超市自動運貨AGV小車的設(shè)計

1、 機械工程學(xué)院超市自動運貨AGV小車的設(shè)計完成人：趙磊 羅曉康 曹松華 吳楨濤 學(xué)科專業(yè)：機械工程及自動化指導(dǎo)教師：徐海波 教授2013年06月44目 錄目 錄1 產(chǎn)品構(gòu)思11.1 產(chǎn)品設(shè)計背景11.1.1AGV的發(fā)展概況11.1.2AGV的結(jié)構(gòu)與種類21.1.3AGV發(fā)展趨勢分析21.2 產(chǎn)品設(shè)計目的31.3 產(chǎn)品功能定位41.3.1機械結(jié)構(gòu)上的功能41.3.2控制部分的功能41.3.3其他人性化的功能52 小車機械結(jié)構(gòu)設(shè)計72.1 自動導(dǎo)引小車輪系結(jié)構(gòu)的機械設(shè)計72.2 自動導(dǎo)引小車的技術(shù)指標(biāo)82.3 自動導(dǎo)引小車整車機械設(shè)計92.3.1小車貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計92.3.2貨架手動升降結(jié)構(gòu)設(shè)計10

2、2.3.3小車底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計112.3.4小車貨物分類結(jié)構(gòu)設(shè)計122.3.5小車的整車結(jié)構(gòu)及裝潢設(shè)計143 小車控制系統(tǒng)設(shè)計153.1 控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成153.1.1控制芯片模塊153.1.2超聲波模塊183.1.3無線通訊模塊203.1.4語音模塊的硬件設(shè)計203.1.5陀螺儀模塊213.1.6其它模塊213.2 自動導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計213.2.1AGV導(dǎo)引技術(shù)的選擇213.2.2AGV組合導(dǎo)引定位技術(shù)設(shè)計223.2.3AGV運動控制223.2.4直線行走糾偏算法233.2.5AGV導(dǎo)航系統(tǒng)的主要控制流程243.3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計253.3.1路徑規(guī)劃模塊軟件設(shè)計253.3.2超聲波模塊軟件設(shè)

3、計303.3.3電機PWM調(diào)速模塊軟件設(shè)計314 結(jié)論與展望335 參考文獻346 致謝35附錄1 AGV小車整體機械結(jié)構(gòu)圖37附錄2 小車運動控制部分算法程序39附錄3 小車語音控制部分算法程序411 產(chǎn)品構(gòu)思1.1 產(chǎn)品設(shè)計背景自動導(dǎo)航車(Automated Guided Vehicles,AGV)又名無人搬運車,出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代,是一種自動化的無人駕駛的智能化搬運設(shè)備,屬于移動式機器人系統(tǒng),能夠沿預(yù)先設(shè)定的路徑行駛,是現(xiàn)代工業(yè)自動化物流系統(tǒng)如計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)中的關(guān)鍵設(shè)備之一。AGV具有靈活性、智能化等顯著特點,可以方便地重組系統(tǒng),達到生產(chǎn)過程的柔性化運輸。與傳統(tǒng)的人工

4、或半人工的物料輸送方式相比,AGV系統(tǒng)減輕了勞動強度,降低了危險性,提高了生產(chǎn)效率,在各行各業(yè)均可發(fā)揮重要作用。1.1.1 AGV的發(fā)展概況世界上的第一臺自主導(dǎo)航車是美國Basrrett電子公司于1953年開發(fā)成功的,它是由一輛牽引式拖拉機改造而成的,帶有車兜,在一間雜貨倉庫中沿著布置在空中的導(dǎo)線運輸貨物。在20世紀(jì)50年代末到60年代初期時,已有多種類型的牽引式AGV用于工廠和倉庫。目前世界上約有2萬臺各種各樣的AGV運行在數(shù)千座大大小小的倉庫中。海爾集團于2000年投產(chǎn)運行的開發(fā)區(qū)立體倉庫中,用9臺AGV組成了一個柔性的庫內(nèi)自動搬運系統(tǒng),成功地完成了每天23 400件出入庫貨物和零部件的搬

5、運任務(wù)。AGV在制造業(yè)的應(yīng)用出現(xiàn)于1973年,瑞典的Volvo Kalmar轎車裝配廠為了提高運輸系統(tǒng)的靈活性,采用基于AGV系統(tǒng)為載運工具的自動轎車裝配線。該裝配線由多臺可裝載轎車車體的AGV系統(tǒng)組成,采用該裝配線后,裝配時間減少了20%,裝配故障少了39%,投資回收時間減少了57%,勞動力減少了5%。目前,AGV在世界的主要汽車廠,如通用、豐田、克萊斯勒、大眾等汽車制造和裝配線上得到了普遍應(yīng)用。早期的AGV主要是自動拖車。在20世紀(jì)70年代中期,由于負載AGV(又稱自動搬運車)的引入,AGV產(chǎn)業(yè)得到了第一次較大的發(fā)展。負載AGV能夠為物料處理領(lǐng)域提供多功能的服務(wù)而被廣泛接受,例如工廠里的工

6、作站臺、傳送設(shè)備,以及控制系統(tǒng)和信息系統(tǒng)之間的連接等。目前,已經(jīng)有許多廠家制造的幾百種負載AGV系統(tǒng),運行于倉庫、工廠、作坊、醫(yī)院以及其它許多領(lǐng)域。在郵局、圖書館、車站、碼頭和機場等場合,物品的運送存在著作業(yè)量變化大、動態(tài)性強、作業(yè)流程經(jīng)常調(diào)整,以及搬運作業(yè)過程單一等特點,AGV的并行作業(yè)、自動化、智能化和柔性化的特性能夠很好地滿足上述場合的搬運要求。不僅如此,在軍事以及危險場所,以AGV的自動駕駛為基礎(chǔ)集成其他探測和拆卸設(shè)備,可用于戰(zhàn)場排雷、陣地偵察、危險環(huán)境作業(yè),如軍用機器人、危險品處理機器人、鋼鐵爐料運送車、放射性物料搬運車、海底電纜鋪設(shè)等。從1954年英國采用地下埋線的電磁感應(yīng)導(dǎo)向技術(shù)

7、開始,早期的AGV都是沿著地面上的信號行駛,AGV上的傳感器會根據(jù)信號的強度,選擇某一頻率的電磁信號為AGV提供導(dǎo)引。隨著電子技術(shù)和微處理器技術(shù)的快速發(fā)展,AGV的智能化技術(shù)得到了普遍發(fā)展。20世紀(jì)80年代末期,無線式導(dǎo)引技術(shù)被引入到AGV系統(tǒng)中,例如利用激光和慣性進行導(dǎo)引,大大提高了AGV系統(tǒng)的靈活性和準(zhǔn)確性。計算機技術(shù)的引入,使得AGV幾乎可以處理所有由人工控制的物料搬運過程。但知道目前為止，AGV小車由于成本和技術(shù)的問題主要局限在大型生產(chǎn)線應(yīng)用領(lǐng)域，并未拓展到超市、餐飲等基礎(chǔ)性行業(yè)，這塊市場具有很好的發(fā)展前景，隨著產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來越強，在貨物的傳輸和配送上對于智能化的程度要求越來越高，

