自動導引車(AGV)循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)化及設計碩士論

1、精品文檔分類號 密 級 UDC 學校代碼 10500 碩士學位論文全日制專業(yè)學位題 目：自動導引車(AGV)循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)化及設計英文題目：Optimization and Design on AutomatedGuided Vehicle Circulatory System學位申請人姓名： 申請學位學科專業(yè)：計算機技術指導教師姓名： 二一五年十月分類號 密 級 UDC 學校代碼 10500 碩士學位論文題 目 自動導引車(AGV)循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)化及設計 英文題目 Optimization and Design on Automated Guided Vehicle Circulatory Sy

2、stem 研究生姓名簽名 指導教師姓名簽名 職 稱 申請學位學科名稱 學科代碼 論文辯論日期 學位授予日期 學院負責人簽名 評閱人姓名 評閱人姓名 二一 年 月 日學位論文原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師指導下，獨立進行研究工作所取得的研究成果。除文中已經標明引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出奉獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本聲明的法律結果由本人承當。學位論文作者簽名：         

3、0;                     日期：     年   月   日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保存、使用學位論文的規(guī)定，即：學校有權保存并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權湖北工業(yè)大學可以將本學位論文

4、的全部或局部內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。學位論文作者簽名：          指導教師簽名：日期：     年    月    日          日期：     年    月

5、60;    日歡迎下載精品文檔歡迎下載精品文檔摘 要隨著物流系統(tǒng)的迅速開展,AGV的應用范圍也在不斷擴展，能夠廣泛運用于工業(yè)、軍事、交通運輸、電子等領域，具有良好的環(huán)境適應能力，很強的抗干擾能力和目標識別能力。現在汽車產業(yè)的不斷開展壯大，運送物料也越來越多，引進AGV小車的數量越來越多，使用過程中循環(huán)系統(tǒng)也會出現很多問題。例如：AGV小車元器件不兼容，通信系統(tǒng)信號不穩(wěn)定，物料運輸錯誤，以及中央管理系統(tǒng)監(jiān)控信息不全面等等。那么循環(huán)系統(tǒng)如何進行優(yōu)化和設計也提上了日程。針對研究內容本文做了如下三個方面的工作： (1)電氣方面提出了RFID和AGV的設計方案和系統(tǒng)配置，

6、分別從集成方式，閱讀器選型，電子標簽選型，天線配置等方面描述了RFID和AGV集成系統(tǒng)。改良的后掃碼技術比原來的條形碼掃碼技術在工作效率，掃碼出錯率上面明顯的改善。 (2)通信系統(tǒng)方面提出一種方案，實現PLC 之間及其它控制裝置之間的通訊，不僅可以提升PLC控制能力，同時便于計算機對系統(tǒng)裝置的有效管理和對系統(tǒng)數據的有效處理，大大提高設備自動化程度，為實現工廠自動化、智能化提供技術支持。(3)計算機方面設計AGV中央管理系統(tǒng)，編寫系統(tǒng)所用的語言是基于開放性源編程語言TCL，建立運算和邏輯來自定義顯示畫面和SCADA (數據采集與監(jiān)控系統(tǒng))系統(tǒng)，從根本上解決了AGV小車的管理難的問題，為AGV車輛

7、的監(jiān)控提供了平安、穩(wěn)定、高效的保障。關鍵詞：自動導航車，射頻識別，中央管理系統(tǒng)，無線網絡通信AbstractWith the rapid development of the logistics system, AGV also expanding range of applications. Can be widely used in industrial, military, transportation, electronics and other fields, it has a good environmental adaptability, strong anti-interfer

8、ence ability and target identification capabilities. States in many industries have been widely used. Now the continuous development and expansion of the automobile industry, the transportation of materials more and more, the introduction of an increasing number of AGV, the circulation system will u

9、se a lot of problems. For example: AGV car components incompatible communications systems jitters, Material Handling errors, and central management system to monitor the information is not comprehensive and so on. So how the circulatory system optimization and design also put on the agenda. Research

10、 done for the content of this work the following three aspects: (1) Electrical aspects of proposed RFID and AGV design and system configuration, respectively, from the integrated approach, the reader selection, the electronic tag selection, antenna configuration, etc. AGV describes RFID and int

11、egrated systems. Improved technology after the scan code than the original barcode scan code technology in the work efficiency, scan code error rate significantly improved above. (2) Proposed a scheme in communication systems, to achieve communication between the between the PLC and other contr

12、ol devices, not only can enhance the PLC control, while allowing the computer system means effective management and efficient data processing systems, greatly improving degree of automation equipment for the realization of factory automation, intelligent provide technical support.(3) computer-relate

13、d design AGV central management system, preparation of system used language is based on the open source programming language TCL, establish arithmetic and logic to customize the display screen and SCADA (SCADA) system, a fundamental solution to the AGV manage difficult problem car, to monitor AGV ve

14、hicles provide a safe, stable and efficient protection.Keywords: AGV, RFID, Central control system, Wireless network communications目 錄摘 要IAbstractII目 錄III第1章 緒論61.1 引言61.2 國內外研究概況與趨勢71.2.1 國外AGV研究概況與趨勢71.2.2 國內AGV研究概況與趨勢81.3 AGV關鍵技術81.3.1 導航技術81.3.2 AGV的定位技術121.3.3 AGV的導引121.4 AGV適用性131.4.1 物料搬運131.

