态控制与导航。磁导航具有很高的测量精度与良好的重复性，磁导航不受光线变化与路面污损破坏等影响，在应用运行过程中，磁传感系统具有很高的可靠性和鲁棒性。磁条铺设成本低，维护费用低，使用寿命长，且增减、变更路径
13、容易。1.4 AGV的应用现状由于AGV具有地上系统简单、机能集中、易施工和系统构成等优点，被广泛地应用在汽车制造、港口货运、机械加工、发电厂、电子产品装配、电子行业、造纸行业等诸多行业。AGV的运输速度与负载能力远高于人力运输，速度可达每分钟百米，负载能力可从几千克到几十吨，相比人类而言它具备非常高的实用价值。可以看出，AGV无人自动引导小车是一种非常有发展前途的物料运输装备，它在柔性装配系统(FAS)和柔性制造系统(FMS)中更是一种最有效的物料运输设备。随着电子技术和自动控制技术的快速发展，AGV的功能以与其导航技术也在不断进步，并朝着性能优越、自由度更高、廉价、超大型化和微型化方向发展
14、。AGV的应用领域也在不断扩展，从起初只是用作于工厂的物料运输，到现在己经不仅仅局限于工厂或车间之，而是已经在饭店、医院、办公室、物流和超市等诸多行业成功的运用，并且取得了很好的运用效果。AGV主要应用在制造业领域，在重型机械运输以与部分非制造行业中也有运用。AGV在制造业中的运用主要有物料装配、物料分发和物料加工制方面。其中在装配作业中AGV的运用量最大，并且AGV也是汽车制造工业的应用大户。美国通用汽车公司的汽车装配线有90%应用了AGV，在西欧国家更是有57%的运用中的AGV被应用于汽车装配。随着电子行业技术的快速发展，电子工业领域中的AGV运用潜力越来越大。由于消费者需求加大，市场对生
15、产系统的需求增加， FMS(柔性制造系统)作为灵活的生产方式满足了市场变化的要求，而将AGV用作中小批量元件的运输更是适应了这一需求，并且AGV可以根据不同运用场合需要进行输送路径的编程，从而达到指定运输任务。这在超净电子行业净化室中，AGV代替人工作业更是发挥了巨大的优势。而在重型机械制造行业中，AGV主要用来运输型物料和重型物料。而设计功率较大并配置重型物件移栽装置的AGV便可用来代替人工装卸运输中的大量劳动力输出，更是增加了生产过程中的安全性。AGV运用在非制造业中也越来越普遍。例如医疗部门、邮政部门、食品生产、餐厅点菜等。并且AGV可以代替人类，在具有核辐射危险的地方，用于核材料的搬运。1.4.1国外AGV的应用现状在世界围，随着市场需求的增长，近几年先进制造技术、工厂物流自动化有了很大发展。AGV技术的发展，则进一步促成了先进的柔性生产线、自动化物流系统的实现。国外发达国家中日本、美国、德国、意大利、瑞典AGV产品种类齐全，技术先进，处于领先地位。国外在先进的加工制造生产线上采用柔性加工系统(FMS),在装配生产线上使用柔性装配