8、因此AGV小車在這片市場的應(yīng)用將會是對該領(lǐng)域服務(wù)水平和運營效率的極大提高。20世紀(jì)80年代以來，自動導(dǎo)引運輸車（AGV）系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中最大的專業(yè)分支之一，并出現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的趨勢，成為現(xiàn)代化企業(yè)自動化裝備不可缺少的重要組成部分。在歐、美等發(fā)達國家，發(fā)展最為迅速，應(yīng)用最為廣泛；在亞洲的日本和韓國，也得到迅猛的發(fā)展和應(yīng)用，尤其是在日本，產(chǎn)品規(guī)格、品種、技術(shù)水平、裝備數(shù)量及自動化程度等方面較為豐富，已經(jīng)達到標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、流水線生產(chǎn)的程度。在我國，隨著物流系統(tǒng)的迅速發(fā)展，AGV的應(yīng)用范圍也在不斷擴展，如何能夠開發(fā)出能夠滿足用戶各方面需求（功能、價格、質(zhì)量）的AGV系統(tǒng)技術(shù)是我們必須面對

9、的現(xiàn)實問題。1.1.2 AGV的結(jié)構(gòu)與種類1. AGV的結(jié)構(gòu)通常,AGV以電池為動力,裝備電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)航裝置,能夠獨立自動尋址,并通過計算機系統(tǒng)控制,完成無人駕駛及作業(yè)。因此,AGV具有電動車輛的結(jié)構(gòu)特征,圖1-1所示是一種三輪AGV的結(jié)構(gòu)示意圖,主要由底盤車、動力裝置和控制系統(tǒng)等組成,采用后輪驅(qū)動、前輪轉(zhuǎn)向運行方式。圖1-1 AGV小車結(jié)構(gòu)示意圖2. AGV的種類及應(yīng)用工業(yè)AGV可按用途分為自動搬運車、自動拖車和自動叉車等幾類,也可根據(jù)其導(dǎo)引的方式不同分為電磁導(dǎo)引、激光導(dǎo)引、慣性導(dǎo)引等多種形式,還可根據(jù)有無軌道分為有軌AGV和無軌AGV。對于非工業(yè)應(yīng)用,AGV可用于探險、危險品處理、導(dǎo)

10、盲等。1.1.3 AGV發(fā)展趨勢分析1. AGV的智能水平將日益提高現(xiàn)代AGV技術(shù)的最顯著特征是具有智能化。車載計算機的硬軟件功能日益強大,使AGV具有從網(wǎng)絡(luò)、無線或紅外信號接受裝置接收調(diào)度中心或客戶指令,自動導(dǎo)引,自動行駛,優(yōu)化路線,自動作業(yè),運行管理,車輛調(diào)度,安全避碰,自動充電,自動診斷等功能,實現(xiàn)了AGV的智能化、信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、敏捷化、節(jié)能化、綠色化?，F(xiàn)代AGV是24小時不知疲倦的聰明車輛(僅在任務(wù)間隙時隨機進行短時充電),能主動、自序、有節(jié)拍按最安全、快捷的路線執(zhí)行作業(yè)。智能化的結(jié)果加上動力強勁,將使AGV具有日益廣泛的用途。2. AGV的動力性能將更趨強勁AGV設(shè)

11、計的難點之一是其動力源裝置的設(shè)計。動力源的功率大小直接影響AGV的功用,而動力源的體積大小將直接影響整車的體積及外觀造型。傳統(tǒng)的AGV采用鉛酸電池,能量密度小,體積大。隨著電池技術(shù)的發(fā)展,近年來電池逐步由高能酸性電池,發(fā)展到開始采用高能堿性電池,以提高環(huán)保性能,大幅提高充放電比,目前由充電時間/放電時間為1:1已提高到1:12,大幅縮短了AGV的待機充電的時間。動力電池性能及充放電技術(shù)的進步,使得現(xiàn)代AGV的動力性能普遍提高,運載能力與行駛特性進一步優(yōu)化。3. AGV的綜合技術(shù)將逐步機器人化AGV本身就是一種移動機器人,是一個集環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多功能于一體的綜合系統(tǒng)。

12、它集中了傳感器技術(shù)、機械工程、電子工程、計算機工程、自動化控制工程以及人工智能等多學(xué)科的研究成果,代表機電一體化的最高成就,是目前科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。AGV的機器人化一直是AGV研究的熱點技術(shù)。實際上,在機器人技術(shù)發(fā)展的整個過程中,其相關(guān)技術(shù)都先后在AGV中得到了應(yīng)用。如智能移動機器人技術(shù)涉及到的機器人導(dǎo)航與定位、路徑規(guī)劃、運動控制等,均在AGV中得到了體現(xiàn),使得現(xiàn)代AGV無論是專項技術(shù),還是綜合性能,均得到了普遍提高,并仍將繼續(xù)提高。由于AGV的機器人化,現(xiàn)代AGV已不僅僅是一種沿固定路徑行駛的搬運工具,幾乎可以適合于各種固定的,或不固定的運輸場所。4. AGV的應(yīng)用將日益普遍AG

13、V的顯著特點是無人駕駛,可以保障系統(tǒng)在不需要人工導(dǎo)航的情況下自動行駛,柔性好,自動化和智能化水平高。AGV可以根據(jù)倉儲貨位要求、生產(chǎn)工藝流程等改變而靈活配置,并且運行路徑改變的費用與傳統(tǒng)的輸送帶或剛性的傳送線相比非常低廉。如果配有裝卸機構(gòu),AGV還可以與其他物流設(shè)備自動接口,實現(xiàn)貨物或物料裝卸與搬運全過程自動化。此外,AGV還具有清潔生產(chǎn)的特點,AGV依靠自帶的蓄電池提供動力,運行過程噪聲極低、無污染,可以應(yīng)用在許多要求工作環(huán)境清潔的場所。隨著AGV性能不斷地完善,其應(yīng)用范圍大為擴展,不僅將在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、醫(yī)療、服務(wù)等行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用,而且將在排險、搜捕、救援、輻射和空間領(lǐng)域等有害與危