15、4.2 柔性裝配線、加工線13 特殊場合用141.5 課題來源及研究意義141.6 論文研究內容及布局14第2章 AGV小車控制系統(tǒng)162.1 AGV小車單臺162.2 AGV的外觀及人機接口設計162.2 PLC控制系統(tǒng)172.2.1 PLC 工作原理172.2.2 PLC輸入/輸出設計182.3工位定位控制原理192.4 本章小結20第3章 循環(huán)系統(tǒng)中的電氣優(yōu)化213.1 AGV循環(huán)系統(tǒng)213.2 RFID與條形碼的區(qū)別223.3 RFID技術233.4 RFID安裝位置說明233.5 RFID和AGV集成系統(tǒng)設計243.6 RFID和AGV集成系統(tǒng)設計實現253.7 集成系統(tǒng)實現圖示27

16、3.8 實驗結果273.9 本章小結29第4章 循環(huán)系統(tǒng)中通信系統(tǒng)優(yōu)化304.1通信系統(tǒng)組成304.2 PLC無線網絡通信研究314.2.1 PC 與 PLC 通信的數據命令格式314.2.2 上位鏈接通信協議324.2.3 PLC數據傳輸協議及程序編寫334.3工程方案344.3.1 工程原方案344.3.2 工程改良方案344.4實驗步驟354.5 實驗結果394.6 本章小結40第5章 循環(huán)系統(tǒng)中管理系統(tǒng)設計415.1 AGV中央管理系統(tǒng)415.2 中央管理系統(tǒng)的組成415.3 循環(huán)管理系統(tǒng)設計42設計原理42中央管理系統(tǒng)配置425.3.3 TCL腳本程序455.3.4 中央管理系統(tǒng)演示

17、效果475.4 本章小結48第6章 總結與展望496.1 全文總結496.2 展望49參考文獻50致 謝53歡迎下載精品文檔第1章 緒論1.1 引言 AGV，也就是自動控制型小車，它是一類依靠電池發(fā)動，裝備有非連接式導向設備與自動搜索地址體系的無人控制完全自動化的工作設備。它有以下幾點主要特征：具備小車程序、開啟選擇設備、平安保障和多種荷載方式，并且能夠在工控系統(tǒng)的管理下，按照既定的指示進行工作，自動按照規(guī)定好的路線行駛，到達目的地之后，開始進行各種的搬運工作。AGV體系的相關技術手段與產品類型已經開展成為生產流水線、配置操作線、存儲系統(tǒng)化的關鍵設施與技術保障1。 近些年來，各大企業(yè)都在研發(fā)創(chuàng)

18、新各種全新的AGV 小車，AGV 的科學技術逐漸得到完善和進步，進而使得高效、平安、自動的生產流水線，自動化水平很高的物流分配體系開展成為現實，從而大大提升了工廠自動化的水平以及制造加工的綜合效率。新世紀以來，人們越來越關注現代化的制造速率，對各大生產流水線工作、物流分配的技術要求也在不斷提升。在種類很多的產品綜合制造流水線工作、提高生產總量、組合生產流水線等角度，AGV的崛起和進步很大，和其有關的各類應用也得到了社會的認可和應用，這不單單是高效化工業(yè)式開展運營的實際要求，更主要是由于AGV 自身所特有的屬性所決定的2。研究資料顯示：在生產制造的整個流程里，只有遠遠低于5的時間是用在產品加工和

19、生產中，其余的95都是用在了商品的存儲、運載以及等待停留中。在西方很多國家中，直接人工的費用占制造總費用的比重還不到9，同時上述比重還在進一步降低，然而，商品的存儲、運載所消消耗用的比重卻占據了制造總費用比重四成以上。因此，目前全球所有工業(yè)國都在把提高物流水平、減少物流費用當作公司在市場競爭里存活盈利的重要法寶，為了進一步到達高效化的制造加工要求，物流儲運正在一步步朝向高效化，平安化以及智能化的角度進步。AGV小車不單單能夠對外界條件的適應性強、平安性好，同時還能夠完成制造與運輸作用的現代化與智能化，在世界領先的制造加工企業(yè)中都得到了廣泛的應用3。本文所研究的循環(huán)系統(tǒng)中所涉及的方面眾多，我們這

20、里主要從電氣，通信，計算機這三個方面優(yōu)化和設計，通過優(yōu)化與設計大大提高了工作效率，降低人工本錢。逐漸完成智能化、系統(tǒng)化與現代化。循環(huán)系統(tǒng)中的電氣優(yōu)化，主要從RFID與AGV集成系統(tǒng)設計與實現方面著手對循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)化。循環(huán)系統(tǒng)中通信系統(tǒng)的優(yōu)化，主要研究無線通訊設備如何放置才能使信號強度最優(yōu)，最穩(wěn)定，通過實驗得出最正確位置。最后把結論全面推廣實行，使其被群眾廣泛使用。循環(huán)系統(tǒng)中的管理系統(tǒng)設計，解決了多量AGV小車難以管理，導致循環(huán)系統(tǒng)工作效率較低的問題，提升物流工作的現代化，系統(tǒng)化水平，為今早的完成徹底的現代化，系統(tǒng)化，奠定良好的根底準備。1.2 國內外研究概況與趨勢1950年之后，國外著名電器公司

