开题报告(2).doc

毕业设计（论文）开题报告

题 目： 自动导引小车（AGV）的设计

学 院： 机电工程学院 系 机械工程系
专 业： 机械制造设计及其自动化
班 级： 机制023班
学 号： 02122802
姓 名： 薛 亚 江
指导教师： 万 伟 民
填表日期： 2006 年 3 月 21 日

引言
AGV(Automatic Guided Vehicle),即自动导引车，是一种物料搬运设备，是能在一位置自动进行货物的装载，自动行走到另一位置，自动完成货物的卸载的全自动运输装置。AGV是以电池为动力源的一种自动操纵的工业车辆。装卸搬运是物流的功能要素之一，在物流系统中发生的频率很高，占据物流费用的重要部分。因此，运输工具得到了很大的发展，其中AGV的使用场合最广泛，发展十分迅速。
1913年，美国福特汽车公司使用有轨底盘装配车。1953年，美国Barrett Electric制造了世界上第一台采用埋线电磁感应式的跟踪路径自动导向车，也被称作“无人驾驶牵引车”。20世纪70年代中期，具有载货功能的AGV在欧洲得到迅速发展和推广应用，并被引入美国用于自动化仓储系统和柔性装配系统的物料运输。从80年代初开始，新的导向方式和技术得到更广泛研究和开发。90年代以来，AGV从仅由大公司应用，正向小公司单台应用转变，而且其效率和效益更好。AGV按照引导方式不同分为：固定路径导引、自由路径导引等。按照移载方式不同分为：侧叉式移载、叉车式移载、推挽式移载、辊道输送机式移载、升降台式移载、机械手式移载等。
一、 选题的依据及意义：
本课题为自立课题。
AGV是集人工智能、信息处理和图像处理为一体，综合了当今科技领域先进的理论和应用技术。属于移动式机器人的一个分支。它最早是在美国发展起来的，在国外已经有几十年的历史了。因此，AGV被广泛应用在仓储业、邮局、图书馆、港口码头、机场以及危险场所和特种作业的场合。AGV是一种非常有发展前途的物流输送设备，尤其在柔性制造系统（FMS）中被认为是最有效的物料运输设备。
二、 国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）：
AGV是伴随着柔性加工系统、柔性装配系统、计算机集成制造系统、自动化立体仓库而产生并发展起来的。日本人认为1981年是柔性加工系统元年，这样计算AGV大规模应用的历史也只有15至20年。但是，其发展速度是非常快的。1981年美国通用公司开始使用AGV，1985年AGV保有量500台，1987年AGV保有量3000台。资料表明欧洲40%的AGV用于汽车工业，日本15%的AGV用于汽车工业，也就是说AGV在其他行业也有广泛的应用。
目前国内总体看AGV的应用刚刚开始，相当于国外80年代初的水平。但从应用的行业分析，分布面非常广阔，有汽车工业，飞机制造业，家用电器行业，烟草行业，机械加工，仓库，邮电部门等。这说明AGV有一个潜在的广阔市场。
AGV从技术的发展看，主要是从国家线路向可调整线路；从简单车载单元控制向复杂系统计算机控制；从原始的段点定期通讯到先进的实时通讯等方向发展；从落后的现场控制到先进的远程图形监控；从领域的发展看，主要是从较为集中的机械制造、加工、装配生产线向广泛的各行业自动化生产，物料搬运，物品仓储，商品配送等行业发展。
三、 本课题研究内容
（1）自动导引小车AGV的总体结构设计；
（2）自动导引小车AGV的自动引导系统设计；
（3）自动导引小车AGV的运动控制系统软、硬件设计。
四、 本课题研究方案
（1）AGV自动导引小车的分类
自动导引小车分为有轨和无轨两种，所谓有轨是指有地面或空间的机械式导
向轨道。地面有轨小车结构牢固，承载力大，造价低廉，技术成熟，可靠性好，
定位精度高。地面有轨小车多采用直线或环线双向运行，广泛应用于中小规模的
箱体类工件FMS中。高架有轨小车（空间导轨）相对于地面有轨小车，车间利用
率高，结构紧凑，速度高，有利于把人和输送装置的活动范围分开，安全性好，
但承载力小。高架有轨小车较多地用于回转体工件或刀具的输送，以及有人工介
人的工件安装和产品装配的输送系统中。有轨小车由于需要机械式导轨，其系统
的变更性、扩展性和灵活性不够理想。有轨小车如图3所示。

图1 有轨小车
无轨小车是一种利用微机控制的，能按照一定的程序自动沿规定的引导路径
行驶，并具有停车选择装置、安全保护装置以及各种移载装置的输送小车，如图
4所示。