14、險場合得到很好的應(yīng)用,幾乎適合于倉儲、制造、郵局、圖書館、港口、機場、煙草、醫(yī)藥、食品、化工、危險場所和特種行業(yè)等各種場合。因此,AGV技術(shù)已經(jīng)得到世界各國的普遍關(guān)注。1.2 產(chǎn)品設(shè)計目的隨著智能化管理觀念的不斷深入和科技水平的不斷提高，在超市的物流系統(tǒng)中，AGV小車具有很大的應(yīng)用的前景。目前市場上的AGV小車主要應(yīng)用于大型的生產(chǎn)線設(shè)備，特別隨著近幾年勞動力成本的上升和富士康事件的出現(xiàn)，這種頻繁的工作由智能化機器承擔(dān)已經(jīng)成為一種在所難免的趨勢。我們設(shè)計該超市AGV小車的目的是基于目前已有的技術(shù)設(shè)計一款專門適合于超市等偏重于服務(wù)行業(yè)應(yīng)用的智能化機器設(shè)備，在產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)中，我們會注重產(chǎn)品在滿足功

15、能需求的同時極大地降低成本，使其能夠迅速地實現(xiàn)市場化。另外考慮到超市等服務(wù)行業(yè)所雇用的人員的知識水平和應(yīng)用能力，因此產(chǎn)品的服務(wù)會更加注重人性化和便捷性，這個在后面的路徑規(guī)劃等控制方面會有較好的體現(xiàn)。對于超市等商家而言，除過購買成本之外，還有像維修成本也是他們所考慮的因素。在設(shè)計及制造過程中盡量讓產(chǎn)品的維修和元件更換比較方便，同時合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和正確使用也會很大程度提高產(chǎn)品的使用壽命。簡而言之，我們產(chǎn)品設(shè)計的目的就是為超市等基礎(chǔ)服務(wù)行業(yè)提供一款經(jīng)濟適用、安全智能的AGV自動運貨小車。這款小車在超市、餐飲店、醫(yī)院等均會有較為理想的人性化服務(wù)結(jié)果，且它便于升級，具有很長的產(chǎn)品生命周期。1.3 產(chǎn)品功

16、能定位根據(jù)上述的內(nèi)容，我們的AGV小車的首要功能是能夠?qū)崿F(xiàn)超市貨物的自動傳送功能，另外根據(jù)超市的貨架布局特點、操作人員使用的方便程度，我們的小車還應(yīng)該具有更多人性化的功能。1.21.31.3.1 機械結(jié)構(gòu)上的功能u 足夠的承載量對于超市而言，每天需要的上貨量很大，這就要求我們的小車能夠一次承載盡可能大的貨物量，以提高運輸效率，節(jié)省時間成本和人力成本。u 貨物的分類超市每天要運輸?shù)呢浳锊粌H數(shù)量龐大，而且種類繁多，如果在一輛AGV小車上放置多種貨物，那么在從小車上進行卸貨的時候還要再次進行挑揀分類，從而增加了很多不必要的勞動時間，而我們的AGV小車又數(shù)量有限，不可能每一輛車運送一種貨物。所以，我們

17、的小車要具備貨物的分類功能，并且結(jié)構(gòu)要盡可能得通用、簡單。u 運貨架高度可調(diào)超市的員工每個人的身高都是不一樣的，這就要求我們小車的運貨架能夠根據(jù)員工的身高情況調(diào)節(jié)其高度，從而確保每一個員工都能夠舒舒服服的上貨、下貨。u 防觸碰裝置雖然一般的AGV小車都有避障功能，但是有些時候還是會因為一些突發(fā)狀況而使小車撞上障礙物，所以小車應(yīng)該具有一定的防觸碰裝置，比如在小車周圍加上橡膠套等。1.3.2 控制部分的功能u 自動導(dǎo)航功能自動導(dǎo)航功能是AGV小車的主要功能也是必備功能，AGV的導(dǎo)航方式有很多種比如：導(dǎo)軌導(dǎo)航、磁導(dǎo)航、光帶導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、GPS導(dǎo)航、機器人視覺導(dǎo)航等，然而每一種導(dǎo)航方式都有其優(yōu)缺點和

18、應(yīng)用范圍的限制，所以如何根據(jù)超市的環(huán)境特點和工作特點選擇合適的AGV導(dǎo)航方式成了我們小車設(shè)計的重點。u 路徑規(guī)劃功能AGV小車的運動路線是實現(xiàn)認為設(shè)置好的，這也就是路徑規(guī)劃。路徑規(guī)劃也是AGV的主要功能之一，根據(jù)小車導(dǎo)航方式的不同，路徑規(guī)劃的方式也是不同的。u 智能避障小車在行駛的過程中有可能會遇到各種障礙物，比如人、立柱、貨物等，小車要想順利的完成工作任務(wù)，就需要及時的避開這些障礙物。u 行走糾偏小車在行走過程中會自動記錄其已行走的距離來判斷是否該轉(zhuǎn)彎，或者是否到達終點，并實時將這些運動信息通過無線傳輸模塊發(fā)送給上位機，但是小車在行走時難免有誤差（路程誤差、方向誤差等），而且這樣的誤差還會隨

19、著時間逐漸積累，最終導(dǎo)致小車出現(xiàn)錯誤的行走路徑。所以AGV小車除了要具有自動導(dǎo)航功能之外，還應(yīng)該具有行走糾偏的功能，即在小車的行走路線上隔一段距離設(shè)置一個行走糾偏點，行走糾偏點的位置是固定的，所以小車在行走糾偏點可以進行復(fù)定位，以提高小車的行走精度。u 優(yōu)良的速度調(diào)控系統(tǒng)小車所載的貨物中可能有一些易碎的物品比如雞蛋，所以小車在行駛過程中特別是啟動、緊急剎車、停止時應(yīng)特別注意小車由于速度的改變而帶來的慣性沖擊力，而這些需要通過一定的速度控制算法來實現(xiàn)。1.3.3 其他人性化的功能u 警報、語音提示小車在行走過程中遇到突發(fā)情況比如撞到障礙物或者翻車等緊急情況時應(yīng)發(fā)出警報聲以提醒工作人員進行及時的處

20、理，另外小車應(yīng)能夠在某些場合發(fā)出提示音以提高其人性化程度，比如剛啟動時小車會發(fā)出“歡迎使用”的聲音，小車在行走過程中遇到工作人員時會發(fā)出“請讓一讓，謝謝!”等，另外小車的提示音還可以活躍工作氛圍，減輕工作人員的工作壓力。u 液晶顯示（人機交互）小車的有一塊液晶顯示屏，除了可以實時顯示小車的運動路線、運動狀態(tài)之外，還應(yīng)具有人機交互的功能，以方便工作人員直接對小車進行臨時的中斷操作。2 小車機械結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1 自動導(dǎo)引小車輪系結(jié)構(gòu)的機械設(shè)計松華777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777