21、巴雷特集團，退出了全球首個使用磁條電磁感應方式的以定位跟蹤為目的的全自開工作車。二十世紀七十年代后期，具有運載物料功能的AGV在當時興旺的歐洲投入生產并被成功引入美國。在二十世紀八十年代初，AGV的應用領域不斷擴大并且工作條件也變得多種多樣4。二十一世紀以來，多種全新模式的AGV被廣泛應用于各種行業(yè)中。 國外AGV研究概況與趨勢在國外,AGV技術的應用主要有如下兩類：第一類就是完全自動化，通常都是西方興旺國家，上述技術力求實現AGV的完全自動化，幾乎沒有人工的參與，途徑方案與制造流程比擬簡單，幾乎可以滿足各種產品輸送條件5。上述類別的AGV作用較為繁多，技術方面也較為成熟領先，與此同時，為了進

22、一步完成整體化的設計需求，減少制造投入費用。推出本行業(yè)的相關標準，展開批量化、模塊化生產加工的。西方興旺國家的AGV設計中，放棄了對產品包裝方面的苛刻要求，運用大組件安裝的形式展開規(guī)模化生產加工。系列產品的覆蓋面廣：種類多樣的行駛方式，牽引模式會議及載荷體系，上述類別的AGV商品的載荷總量能夠從六十公斤到六十五噸左右。盡管這樣做，由于技術和功能的受限，這類AGV的售價依然沒有明顯下降。這類產品在國內僅有的很少一局部的企業(yè)可以制造，但是產品的功能和國外的比擬起來還是存在一定的差距的6。第二類是實用型的AGV方式通常也被稱之為AGC，更為親切合理，根本上都是日本生產加工的，上述方式是以實用、方便、

23、快捷為設計目的，盡可能的讓使用者在最短時間之內收回前期投資費用，上述AGV方式被廣泛使用在日本與臺灣區(qū)域的生產車間中，從運用總量方面分析，日本公司制造的AGV產品根本上都是這一類。這種產品主要應用在單一的加工條件既定的路線，系統(tǒng)的順序，AGC只是簡單的產品進行傳送工作，并不表達出AGC對產品的儲存作用，在牽引方面，主要都是使用十分方便的磁帶牽引模式。因為日本的生產加工行業(yè)比擬先進，AGC加工行業(yè)可以為其裝配上非常方便的系統(tǒng)模塊，令AGC的費用最大程度的減少，這也促進了AGC技術的快速開展和進步7。 國內AGV研究概況與趨勢我國的AGV技術研究及應用開始的比歐美國家要晚一些。1976年，三輪式A

24、GV在我國運輸設備研究所研發(fā)成功，之后，使用在系統(tǒng)化儲存室里的AGV是由首都機械制造研究院研發(fā)成功，1992年，生產流水線首次運用國產AGV。我國生產AGV比擬知名的企業(yè)有：云南昆船和上海卓。國內生產加工的AGV通常劃分為如下兩類：裝配型和搬運型。國內公司生產的AGV在功能實現方面還是和歐美AGV存在巨大差距的。為了更好的到達國際水平追趕歐美國家，合肥井松自動化公司已經成功自主的研發(fā)了第一代激光導航叉取式AGV，同時后叉式AGV也在加緊研發(fā)8。1.3 AGV關鍵技術之前，有世界知名學者對AGV控制體系迫切需要解決的問題，打了個十分貼切的比喻：Where am I?我在哪里？Where am I

25、 going?我要去哪里？How can I get there?我怎么去？，那么這三個問題指的就是：AGV的導航Navigation，AGV的路徑規(guī)劃Layout designing，AGV的導引控制Guidance。另外還有一些關鍵技術例如：移栽技術，電池技術，智能化，以及避障技術9。 導航技術AGV小車的控制技術已經慢慢成熟起來，其導引技術儼然已成為AGV小車是否能夠更好的適應復雜、惡劣工作環(huán)境的關鍵技術。表1.1 牽引技術主要內容類別根據牽引數據的來源根據牽引線路的方式牽引方式外導式內導式有線式無線式電磁導引坐標導引電磁線路超聲波導引牽引方法激光/紅外線導引自主導航色帶線路坐標識別光學

26、導引網格線路慣性導引根據AGV小車牽引信號的來源方式劃分，牽引方式可以劃分為外導式與內導式兩類。前者指的是在自動牽引車運行軌道上安裝導引信號設備例如具有變頻感應作用的導線、色帶以及膠帶等，由于裝置在AGV中的感應設備使用實時檢測牽引數據信號例如周期、溫度、電流等，再把收集到數據信號經過處理運算之后，指揮自動牽引車按照預先設定好的路線工作。后者指的是在自動牽引車上安裝好預定路線坐標，在自動牽引車工作的時候，及時檢測AGV小車的具體位置并和初始設定數值比照，進而改變調整AGV小車的工作方式，也就是運用坐標定位的手段，所以后種導引模式也經常被稱之為參考定位法。除此之外，根據AGV牽引路線的多種方式，

