自动配送小车-研究报告参考大纲.doc

自动配送小车 研究报告参考大纲

一、 项目研究的意义
1、国内外研究现状
世界上第一台AGV是美国Basrrett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Basrrett公司以外，CLARK和WEBB公司在AGV市场中也占有相当的份额。在这个时期，欧洲的AGV技术发展较快，这是由于欧洲公司己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AGV技术于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。1984年，通用汽车公司成为AGV的最大用户，1985年己达1402台(包括牵引式小车、单元装载小车和叉式小车)，1989年又新增家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CIMS或FMS)，运输量更大，移载时间更短，具有在线充电功能，以便24小时运行，移动机器人和控制器可靠性更高。
我国AGV发展历史较短。清华大学、北京起重运输研究所、中国邮政科学院邮政科学研究规划院、大连组合机床研究所、国防科技大学和华东工学院都在进行不同类型的AGV的研制并小批投入生产。1989年在北京邮政科学研究规划院完成我国第一台双向无线电通信的AGV。沈阳自动化所在AGV技术方面己取得了多项多项研究开发成果和专利，解决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。我国越来越多的工厂、科研机构采用AGV为汽车装配、大型军械仓库、邮政报刊分拣输送、自动化仓储系统服务。如: 上海金山华工厂、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就己进入我国市场，今后必将得到迅速发展和普及应用。这不仅是现代化工业迅速发展的需要，更主要是AGV本身所独具的优越性所决定的。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。
2、项目研究的目的及意义
自动循迹小车就是最简单的智能化产品，通过单片机的控制，能够让其沿着固定的轨道自动行驶，通过对其的扩展，可以充分的应用在工厂自动化、军事领域、仓库管理、自动停车系统、智能玩具或民用服务等诸多领域，例如在自动仓库、码头、搬运、涂装等物流作业部门工作的物流小车就是在此基础上设计出来的。电子技术的飞速发展，对自动化要求越来越高，机器人检测并完成特殊的任务将成为以后的一个新的发展方向。在危险或不利于人工作业的环境下，利用智能机器人替代人工作业完成特殊任务，可以避免人员伤亡，更可减少经济损失。同时可以减轻工人效率，提高生产效率等。
二、 控制方案设计
本系统以MC9S12XS128为核心控制器，以两节干电池作为电源，采用L2596变压模块构成电源模块给减速电机和核心控制器供电。采用自主组装轮式模型车为机械平台，小车包含两减速电机构成驱动轮和一个万向轮。电机驱动电路采用双H桥L298直流电机驱动板，同时驱动2个直流减速电机。通过RPR220红外对管黑线循迹[8]，超声波测距等硬件模块结合软件设计组成多功能智能小车，共同实现小车的循迹避障，自动根据地面黑线循迹导航，检测障碍物之后实现智能避障。通过细化设计要求，结合传感器技术和电机控制技术相关知识实现小车的各种功能达到设计目标。
本方案控制灵活、稳定，可靠性高，可满足本设计对小车系统的各项要求。

三、 硬件设计
总体设计方案如图3.1所示。

图3.1系统硬件框图
本系统按照功能的不同采用了模块化设计方法，主要包括核心控制模块、电源模块、电机控制模块、红外循迹测速模块等。以上各模块组合得到了本设计所涉及的硬件平台，它能很好的完成本次设计。

1、 红外循迹模块
（1）自动循迹小车基本原理：
循迹就是能够沿着给定的轨迹运行，一般给定的轨迹为在白色地面上黑色轨迹。为了实现这一目的，就需要轨迹检测模块，这相当于小车的眼睛，需要将路面信息返回到大脑中，这大脑就需要有信息处理功能的微处理器来构成，处理的信息需要执行机构来执行，这就需要电机驱动模块，来实现小车的行走功能，而一个完整的系统，还需要有电源模块来提供能量。 
简言之，系统的基本原理就是：循迹模块将检测到的路面信息传送给微处理器来处理，然后将处理结果送到电机驱动模块执行，达到循迹的目的。
本设计对于障碍信息检测、机器人在行进过程中的状态调整以及红外结合码盘测速都是采用的红外传感器进行数据采集的。一共用到的红外传感器模块有7路。本设计运用的是反射式红外传感器。反射式红外传感器的发光管和接收管并列一起，平时接收管始终无光照，只在发光管发出的红外光遇到反射物时，接收管收到反射回来的红外线才工作。采用反射式红外传感器RPR220和NE555组成比较电路，并接有指示灯，便于调试。其电路图如图3.5所示：

图3.5红外传感模块

2、电源模块
本设计采用的是两节3.7V的可充电蓄电池串联供电，提供给功率器件和逻辑器件。对于一个机电控制系统来说，系统的抗干扰性能是非常重要的。对于不同的功能模块提供相互隔离的电压，它是提高抗干扰性能的一个重要手段。基于此，本设计采用高性能的LM2596电源芯片进行降压，680uF的胆电容可以防止在输入端出现过大的瞬态电压，同时为LM 2596在每次开关时提供瞬态电流，快速肖特基二极管IN5822为电感电流提供通路并进行过载保护，22uH的电感保证输出绝对小的纹波电压，其电路如图3.2所示：

图3.2电源模块
3、 电机驱动模块
直流减速电机的驱动电路图如图3.4所示。具有良好的控制性能和抗干扰性能，同时具有较大的电流驱动能力。

图3.4电机驱动电路图
通过驱动电机，有4路输出，分别控制左右两个直流电机。其控制方式如表3.2所示：

四、 部分电路图

传感器原理图分析

LM324

传感器指示灯与输出引脚