21、77777777777777777777777777777777777777777777777AGV 控制系統(tǒng)中驅(qū)動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一個關(guān)鍵子系統(tǒng)。它直接決定了 AGV 的運動性能。通常 AGV 的驅(qū)動轉(zhuǎn)向有中間輪驅(qū)動速差轉(zhuǎn)向、前輪驅(qū)動轉(zhuǎn)向和前后輪驅(qū)動轉(zhuǎn)向這三種方法，如圖2-1 所示。圖 2-1 中(1) 中間輪驅(qū)動速差轉(zhuǎn)向方案共有兩個驅(qū)動輪,分別位于 AGV 中軸線的左右兩邊。前面和后面兩個或四個車輪為自由輪。這種結(jié)構(gòu)的 AGV 重心容易掌握；(2)前輪驅(qū)動轉(zhuǎn)向把前輪既作驅(qū)動輪又作轉(zhuǎn)向輪，即驅(qū)動和轉(zhuǎn)向合二為一，后面兩個車輪為自由輪，這種結(jié)構(gòu)的 AGV 重心偏向于 AGV 的前方或后方；（3）前后輪

22、驅(qū)動轉(zhuǎn)向是在前輪驅(qū)動轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上，針對載重量較大的 AGV 而設(shè)置兩個驅(qū)動轉(zhuǎn)向輪，分別用于實現(xiàn)前后的驅(qū)動和轉(zhuǎn)向。（1）中間輪驅(qū)動速差轉(zhuǎn)向 (2)前輪驅(qū)動轉(zhuǎn)向 (3)前后輪驅(qū)動轉(zhuǎn)向圖 2-1 AGV 驅(qū)動轉(zhuǎn)向方法從本 AGV 設(shè)計的基本要求出發(fā)，同時考慮到 AGV 運動過程中的平穩(wěn)性及電源和工控機都需要較大的安置空間，本 AGV 的驅(qū)動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用圖 3-5 中的(1)方案，前面和后面各使用兩個自由輪。該方案將兩驅(qū)動輪平行獨立地固定于車體的中部左右兩邊，通過調(diào)速控制使兩驅(qū)動輪產(chǎn)生相同的速度來實現(xiàn)車輛的直線前進或直線后退，通過調(diào)速控制使兩驅(qū)動輪產(chǎn)生不同的速度來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。考慮到橡膠與地面的摩擦系數(shù)大

23、，同時能保證足夠的驅(qū)動能力, 本 AGV 的車輪選用了橡膠輪胎。同時，我們選用了不充氣的實心橡膠輪胎，這樣用戶不需要給輪胎打氣，使用方便。另外，實心橡膠輪胎可以避免由于兩個車輪氣壓不一致而引起兩驅(qū)動輪直徑和離地高度不確定而導(dǎo)致的控制和定位困難等缺點。我們AGV小車的六輪結(jié)構(gòu)CAD模型如圖2-2所示。圖2-2 六輪結(jié)構(gòu)CAD模型從圖2-2中我們可以看出，這款小車的輪系結(jié)構(gòu)采用了六輪的底盤，中間兩個定向輪為驅(qū)動輪，前后四個萬向輪為從動輪，這和目前美國研制的火星探測車的結(jié)構(gòu)有點類似。當(dāng)電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時，小車可以前進或后退；通過內(nèi)外側(cè)兩個驅(qū)動輪的速度差實現(xiàn)小車轉(zhuǎn)彎；而當(dāng)一個電機正轉(zhuǎn)，一個電機反轉(zhuǎn)時可以

24、實現(xiàn)小車原地轉(zhuǎn)彎。這種輪系結(jié)構(gòu)不但控制簡單，而且機械結(jié)構(gòu)也沒有上述輪系結(jié)構(gòu)那么復(fù)雜，同時它不需要很多的機械部件的支持，這樣不但節(jié)省了成本，也減少了控制難度。但是這種六輪結(jié)構(gòu)有一個缺點，如圖中所示，兩對從動輪分別安裝在主動輪軸的兩側(cè)，當(dāng)小車行駛到不平的路面時，主動輪很容易被兩側(cè)的從動輪抬離地面，而使驅(qū)動輪不能驅(qū)動小車行駛，因此需要在從動輪上安裝減振彈簧等機械部件，使得六個輪子能與地面充分接觸，保持和地面的摩擦力。但考慮到超市的地面平整性較高，因此這部分的修正可以忽略。2.2 自動導(dǎo)引小車的技術(shù)指標(biāo)在確定了小車的輪系結(jié)構(gòu)以后，我們還必須確定小車載重、轉(zhuǎn)彎半徑、行駛速度等技術(shù)指標(biāo)。首先我們要選擇合適

25、的驅(qū)動電機，因為電機的性能參數(shù)直接決定著整輛小車的運動速度和驅(qū)動力。在選型過程中，主要考慮電機的額定電壓和額定功率這兩個參數(shù)。電機的輸出功率和小車的重量之間存在以下關(guān)系： 式（2-1）式中 P 為電機功率，µ 為摩擦系數(shù)，m 為小車重量，g 為重力加速度（9.8m/s），v 為小車的最大速度。按照小車的最大重量（承重加自重）為 100kg，摩擦系數(shù)按照 0.25，最大行駛速度為 0.5m/s 計算，電機總的最大輸出功率為 73.5W，因為小車使用了兩個驅(qū)動電機，因此每個電機的額定功率必須要大于 37W?？紤]到為了便于其它控制電路的取電，電機的額定電壓取 24V，這樣兩個 12V10A

26、h 的蓄電池串聯(lián)即可作為整個系統(tǒng)的電源。在滿足上面要求的條件下，為了節(jié)省成本，我們采用一款額定電壓為24V，功率為 40W，轉(zhuǎn)速為 128 圈每分鐘的直流減速電機。小車的最小轉(zhuǎn)彎半徑與小車重量存在以下關(guān)系： 式（2-2） 式（2-3） 式（2-4）式中 F 為小車轉(zhuǎn)彎時由摩擦力提供的向心力，v 為小車的最大行駛速度，r 為小車的最小轉(zhuǎn)彎半徑，其它參數(shù)同式（2-1）。根據(jù)上面三個公式，可以得到小車的最小轉(zhuǎn)彎半徑為 0.53m。從圖圖2-3小車轉(zhuǎn)彎軌跡圖2-3 中可以看出，在設(shè)計小車尺寸時，其寬度 W 不能大于 2 倍的最小轉(zhuǎn)彎半徑，即 1.06 米，否則小車就無法達到這個轉(zhuǎn)彎半徑。在確定了電機型

27、號和小車的行駛速度后，小車輪子的直徑也可以確定，小車驅(qū)動輪的直徑和電機轉(zhuǎn)速之間的公式如下： 式（2-5）式中 v 為小車的最大行駛速度，n 為電機每分鐘的最大轉(zhuǎn)速，d 為驅(qū)動輪的直徑，而我們選定的電機的最大轉(zhuǎn)速是 128r/m，v 為 0.5m/s，因此可以得到驅(qū)動輪直徑 d 約為70mm。在確定了小車的幾個關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)后，根據(jù)小車的設(shè)計要求我們得出一張如表2-1 所示的小車機械指標(biāo)表。表2-1 小車各項機械技術(shù)指標(biāo)項目內(nèi)容項目內(nèi)容小車控制方式可選自動/手動最大行駛速度0.5m/s導(dǎo)航方式陀螺儀導(dǎo)航最小轉(zhuǎn)彎半徑0.53m輪系結(jié)構(gòu)六輪結(jié)構(gòu)車輪直徑70mm驅(qū)動方式雙輪差速驅(qū)動工作時間連續(xù)接收負載