27、牽引模式又被劃分為兩類：有線方式和無線方式10。如上表1.1所示。（1） 直接坐標導引技術Coordinate Guidance)使用定位板塊把AGV小車運行的范圍區(qū)分為多個小范圍，對每一個小范圍的計數工作進行牽引，通常是光電式把每個小范圍劃分為兩類顏色，使用光電設備計件與電磁式把每個小范圍使用金屬塊劃分開，使用電磁感應設備計件兩類模式，優(yōu)勢在于路線更改方便，牽引平安性很好，對周圍環(huán)境要求不高11。缺點在于路面檢測、配置等處理工作眾多，牽引作業(yè)的準確性與精度不高，此外，不能在條件差的路面中工作。（2） 電磁導引(Electromagnetic Guidance)電磁導引目前在很多體系中都有廣泛

28、的應用，它的根本工作原理是將金屬線預先安裝到AGV小車前進的路線中，與此同時，負載牽引頻率到金屬線中，使用區(qū)分牽引頻率進而完成對AGV的牽引工作。其優(yōu)勢在于牽引模式較為隱蔽，不容易被破壞，牽引工作原理比照來說，較為簡單平安，控制管理與數據通信及時有效，對聲光等外界的干擾可以不計，投資費用少。缺點在于調整運行路線麻煩，施工復雜難度大。（3） 磁帶導引(Magnetic Tape Guidance)與電磁導引十分類似，在路面貼磁帶取代將金屬線安裝在行進路線的下方，使用磁感應原理實現導引工作，它具有良好的靈活性和穩(wěn)定性，調整已經延展路線十分簡單，磁帶安裝迅速而且效果好，但是本方法對路線四周的金屬物的

29、干擾較為敏感，同時對磁帶的物理破壞十分敏感，所以這項牽引模式最大的問題就是受外界環(huán)境影響比擬大12。（4） 光學導引(Optical Guidance)指的是使用預先涂抹油漆或者貼色帶在AGV運行的路線上，根據對錄像機保存的圖像信息展開運算處理進而完成牽引工作，其優(yōu)勢在于靈活性、可操作性比照來說好很多，路面軌跡設定簡單而且操作方便，該項牽引模式對色帶的破壞與設備老舊十分敏感，同時對周圍環(huán)境條件要求比擬高，而且工作準確性與可靠性不高，難以完成準確定位的工作要求13。（5） 激光導引(Laser Guidance)激光導引，指的是將激光控制板安置到AGV工作路線的周圍，AGV小車使用發(fā)射出激光束，

30、同時接收控制板反射的激光束，從而準確定位AGV小車的行駛位置，之后使用一系列的數據計算來實現對AGV小車的牽引。本項牽引模式的優(yōu)勢在于，AGV定位效果好，路線周圍沒有其他定位設備，運行路線多樣，可以使用在各種的實際工作條件下。它是目前外國大局部AGV生產廠家優(yōu)先選擇的先進導引方式，但是由于核心技術掌握在個別少數公司的手里，我國還沒有這方面完整的民用技術14。（6） 慣性導引(Interial Guidance) 慣性導航，指的是把陀螺儀裝配到AGV小車中，將定位設備安置都工作區(qū)的路面上，AGV根本上是通過運算陀螺儀收集到的數據信號來定位自身的方位和朝向，進而完成導引。這項技術手段最早被應用在軍

31、方，其根本特征就是技術手段較為成熟，導航精度很好，適應性很強，重組與容和都十分簡單，在多個領域都被廣泛應用，歐美很多的AGV制造廠商都開始使用該項牽引模式。它的最大問題就是前期生產費高，而且其工作的準確性與平安性都是由陀螺儀的生產質量和工作時間直接影響的15。（7） 圖像識別導引(Image Recognition Guide)對AGV小車工作的實際條件進行實時記錄和區(qū)分，完成AGV小車的自動運行工作，這項牽引方式具有一定的開展實力，截至目前，本項工作方式已經被幾個歐美興旺國家采取了軍方壟斷，將本項技術手段使用在民用設備中還依然停留在研究階段，至今，使用該項導航手段的民用性AGV還沒有推出16

32、。（8） GPS全球定位系統(tǒng)導引(GPS(Global Positioning System) Navigation)對于非固定道路體系里的操控對象，通常都是在追蹤與制導的時候使用衛(wèi)星來實現的，就目前情況來看，這項技術手段還不夠成熟，需要進一步完善改良，一般都是用在戶外遠距離的追蹤與制導，其準確性是由衛(wèi)星在高空中的準確性與數目決定的，以及控制對象周邊的環(huán)境等因素。對全球多個AGV企業(yè)的主要AGV產品所使用的牽引方式的調研數據結果可知，電磁感應牽引、慣性牽引、光學檢測牽引、地點預定牽引、檢測牽引依次所占據的比重是32.2%、27.9%、16.9%、13.8%與7.69%。電磁感應牽引方式的使用最