图2 无轨小车
无轨小车也叫自动导引小车（Automatic Guided Vehicle——AGV），无轨
小车按引导方式和控制方法的分为有径引导方式和无径引导自主导向方式。有
径引导方式是指在地面上铺设导线、磁带或反光带制定小车的路径，小车通过电
磁信号或光信号检测出自己的所在位置，通过自动修正而保证沿指定路径行驶。
无径引导自主导向方式中，地图导向方式是在无轨小车的计算机中预存距离表
（地图），通过与测距法所得的方位信息比较，小车自动算出从某一参考点出
发到目的点的行驶方向。这种引导方式非常灵活，但精度低。
（2）AGV自动导引小车的工作原理：
光学引导式AGV的工作原理如图3，即在小车预定路径的地面贴上白色反光
带小车上装有七组光电感测器成H型分布称，光电感测器通过白色反光带来检测
反射回来的信号，并将该光信号转换成电信号控制小车的运动。反光带有连续粘
贴和断续粘贴两种方法，FMS中常采用连续粘贴法。光学引导方式对于改变小车
的预定路径很方便，只要重新粘贴反光带即可，但反光带易污染和破损，不适合
油雾重、粉尘多、环境不好的车间。

图3 光学引导原理
本次设计采用光学引导方式的AGV
（3）AGV的结构设计
AGV小车结构示意图4。小车采用两后轮独立驱动差速转向，两前轮为万向轮的四轮结构形式。步进电机经减速器后通过驱动轮提供驱动力，当两轮运动速度不同时就可以实现差速转向。

1-后轮，2-减速器，3-电瓶，4-光感应器，5-前轮，
6-单片机，7-车架，8-步进电机驱动器，9-步进电机
图4 AGV结构示意图
1、车架
车架是整个AGV小车的机体部分，主要用于安装轮子、光感应器、步进电机和减速器。车架上面安装步进电机驱动器、PCD板和电瓶。对于车架的设计，要有足够的强度和硬度要求，故车架材料选用铸造铝合金，牌号为6061。其中6061质量比较轻，焊接性好。
2、车轮
车轮采用实心橡胶轮胎。车体后面两主动轮为固定式驱动轮，与轮毂式电机相连。前面两个随动轮为旋转式随动轮，起支承和平衡小车的作用。
3、载荷传送装置
AGV的载荷传送装置为一平板，其作用为运输箱体类零件到指定工位。主要用来装载箱体类零件，运送物料等。
（4）AGV的自动引导系统设计
采用的光电传感器如图5所示。型号为EE-SPY402，属于反射型光电感測器，入光时ON，侦測距离约5mm，并附动作指示灯电源电压为DC5~24V，控制输出80mA。光电感測器电源电压5V，当侦測到前方有反射物体时，动作指示灯亮，out端与负端形成通路，且out端由4V高电位降为0V低电位。此反射型光电感測器所侦測到前方的反射物体以白色为标准。
图5 光电感測器
单片机与光电感测器连接电路如圖6所示，分別将七组光电感測器的out端接至单片机的P0口，供应5V电压，且负端输出与单片机共接地；单片机一次读取P0口的状态，组合成二进位系统，经过程序处理与判断，获得当时AGV的位置。七组光电感测器排成H型来检测AGV的当前位置。

图6 AT89C51单片机与光电感测器的连接
五、 研究目标、主要特色及工作进度：
1. 究目标：在了解现代先进的关于机器人方面资料的前提下，结合自己所学的知识，设计出一种简单实用，应用方便简单的两轮驱动的自动导引小车AGV和驱动装置。
2. 要特色：该AGV是基于单片机控制系统而设计出来的，还结合了近几年来的先进的研究成果，结构简单，实用性强，操作方便。
3.工作进度
1
确定毕业设计任务，查找阅读相关资料、准备开题报告的编写。
2006-2-15～2-28
2
完成开题报告撰写，确定设计方案。
2006-3-1～3-4
3
设计自动导引小车的结构，进行相关传动零件的工程计算，绘制装配图。
2006-3-5～3-18
4
设计单片机的控制系统，绘制控制系统原理图。
2006-3-19～4-1
5
运动学分析和校外实习报告的编写。
2006-4-2～4-15
6
控制系统的软件流程图设计，编写圆弧插补程序。
2006-4-16～4-29
7
外文资料翻译，撰写毕业设计文，打印整理。
2006-4-30～5-13
六、参考文献：
[1]孔令中．现代物流设备设计与选用[M]．北京：化学工业出版社，2005.10．
[2]哈尔滨工业大学理论力学教研室．理论力学[M]．（Ⅰ）第六版．北京：高等教育出版社，2004.1．
[3]戴曙．金属切削机床[M]．北京：机械工业出版社，2000.5．
[4]濮良贵，纪名刚．机械设计[M]．第七版．北京：高等教育出版社，2004．
[5]唐金松．简明机械设计手册[M]．第二版．上海：上海科学技术出版社，2000.10．
[6]谭建成．电机控制专用集成电路[M]．北京：机械工业出版社，1999．
[7]朱晓春．数控技术[M]．北京：机械工业出版社，2001.5．
[8]李广第，朱月秀，王秀山．单片机基础[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2001.7．
[9]张迎新，杜小平，樊桂花，雷道振．单片机初级教程[M]．北京航空航天大学出版社，2000.6．
[10]机械设计手册编委会．机械设计手册[M]．新版第5册．北京：机械工业出版社，1997．