28、方式手動電池池組天能 24V/10Ah（免維修）負載能力40-50kg蔽障方式超聲波自重（含蓄電池）50kg卸貨方式手動行駛方向雙向（前、后）、轉(zhuǎn)彎車體尺寸800*600*200mm(長寬高)2.3 自動導(dǎo)引小車整車機械設(shè)計22.12.22.32.3.1 小車貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計貨架結(jié)構(gòu)的設(shè)計非常重要。如果設(shè)計不恰當(dāng)，或者會浪費材料，增加自重，提高成本，或者會因局部結(jié)構(gòu)強度不夠而埋下安全隱患。一般的小車貨架是直接加載在小車車身上，這樣的話會造成小車的承載能力受限，且容易造成局部強度的不夠等問題。而我們設(shè)計的AGV小車則采用4個支柱將貨架支撐在小車底盤上，這樣就將貨架的重量均勻地分配到小車底盤上，增加了

29、小車的承載能力和提高了結(jié)構(gòu)強度。同時便于貨架的拆卸、更換和維修。小車貨架的CAD模型如圖2-4所示，貨架與小車的連接如圖2-5所示。圖2-4 小車貨架的CAD模型圖2-5 貨架與小車的連接圖2.3.2 貨架手動升降結(jié)構(gòu)設(shè)計在搬運前后的上貨和卸貨過程中，根據(jù)操作人員的自身因素和貨物位置（倉庫位置和最終貨架位置）適當(dāng)調(diào)節(jié)貨架的高度，既是人性化的需要，又是高效的要求。在開始時，貨架升降我們打算采用自動控制，可是考慮到以下情況：一般自動控制升降有兩種形式：一種是電機驅(qū)動通過齒輪齒條進行升降運動的執(zhí)行，但是這就需要在車身上再添加驅(qū)動電機和傳動裝置，小車的體積和重量都會增加，成本也會較大程度提高，再者對于

30、超市這種形式經(jīng)濟性較差，因此我們舍棄了這種方案；另一種是液壓驅(qū)動升降，成本的話和體積都比較小，但液壓的污染比較嚴重，對于超市這種對衛(wèi)生潔凈度要求很高的場所來說這種方案同樣不可取。因此我們進行了手動升降結(jié)構(gòu)的設(shè)計，在這里我們參照了帳篷支撐桿的升降結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)形式如圖所示，操作人員手摁下結(jié)構(gòu)突出的半球形固定彈簧卡銷，用力拖動貨架，到一定位置孔讓彈簧卡銷彈出即能完成新位置的固定。這種結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟，可靠性高，在操作上也能滿足對快捷性的要求。貨架手動升降結(jié)構(gòu)如圖2-6所示，手動升降結(jié)構(gòu)在小車中實際位置如圖2-7所示。圖2-6 貨架手動升降結(jié)構(gòu)圖2-7 手動升降結(jié)構(gòu)在小車中實際位置2.3.3 小車底盤

31、結(jié)構(gòu)設(shè)計1.從動輪，2.車架，3.控制系統(tǒng)電路板，4.驅(qū)動輪，5.天線，6.蔽障超聲波傳感器，7.揚聲器，8.直流伺服電機，9.測速超聲波傳感器，10.蓄電池組圖2-8 自動導(dǎo)引小車的車體結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，小車的四個角上分別安裝了一個橡膠萬向輪作為小車的從動輪， 由直流減速電機驅(qū)動的驅(qū)動輪同軸線平行獨立地固定于車體中部兩端。這里我們采用直流伺服電機取代直流電機和減速機的組合是為了節(jié)省成本，減輕重量，同時也是為了便于安裝和控制。蓄電池組和工控箱主要放置在車體底部中軸線上，這樣是為了降低車體重心保持車體的平衡，以提高小車的抗側(cè)翻能力。在小車底部前后兩端均裝有超聲波傳感器。在安裝超聲波傳感器時要保

32、持其水平向前，以保證其測障。小車底盤布局的CAD模型如圖2-9所示。圖2-9 小車底盤布局的CAD模型2.3.4 小車貨物分類結(jié)構(gòu)設(shè)計超市里的貨物比較多，為了一次便捷性地搬運而又能將它們較好的分類，我們采用了柔性較高地且簡易方便的活動式插板分類，根據(jù)活動插板的形式貨架可以進行1、2、3、4四種貨物的劃分，這樣的分類結(jié)構(gòu)使得小車搬運的貨物大小尺寸種類上基本滿足了超市的要求。同時對于一些易碎物品，小盒的劃分更便于他們的固定和保護。貨物的2級、3級、4級分類分別如圖2-10、2-11、2-12所示。圖2-10 貨物的2級分類圖2-11 貨物的3級分類圖2-12 貨物的4級分類2.3.5 小車的整車結(jié)

33、構(gòu)及裝潢設(shè)計小車采用矩形鋼管骨架式焊接車架，在保證其強度和剛度滿足小車的承載能力的條件下，應(yīng)盡量減少車架自重，以提高有效載重。各個機械部件都與車體分離，只用螺栓螺釘連接固定，這樣既保證車架的剛性強度，又便于裝拆調(diào)試。所有覆蓋件都可以分拆獨立制作處理，特別是免去對車架的整體加工，使工藝大為改善。車體的外飾設(shè)計也是不容忽視的一個環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)形式和安裝方法應(yīng)考慮維護和修理的方便性。小車的外殼面板由 2mm 厚的 PVC 塑料板構(gòu)成，不但方便加工，易于安裝，而且也可用于固定硬件電路板。此外，車體的外廓不應(yīng)有突出部分，以免碰撞其它物體和造成人員傷害。車體顏色以載物臺，底盤和車架三大部分為區(qū)分，其中車架以警

34、示醒目的黑色為主色調(diào)，其余用適合室內(nèi)效果的柔和淺暖的黃色為主色調(diào)。小車的整體結(jié)構(gòu)及裝潢圖見附錄1。3 小車控制系統(tǒng)設(shè)計3.1 控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成33.13.1.1 控制芯片模塊u 主控芯片經(jīng)過小組成員的討論，我們的小車將選用Freescale半導(dǎo)體公司08系列中資源較豐富的MC68HC908MR32 MCU(以下簡稱MR32)作為本設(shè)計的主控芯片。該款芯片的I/O引腳、片內(nèi)Flash和功能模塊符合設(shè)計要求，而且本設(shè)計中所需驅(qū)動的電機達四個之多，而該芯片正是Freescale公司推出的專門驅(qū)動電機的新型MCU，因此選用這款芯片還是比較合適的，MR32的內(nèi)部管腳如圖3-1 所示。圖3-1 MR32的