33、為廣泛，這說明電磁感應方面的專業(yè)手段已經十分成熟。但是設備視覺牽引方式的使用不是很多，這說明該項牽引技術有待進一步的研究。另外，我國自主導引技術仍然處在科研攻堅階段，還有許多技術問題急需解決17。牽引方式是AGV的“眼睛，因此，根據上文中的論證，筆者總結出多種常見的引導模式的特點，如下表1.2所示。表1.2幾種常用的導引模式比照導引模式投入費用檢修費用靈活度抗干擾準確性成熟度調整地圖電磁導引高低無差低成熟困難磁帶導引高中無中低成熟困難光學導引低高高中低成熟困難激光導引高低高高高成熟容易慣性導引高低高高高成熟容易視覺導引低低高差 低不成熟容易GPS導引低低高差中成熟容易導引技術的不斷進步、開展，

34、更多的AGV小車也開始把多傳感器信息融合技術和復合導引技術引入。在未來，GPS導引，視覺導引，激光導引和復合導引技術將是AGV導引下一步科研的重點和應用的寵兒。針對本文中的工程使用電磁牽引模式。本文根據本錢，性價比，技術成熟度等方面的考慮，決定選用電磁導引方式。1.3.2 AGV的定位技術AGV理論的關鍵就是定位和導航，這也是AGV技術手段不斷開展前進的推動力。定位是即通過定位傳感器來感知信息，再結合有效的算法，估算出裝置在現場布局中的位姿。具體來說就是可以控制AGV在路徑中的位置，定位是AGV導航中最根本的環(huán)節(jié)，只有準確掌握AGV的實時位置信息，才能在分配任務時做出最優(yōu)方案18。根據感應設備

35、可以接收到的數據類別，主要有地標定位、經緯定位以及全球定位等。在地標定位中，RFID定位、視覺定位和激光定位是較為常見的、比擬先進的技術；經緯定位中具備十分獨立完善的定位作用，但是必須定期對累積附加的各種定位誤差展開修正工作，從而保證之后定位的精確性；全球定位精度高、地面監(jiān)控系統(tǒng)龐大，但信號非常弱，受空間、氣候、環(huán)境影響大，且昂貴。1.3.3 AGV的導引AGV的導引工作是按照AGV定位所獲得的具體位置數據，根據GV的方式所供給的理論值推算出AGV的具體值，也就是推算出AGV必須的轉速與轉動角，這也是AGV操控手段的核心19。AGV的導引控制就是AGV軌跡跟蹤。這對與電磁以及磁帶等有線式導引來

36、說，沒有很多的沖突問題，但是對于激光以及慣性等無線式引導來說，卻是困難重重的。圖1.1 AGV運行的路徑軌跡AGV的路線方案是按照AGV工作的具體條件制定出AGV工作的道路示意圖1.1 AGV工作的道路軌跡，AGV設備根據地面操控體系指示的道路是一種自動運行模式20。AGV的牽引操控模式就是處理段表指示之后AGV的參照點，怎樣沿著固定路線運行，通常要求完成直線式或者曲線式的牽引操控。針對不同運行模式的AGV，因為它的理論模型不一致，與之對應的牽引操控運算方法也是不一致的。這里簡單討論SDSteer Driving型AGV的導引算法:操控目的就是AGV的參照點，主要在于令AGV可以順利地按照規(guī)定

37、好的路線運行。對于SD類型的AGV分析，能夠操控的僅有AGV輪軸的轉速與角度，使用模型分析：參照點的行動路線僅與前輪的旋轉角度有關系，因此，想要完成對參照點路線定位的操控，本質上就是實現對前輪旋轉角度的監(jiān)控。在實際的設計思路里，使用一類“定位牽引模式，也就是在AGV的行動路線上的參照點，一直監(jiān)控路線上的模擬控制點，上述的模擬控制點AGV永遠趕超不了，但又一直位于AGV前方不遠的位置；AGV行進的方向一直朝向模擬控制點，使用上述規(guī)律性的調整工作，就能夠令AGV小車按照規(guī)定的路線向前行駛，并且產生很小的誤差21。1.4 AGV適用性AGV應用范圍廣泛，大致可以分為物料搬運，柔性裝配線、加工線，特殊

38、場合使用等幾個方面。 物料搬運 在當代物料搬運的時候，在搬用工人和運輸設備的總費用與運用AGV小車的費用大體相同或者更少的時候，AGV的社會認同程度就會逐漸的提高。由于興旺國家的人力費用較高，因此，AGV的應用就十分廣泛，大量使用在各類自動化生產廠中22。大量用于以下幾個方面：化工的原料及成品；儀器儀表行業(yè)的元器件；印刷出版業(yè)的紙張；電子工業(yè)的芯片、計算機；食品工業(yè)的罐頭、飲料；紡織工業(yè)的棉紗、布匹；汽車工業(yè)的零部件；金融系統(tǒng)的紙幣、硬幣、黃金；藥品制造業(yè)的原料、成藥；國防平安里的裝配、軍用產品等的運輸工作。 柔性裝配線、加工線 過去常用的加工流水線都是使用一根連續(xù)的運送裝置構成，短的有幾米長