35、內(nèi)部管腳單片機的運行需要一個支撐電路的支持才能工作起來，一般支撐電路包括電源、時鐘電路等。圖3-2所示為即為主控芯片MR32的支撐電路。主控芯片的支撐電路設(shè)計好后，接下來需要解決用戶程序的寫入問題，F(xiàn)reescale半導(dǎo)體公司為08系列的MCU提供了監(jiān)控ROM ，但是它存在著兩大缺陷：一是需要一個Flash編程高電壓，且其它引腳還需要滿足特定的設(shè)置才能進入監(jiān)控方式，操作非常不方便；二是程序的下載是半雙工的，且是單線通信方式，下載速度較慢。為了解決上述問題，我們一般都需要自己設(shè)定一個帶有串口通信和支撐電路的系統(tǒng)，即就是一個能完成程序下載、調(diào)試和運行的最小系統(tǒng)。MR32最小系統(tǒng)的硬件連線如圖3-3

36、所示。圖3-2 MR32的支撐電路圖3-3 MR32最小系統(tǒng)的硬件連線u 電機驅(qū)動芯片因為電機驅(qū)動電流較大，因而不能簡單地利用芯片引腳進行驅(qū)動，必須用專門的驅(qū)動芯片來驅(qū)動。經(jīng)過對電機特性的分析決定采用ST半導(dǎo)體公司推出的L298芯片來實現(xiàn)電機驅(qū)動，它的驅(qū)動電壓最高可達46V，瞬間峰值電流可達3A，持續(xù)工作電流為2A，是一款理想的直流電機驅(qū)動芯片，L298芯片的內(nèi)部管腳如圖3-4所示。圖3-4 L298的內(nèi)部管腳電機驅(qū)動模塊主要完成對小車輪子的驅(qū)動和載物臺卸貨裝置的驅(qū)動，該模塊的硬件電路圖如圖3-5所示圖3-5 電機驅(qū)動模塊如圖所示，芯片的6腳（Enable A）和11腳（Enable A）連接

37、，生成Enable腳用于控制電機的運轉(zhuǎn)和停止；芯片的5腳（INPUT 1）和12腳（INPUT 4）連接，生成IN1腳，7腳（INPUT 2）和10腳（INPUT 3）連接，生成IN2腳，用于控制電機的轉(zhuǎn)向；芯片的2腳（OUTPUT 1）和14腳（OUTPUT 4）連接，生成OUT1腳，3腳（OUTPUT 2）和13腳（OUTPUT 3）連接，生成OUT2腳，此兩腳是驅(qū)動器的輸出端，用來連接負載。由于電機是感性負載，所以需要在L298的輸出端接四個快速二極管IN5822組成續(xù)流電路，將電機產(chǎn)生的感應(yīng)電流消耗，防止對電路產(chǎn)生影響。L298還提供了兩個負載電流的反饋引腳：1腳和15腳，將它們同時接

38、一個0.1歐姆，12W的電流檢測電阻，再接地，此時就可以通過對1腳或者15腳進行A/D采樣，來得到電路中負載電流，實現(xiàn)恒流控制。L298有4腳（VS）和9腳（VSS）兩個電源引腳，4腳為電機驅(qū)動電源輸入端，該電壓需要比9腳輸入電壓大，否則將會影響芯片的正常工作，而9腳為芯片工作電壓輸入端。另外由于電機驅(qū)動電路工作時電流非常大，為了避免燒毀主控電路，需要在這兩個電路之間加一個主控芯片保護電路，如圖3-6所示。圖3-6 主控芯片保護電路u LCD顯示從屬芯片路徑顯示以及規(guī)劃采用JP1TFT-40觸摸屏顯示模塊，配合該模塊我們選用了單周期的高速單片機STC12LE5A60S2作為液晶及觸摸屏的控制器

39、，同時做為系統(tǒng)的從單片機系統(tǒng)負責(zé)液晶的顯示，觸摸屏數(shù)據(jù)的采集，語音模塊的數(shù)據(jù)管理和調(diào)用以及向主控制器方向的數(shù)據(jù)傳輸。JP1TFT-40的內(nèi)部管腳如圖3-7所示， STC12LE5A60S2的內(nèi)部管腳如圖3-8所示，其最小系統(tǒng)連接圖如圖3-9所示。 圖3-7 JP1TFT-40的內(nèi)部管腳 圖3-8 STC12LE5A60S2的內(nèi)部管腳 圖3-9 STC12LE5A60S2的內(nèi)部管腳3.1.2 超聲波模塊超聲波模塊主要完成AGV的蔽障功能，其硬件電路主要由控制芯片電路、發(fā)射電路和接收電路三部分組成。1. 控制芯片電路超聲波模塊中選用了Freescale半導(dǎo)體公司推出的8位單片機MC68HC908Q

40、T4（以下簡稱QT4）作為控制芯片。該芯片主要有以下特性：ü 8引腳雙列直插封裝ü 總線頻率最高可達8MHzü 4K的片內(nèi)FLASH和128字節(jié)的內(nèi)部RAMü 雙通道16位定時器ü 5個雙向I/O口如圖3-10所示，其外圍電路主要包括電源濾波電路和晶振電路。QT4的7腳輸出5V，頻率為40KHz的方波；6腳用于捕捉聲波反射信號；5腳與主控芯片MR32相連，輸出測障結(jié)果信號。圖3-10 超聲波控制芯片QT4外部電路2. 發(fā)射電路超聲波的發(fā)射電路如圖3-11所示。首先由QT4的定時器模塊引腳輸出電壓為5V，頻率為40Khz的方波，一路直接輸入IR2

41、110，另一路經(jīng)過非門芯片74HC04后輸入IR2110，這樣就得到兩路互補的方波。芯片IR2110是對方波信號進行升壓，產(chǎn)生一對頻率不變、電壓為12V的互補方波。在輸出至發(fā)射傳感器之前，需要經(jīng)過兩個0.1uF的濾波電容，這樣是為了濾去方波中的直流分量，得到穩(wěn)定的方波。濾波后的兩路互補方波信號輸出至超聲波發(fā)射傳感器，此時，傳感器就可以進行聲波發(fā)射。圖3-11 超聲波發(fā)射電路3. 接收電路超聲波的接收電路如圖3-12所示。被反射的聲波將被超聲波接收傳感器接收，但是由于接收傳感器的感應(yīng)信號通常是mV級，必須經(jīng)過上百近千倍的增益放大，然后再整形才能被有效的捕捉。圖3-12超聲波接收電路3.1.3 無