39、，長的可以到達幾千米，例如車輛連接線、發(fā)動機安裝線等。存在許多突出問題：所有工序之間必須實現節(jié)奏一致，不然就會由于其中某一工序的問題而耽誤了整條加工流水線的工作，例如缺少原料、廢品廢物以及各類突發(fā)狀況等。廠房的空間必須大、長、高方便大型的行車工作，因而土建投資費用很大。連續(xù)的加工流水線間斷了各種通道，致使供給線路過長，人與車輛通往麻煩。連續(xù)的加工流水線必須使用各種設備，前期投資費用很大。剛性加工流水線可以使原來能夠同時開展的生產工作失去可能。這些問題不解決，必然導致生產進度緩慢，生產效率低下23。 AGV使用以來，不單單可以作為自開工作設備來運用，還可以被作為是一個個隨時隨地移動的工作平臺，它

40、不僅可以單單獨動地工作，還可以人工的組合排列在一起工作，之間沒有空間距離，但又可以發(fā)揮實時調整作用。廣泛應用在：車輛連接線，發(fā)動機配置線、車床生產線以及家用電器制造線等24。 特殊場合用 AGV自動運輸的特色在于，不單單只為了降低工人的勞動量，更關鍵在于處理解決了很多不適合人工操作或者工作條件比擬惡劣等實際問題25。防止工人在其中產生的平安隱患。主要用于：核物質、危險品有毒類物質、腐蝕性物質、易燃物品等。1.5 課題來源及研究意義本課題是來源于機電研究設計院的工程?東風日產鄭州工廠總裝內飾線KIT裝置?，重點研究設計AGV的中央管理系統(tǒng)，該工程已經成功運用于鄭州日產乘用車總裝車間生產線。研究意

41、義： RFID和AGV集成系統(tǒng)設計使得循環(huán)系統(tǒng)貨物運輸更加精確，防止出現運輸貨物出錯，不僅提高工作效率,同時也減輕工作人員的負擔。通信方面提高信號接收強度，確保信息實時交換，保證AGV小車的正常運行。設計AGV中央管理系統(tǒng)可以使工作車間效率變得更高，使得小車更容易管理，方便維修，通過遠程監(jiān)控實時掌握AGV動態(tài)，減少人力資源的浪費。整個循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)化設計使得循環(huán)系統(tǒng)更加高效，便捷，自動化，智能化。1.6 論文研究內容及布局本文主要研究設計AGV所需的電氣原件，構建循環(huán)系統(tǒng)需要的其他設備。然后設計AGV與RDID集成系統(tǒng)，進而優(yōu)化循環(huán)系統(tǒng)中的通信系統(tǒng)，使其信號強度最優(yōu)，最穩(wěn)定。著重研究設計AGV中

42、央管理系統(tǒng)，通過工具命令語言(TCL)編寫程序構建了一個管理系統(tǒng)，使系統(tǒng)內AGV的運行情況，故障情況，小車電量以及運行的大概位置反映在中央管理系統(tǒng)的監(jiān)控機界面上，實現系統(tǒng)內小車從物料裝配區(qū)工位物料裝配區(qū)的無人化操作。論文布局如下：第一章:緒論對AGV的概念，AGV的國內外研究概況及趨勢，AGV技術，以及AGV的實用性做出了一定的說明。同時對本次研究的出發(fā)點與研究意義進行詳細的論述。第二章：對循環(huán)系統(tǒng)的組成局部 AGV小車所需要的電器元件做了簡單的介紹，主要研究AGV控制中心PLC控制系統(tǒng)以及工位定位控制系統(tǒng)。第三章： 在電氣專業(yè)角度，提出了RFID與AGV的構思模式和綜合方案，依次從合成模式，

43、閱覽器型號，標簽定位，無線裝置等多個角度論述了RFID與AGV的合成體系。第四章：通信系統(tǒng)方面提出一種方案，實現PLC 之間及其它控制裝置之間的通訊，不僅可以提升PLC控制能力，同時便于計算機對系統(tǒng)裝置的有效管理和對系統(tǒng)數據的有效處理，大大提高設備自動化程度，為完成生產制造廠的現代化、自動化、信息化供給相關的技術保障。第五章: 計算機方面設計AGV中央管理系統(tǒng)，編寫系統(tǒng)所用的語言是基于開放性源編程語言TCL，建立運算和邏輯來自定義顯示畫面和SCADA (數據采集與監(jiān)控系統(tǒng))系統(tǒng)。第六章:對循環(huán)體系的合理化工作進行匯總，同時對本課題之后的研究工作進行展望。第2章 AGV小車控制系統(tǒng)AGV循環(huán)系統(tǒng)

44、是由每臺AGV小車組成的，每臺AGV小車又是由不同的零部件組成的。本章我們首先研究小車配件，然后研究小車的控制系統(tǒng)中最重的PLC控制系統(tǒng)，最后研究工位定位系統(tǒng)。2.1 AGV小車單臺電氣元件選型主要涉及到控制PLC，顯示界面，操作按鈕，障礙物掃描器，揚聲器，警示燈，走形感應器，光通訊傳感器，走形馬達27。表2.1 AGV共通件規(guī)格及品牌標號 部件規(guī)格指標單位數目1控制PLCCPU224個12顯示界面TD400C臺13車架金屬框架，烤漆個14操作按鈕個45障礙物掃描器PX-22+耳朵光電個16揚聲器音樂可換個17警示燈DH52RX-UDS-2BRYG個18走形感應器個19光通訊傳感器DMS-HA

45、1-V個110走形馬達BLK5100個22.2 AGV的外觀及人機接口設計根據AGV的功能要求和實際應用環(huán)境的考慮，設計為潛伏式AGV，采用潛伏式結構AGV的優(yōu)點是：車體占用空間小，可在各集配區(qū)域的料架下方行走，有效的節(jié)省生產線裝配區(qū)空間28。AGV的人機接口裝置在小車前部面板，安裝有啟動/停止、異常復位、急停按鈕，行駛狀態(tài)指示燈、信息顯示屏及電量表。開啟/終止、急剎車按鍵都是體系用作正常啟閉與緊急剎車的，停止按鍵使用 AGV 的控制進行停車，按下停止鍵之后能夠使AGV普通停止，不需要切斷工作電源，緊急剎車按鍵用在突發(fā)事件中，快速切斷 AGV 的工作，當緊急停車按鈕按下后，AGV 切斷一切設備

46、的動力供給，啟動制動器并報警，直到排除緊急停車原因且按下啟動按鈕之后 AGV才重新運行29。復位按鍵是針對產生意外故障之后的復位作用。人機界面的信息顯示屏可以對AGV運行狀態(tài)和故障信息進行實時的監(jiān)視，操作人員可以根據顯示信息實時掌控AGV小車的狀態(tài)。實物圖如圖2.1所示： 圖2.1 自動AGV小車的示意圖2.2 PLC控制系統(tǒng) 2.2.1 PLC 工作原理根據?可編程序管理設備標準?里，把PLC定義作：PLC是一類能夠編程代碼的儲存設備，可以使用在工業(yè)管理中，具備數據處理作用的工作體系。PLC和PC機具備相似的構成方式，都是由工作電源、中央管理設備CPU、儲存設備體系、傳輸端口、通訊板塊以及系

47、統(tǒng)功能板塊構成。內部使用可以編程代碼的儲存設備，具備數據處理作用、程序編碼作用、通訊作用、邏輯管理作用等等，運轉能力很強，使用范圍也十分廣泛30。PLC是根據重復掃描的根本原理，其運作流程通常被劃分為如下三個步驟：刷新時期、使用者程序運行以及傳輸刷新結果31。在刷新時期里，PLC使用依次掃描的模式處理傳輸的信號資料，傳輸時期進展完之后，就開始進行使用者程序，對系統(tǒng)圖組成的管理路線展開邏輯處理，且掃描按照先左后右、先上后下的順序。當使用者編程讀取完之后，PLC就展開傳輸更新，按照錄入I/范圍之內所有的信號資料，統(tǒng)計得出最終數據資料，并開啟外部設備，完整整個邏輯管理工作。完整的執(zhí)行一次工作過程所需

48、要的時間被稱為掃描周期，三個階段工作過程如圖2.2所示。用戶程序輸入端子輸入光耦輸入暫存區(qū)輸出暫存區(qū)輸出狀態(tài)鎖存器輸出繼電器輸出端子外部輸入輸出輸入刷新階段輸出刷新階段用戶程序執(zhí)行階段圖2.2 PLC三個階段的工作過程2.2.2 PLC輸入/輸出設計PLC輸入單元主要由人機界面控制按鈕、導引及避障檢測裝置、電機控制器局部輸出、接近開關等，輸出端口的連接主要包括故障指示燈報警裝置、電機控制器的輸出局部等32。PLC輸入/輸出結構框圖如圖2.3所示，PLC傳輸端口連接示意圖如下列圖2.4所示。圖2.3 PLC傳輸系統(tǒng)示意圖圖2.4 PLC輸入/輸出端口接線圖2.3工位定位控制原理在汽車裝配車間生產

49、線上，AGV需完成將裝配工件的料車從集料區(qū)和多個特定的工位間的移載，并在彎道和直線路徑調整不同的速度，確保AGV小車平安平穩(wěn)運行，故AGV小車需具備識別工位功能，并完成對應的啟動或停止、速度調整、牽引、裝卸等動作。故站點工位識別技術是實現AGV的精確定位和有效調度管理的重要保障33 。截至目前，在裝配車間中很多都使用地標裝配區(qū)域點磁條的模式，在工作路徑的右邊加設了和工作軌道相互垂直排布的、具有一定間隔距離的磁條，磁條的不同組合信息用來區(qū)分站點位置，用來實現AGV的定位控制34。站點傳感器感應這些不同磁力信號的信息，可以進行相應動作。根據現場的實際情況，路徑明確，各工位位置固定，以及規(guī)劃出何處可