42、線通訊模塊目前AGV中用的無線通訊主要有無線局域網(wǎng)和無線數(shù)傳模塊兩種方式。在工業(yè)自動化中，大量的現(xiàn)場設(shè)備采用RS232或RS485通信，考慮到本AGV要能夠在不增加其他硬件模塊的同時能方便地與整個現(xiàn)代物流系統(tǒng)中其他自動控制設(shè)備如PLC進行通信，我們選用了無線數(shù)傳模塊實現(xiàn)AGV與主控機的無線通信。當(dāng)無線數(shù)傳模塊接收到上位機要發(fā)送的數(shù)據(jù)后，先將要發(fā)送的數(shù)據(jù)送到發(fā)送緩沖區(qū)，并同時將模塊的狀態(tài)由接收狀態(tài)轉(zhuǎn)換成發(fā)射狀態(tài)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換完成后啟動發(fā)送打包程序。發(fā)送打包程序的功能是將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合無線發(fā)送的數(shù)據(jù)包，并將一些控制信令動態(tài)地插入到數(shù)據(jù)包中。然后將這個數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)送到模塊中的數(shù)據(jù)調(diào)制口發(fā)射出去

43、。當(dāng)無線數(shù)傳模塊接收到上位機需要的數(shù)據(jù)后，它按規(guī)定的串口幀格式及串口速率傳送給上位機。無線數(shù)傳模塊通常提供標(biāo)準(zhǔn)RS-232，RS-485和UART（TTL電平）3種接口方式，可與計算機、用戶的RS-485設(shè)備、單片機或其它UART器件直接連接使用。選用的無線數(shù)傳模塊具有如下特點：ü 微功率發(fā)射，最大發(fā)射功率10mW。ü 載頻頻率433MHz，也可提供315/868/915MHz載頻。無需申請頻點。ü 高抗干擾能力和低誤碼率。ü 傳輸距離遠,在視距情況下，天線高度>2米,可靠傳輸距離可達300m（該距離完全滿足了現(xiàn)代物流實訓(xùn)系統(tǒng)的環(huán)境要求）。

44、2; 提供透明的數(shù)據(jù)接口，能適應(yīng)任何標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)的用戶協(xié)議。該無線數(shù)傳模塊與終端設(shè)備的連接示意圖如圖3-13所示。圖3-13無線數(shù)傳模塊與上位機的連接示意圖3.1.4 語音模塊的硬件設(shè)計小車語音提醒模塊擬采用語音芯片ISD-1760，該芯片具有體積小，采用CMOS 技術(shù)，內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列可分段錄放，掉電儲存時間久，音質(zhì)好，外圍電路簡介，操作方便，ISP接口與單片機兼容等優(yōu)點，并且錄音時間可最長可達16分鐘，故本系統(tǒng)采用其搭建多址語音提醒模塊。芯片所有操作必須由微控制器控制,操作命令可通過串行通信接口(SPI 或Microwir

45、e)送入。芯片采用多電平直接模擬量存儲技術(shù), 每個采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中,能夠非常真實、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲,避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和"金屬聲"。采樣頻率可為 4.0、5.3、6.4、8.0kHz,頻率越低，錄放時間越長，而音質(zhì)則有所下降,片內(nèi)信息存于閃爍存貯器中，可在斷電情況下保存100 年(典型值)，反復(fù)錄音10 萬次。ISD-1760的內(nèi)部引腳如圖3-13所示。 圖3-14 ISD-1760內(nèi)部引腳3.1.5 陀螺儀模塊考慮到目前已經(jīng)能夠以較低的價格得到重量較輕、體積較小且安裝方便的微機械陀螺儀，本AGV主要選用低精度

46、石英微機械陀螺來檢測AGV的方向角。其實物如圖3-15所示。圖3-15 微機械陀螺儀3.1.6 其它模塊在自動導(dǎo)引小車的硬件部分中還包括了紅外檢測（識別人體）、測速、電量檢測、指示燈、電源等模塊，這些模塊組成比較簡單，此處不再贅述。3.2 自動導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計3.23.2.1 AGV導(dǎo)引技術(shù)的選擇AGV的導(dǎo)引技術(shù)是AGV控制的核心技術(shù)。不同類型的AGV系統(tǒng)中采用的自動導(dǎo)引技術(shù)各不相同。AGV導(dǎo)引方式不僅決定著由其組成的應(yīng)用系統(tǒng)的柔性，同時它也影響著系統(tǒng)運行的可靠性和組態(tài)費用。采用何種導(dǎo)引技術(shù)將直接影響到自動導(dǎo)引系統(tǒng)各方面的性能。了解各種自動導(dǎo)引技術(shù)的工作原理和特點，懂得不同導(dǎo)引技術(shù)構(gòu)成AGV系統(tǒng)

47、的優(yōu)缺點，對于AGV的研制和選用都十分重要。AGV導(dǎo)引方式按照有無導(dǎo)引線路的形式主要分固定路徑導(dǎo)引和自由路徑導(dǎo)引兩大類。固定路徑導(dǎo)引的方式有：電磁導(dǎo)引、光學(xué)導(dǎo)引(巡線導(dǎo)引)以及磁帶導(dǎo)引；自由路徑導(dǎo)引的導(dǎo)引方式有：慣性導(dǎo)引、激光導(dǎo)引、超聲波導(dǎo)引、視覺導(dǎo)引以及GPS導(dǎo)引等。根據(jù)超市運貨實際情況，首先我們不可能選擇固定路徑導(dǎo)引，因為超市的貨架是經(jīng)常性變動的，而在自由路徑方式中，GPS導(dǎo)引精度太差，且一般應(yīng)用于室外；激光導(dǎo)引雖然導(dǎo)引精度高，但是成本高昂；超聲波導(dǎo)引不能適用于復(fù)雜的周圍環(huán)境；視覺導(dǎo)引技術(shù)難度高，處理數(shù)據(jù)量大，一般嵌入式控制芯片無法勝任。慣性導(dǎo)航具有技術(shù)先進、靈活性好、便于組合、柔性好、成

48、本低廉等特點。所以，我們的小車擬采用慣性導(dǎo)航（陀螺儀）來作為我們AGV小車的自動導(dǎo)航方式。3.2.2 AGV組合導(dǎo)引定位技術(shù)設(shè)計AGV的定位精度主要取決于AGV的導(dǎo)引定位技術(shù)?？紤]到慣性導(dǎo)航技術(shù)是世界上AGV導(dǎo)引定位的核心技術(shù)開發(fā)方向，而且目前已經(jīng)能夠以較低的價格得到重量較輕、體積較小且安裝方便的微機械陀螺儀，本AGV主要采用慣性導(dǎo)航技術(shù)進行AGV自動導(dǎo)引定位。它具有技術(shù)先進，靈活性強，便于組合及柔性極好的特點。該方案需要對陀螺儀角速率信號進行積分來檢測AGV運行的方向角，又由于成本的關(guān)系，在AGV上不可能采用高精度的陀螺儀，所以這種方法存在一定的定位積累誤差。同時，AGV依靠驅(qū)動輪轉(zhuǎn)數(shù)通過編

49、碼器反饋來累積計算直線距離，由于各種因素的影響（如地面打滑、溫度及濕度等），用車輪轉(zhuǎn)數(shù)計算AGV行走距離存在誤差，而且該誤差會積累，它將隨著AGV運行距離的增加而變得很大。為了進一步提高定位精度，本AGV采用了基于陀螺儀和編碼器為航位基本檢測器件，光電信號修正的創(chuàng)新組合導(dǎo)引定位技術(shù)。該技術(shù)把AGV定位分兩步，第一步為粗定位，即采用陀螺儀檢測AGV的方向角，并通過驅(qū)動輪轉(zhuǎn)數(shù)經(jīng)編碼器反饋來累積計算直線距離，從而粗步確定AGV的當(dāng)前位置。第二步為精定位，即AGV運行一定的距離，通過檢測光電信號進行糾偏定位，這樣通過陀螺儀定向、編碼器反饋及光電定位的創(chuàng)新組合導(dǎo)引定位就能提高AGV的定位精度。具體設(shè)計方

50、法如下：A、原點定位利用圖3-16所示的4個光電傳感器保證AGV精確的原點位置（即AGV的起始運行位置）。圖3-16 光電傳感器布置圖B、組合導(dǎo)引定位方法設(shè)計首先根據(jù)AGV在現(xiàn)場運行的實際情況，確定出相鄰兩個AGV?？空军c的途中應(yīng)設(shè)定的定位點。從每個定位點前方60厘米左右處到該定位點處的AGV地面行走路徑上貼上寬度為8厘米左右長度為60厘米左右的反光帶。當(dāng)AGV從一個站點駛向另一個站點時，先用陀螺儀檢測AGV的方向角，并通過驅(qū)動輪轉(zhuǎn)數(shù)經(jīng)編碼器反饋來累積計算直線距離，并不斷地與定位點距離進行比較。當(dāng)AGV離定位點前反光帶相差1厘米左右時，啟動尋找光電信號的糾偏精定位子程序，當(dāng)找到光電信號時，根據(jù)

51、光電信號進行糾偏。當(dāng)圖3-16中的左、中、右三個光電信號都無信號并且根據(jù)編碼器反饋計算得到的直線距離大于等于設(shè)定的定位距離時，則結(jié)束糾偏精定位子程序的執(zhí)行并把計算出的直線距離修正成實際真正的距離，這樣交替運用粗定位和糾偏精定位的方法，直到AGV到達相應(yīng)的停靠站點。3.2.3 AGV運動控制1. AGV運動距離控制AGV車載機向運動控制卡發(fā)出脈沖，通過驅(qū)動單元使直流伺服電機轉(zhuǎn)動。直流伺服電機通過減速機構(gòu)帶動AGV驅(qū)動輪進行轉(zhuǎn)動從而使AGV車體發(fā)生移動。本AGV采用的旋轉(zhuǎn)編碼器線數(shù)B=1024，減速機構(gòu)的速比I=46（即直流伺服電機每旋轉(zhuǎn)46圈，AGV車輪則旋轉(zhuǎn)1圈），車輪半徑R=10.16厘米,

52、驅(qū)動單元編碼器倍頻M=4。因此，運動控制卡檢測到B*M*I=1024*4*46個脈沖時直流伺服電機正好轉(zhuǎn)動46圈，而AGV車輪則轉(zhuǎn)動一圈，AGV的運動距離S=2*R=2*3.1415*10.16厘米，所以AGV每厘米反饋回來的脈沖數(shù)McPerCentimeter從算式（3-1）可推出。 式（3-1）因此，假如設(shè)定AGV的運動距離為S厘米，則AGV車載機實時檢測反饋回來的旋轉(zhuǎn)編碼器轉(zhuǎn)動的脈沖數(shù)lMc并根據(jù)算式（3-2）計算Mc，當(dāng)Mc=0使AGV停止運動從而實現(xiàn)了對AGV的運動距離控制。 式（3-2）2. AGV運動速度的控制要使AGV按照VDistancePerSecond(厘米/秒)運動，則

53、按算式(3-3)求出VPulsePerSecond(脈沖/秒)。 式（3-3）AGV車載機按照VPulsePerSecond(脈沖/秒)向運動控制卡發(fā)出脈沖。VPulsePerSecond(脈沖/秒)越大，電機轉(zhuǎn)動越快，相應(yīng)的AGV運動速度就越塊。反之VPulsePerSecond(脈沖/秒)越小，電機轉(zhuǎn)動越慢，相應(yīng)的AGV運動速度就越慢。3. AGV運動方向的控制AGV車載機向運動控制卡發(fā)出脈沖的同時，也給出了發(fā)出脈沖的方向。當(dāng)發(fā)出脈沖為正時，電機正轉(zhuǎn)；當(dāng)發(fā)出脈沖為負時，電機反轉(zhuǎn)。因此，AGV前進時發(fā)給兩驅(qū)動輪電機的脈沖方向正好同AGV后退時發(fā)給兩驅(qū)動輪電機的脈沖方向完全相反。為了使AGV轉(zhuǎn)

54、彎半徑最小，本文AGV轉(zhuǎn)向通過圍繞兩驅(qū)動輪輪心連線的中點進行原位旋轉(zhuǎn)。所以左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)時給出的脈沖速度都相同，只是脈沖方向不同。左轉(zhuǎn)給兩驅(qū)動電機發(fā)出的脈沖方向使右車輪向前運動，而左車輪向后運動。右轉(zhuǎn)時給出兩驅(qū)動電機的脈沖方向正好同左轉(zhuǎn)時完全相反。AGV車載機則通過實時檢測陀螺儀角速率并計算出AGV實際的轉(zhuǎn)角，假如設(shè)定AGV的轉(zhuǎn)角為，則AGV車載機根據(jù)算式（3-4）計算，當(dāng)=0使AGV停止旋轉(zhuǎn)從而實現(xiàn)了對AGV的方向控制。 式（3-4）3.2.4 直線行走糾偏算法圖3-17為小車的運動模型示意圖，由該圖可見知當(dāng)VL=VR時，角速度為零，AGV作無偏轉(zhuǎn)的直線運動。但由于AGV的機械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動電機的特性及AGV行走地面狀況都對AGV運動產(chǎn)生影響，所以不能保證AGV直線運動時VL=VR，這樣AGV作直線運動時就會產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象。要保證AGV作無偏轉(zhuǎn)的直線運動，必須要對AGV進行直線行走糾偏。圖3-18為AGV直線行走偏轉(zhuǎn)示意圖。 圖3-17 AGV運動模型示意圖 圖3-18 AGV直線行走偏轉(zhuǎn)示意圖圖3-18中，和分別是AGV左右驅(qū)動輪的輪心，是連線的中心，和之間的距離為兩驅(qū)動輪輪心的距離