50、以高速行走加快效率，何處需要低速慢行，何處需要停止裝卸貨物等信息，所以站點傳感器只需通過識別地面上已鋪設好的不同順序的三條磁條實現對小車加速、減速、停止等狀態(tài)的控制35。為了防止磁場干擾，磁條距離不易過近，一般設定為30-40mm為最正確，且粘貼方向垂直于導航磁條方向。在具體工作里，AGV小車的兩端都裝配有位置感應設備，可以檢測并且感應到100gauss之下的磁場，表示出南極和北極。按照磁條的多種分布方式，劃分不同的工作點從而實現不同的管理。如下列圖2.5所示就是本課題中AGV磁條工作原理圖36。圖2.5 AGV磁條定位示意圖然而這種傳統(tǒng)的定位方式使得AGV小車在運行的過程中是完全靠地標來改變

51、車體運行狀態(tài)的，在實際應用中發(fā)現這種定位方式也存在一些缺陷，比方定位磁條一般粘貼在導引運行區(qū)域的外部，容易造成人為的機械損傷；當定位站點較多時，實現起來較復雜等37。2.4 本章小結本章主要從循環(huán)系統(tǒng)中單獨一臺AGV小車切入，闡述了組成一臺AGV所需要的零部件，重點研究AGV小車的主控制系統(tǒng)PLC的工作原理以及工位定位原理。為實現AGV的精確定位和有效調度管理提供了重要保障 。第3章 循環(huán)系統(tǒng)中的電氣優(yōu)化在循環(huán)系統(tǒng)中經常以為某個工件送錯位置而影響工作效率，進而影響工作進度，甚至導致下面工作無法進行，這一切的源頭是人工掃描工件信息錯誤條形碼掃描，雖然說人具有很高的能動性，但是恰恰是這樣特性，也導

52、致了出錯幾率更高，這一章主要從電氣方面進行優(yōu)化，設計研究RFID和AGV的集成系統(tǒng)，通過自動讀取方式，降低掃描出錯率，提高工作效率，使AGV小車更好的適應循環(huán)系統(tǒng)中的工作38。3.1 AGV循環(huán)系統(tǒng)如圖3.1所示中三條線所圍成的區(qū)域是三個循環(huán)系統(tǒng)，每個循環(huán)系統(tǒng)都包括物料裝配區(qū)，自動充電設備，以B區(qū)為例，下列圖3.1里白色的部件就是工作中的AGV，AGV使用其裝配有的通訊設備和體系管理電腦進行數據傳遞，匯報其工作情況和運行方位，同時接收各種工作指示。當接收到貨物搬運指令后，AGV到達裝載貨物區(qū)域，AGV從物料裝配區(qū)由工人把所需要的工件配齊，然后按下AGV上的綠色放行按鈕，AGV開始勻速行駛，當A

53、GV運行到安裝在工位上的定位傳感器時，觸發(fā)定位傳感器，AGV自動執(zhí)行停止動作停下來，這時工位上的工人把所需要的零件取下來，然后按下綠色放行按鈕，AGV繼續(xù)向前勻速行駛，AGV自動運行到下一個工位，依次重復上述動作，直到最后一個工位的工人把零件取下來后，按下綠色放行按鈕，AGV自動返回物料裝配區(qū)，物料配置部門工人再次配置物料，進行二次循環(huán)工作。當AGV電量低時，由中央管理系統(tǒng)發(fā)出指令，AGV更換備用路線去充電區(qū)充電，充電完成后繼續(xù)返回物料裝配區(qū)進行工件運送39。圖3.1 循環(huán)系統(tǒng)示意圖3.2 RFID與條形碼的區(qū)別條形碼和RFID方式的不同主要在于：讀取數量，讀取施行，信息容量，二次使用性，讀寫

54、水平，可靠性，高速讀取能力，正確性，抗干擾能力幾個方面有顯著差異40，如表3.1所示。表 3.1條形碼和RFID方式檢測結果的不同傳統(tǒng)條形碼RFID技術讀取數量一個多個讀取形式接觸式非接觸式信息容量容量小，約1-100ytes容量大，約128-8k Bytes二次使用性不能二次使用能夠二次使用讀寫能力只讀可讀可寫平安性低高讀取水平運動中一般速度讀取能夠高速讀取數據信息正確率人工操作，正確率不高機器自開工作，錯誤率很小抗外界干擾水平低污染和破損都不能讀取高受外界條件作用小通過表3.1從各個方面的比擬可以清楚地看到RFID與傳統(tǒng)的條形碼之間存在著明顯的優(yōu)劣，容量、平安方面RFID高于傳統(tǒng)的掃描條形

55、碼。工作速率也比過去常用的條形碼掃描方式高得多。所以接下來我們將進行循環(huán)系統(tǒng)中針對AGV小車的讀取方式優(yōu)化，采用RDID方式讀取，并設計RFID和AGV的集成系統(tǒng)。3.3 RFID技術從根本原理方面分析，RFID可以說是一種條碼，條碼技術指的是把已編碼完善的條形碼粘附在目標物質上，并且運用專門的掃描設備使用光信號把數據資料由條形磁轉到讀寫設備中；RFID那么是利用專門的RFID讀寫設備以及特別的能夠粘附在目標物質上的標簽，使用頻率數據把數據資料由RFID標簽轉到RFID讀寫設備中41。從結構方面來說，RFID是一類操作十分容易的無線體系，僅有兩個控制器件，本體系最早應用在監(jiān)控、管理與定位物品中。體系使用一個詢問設備與多個應答設備構成。在剛開始的技術方面，應答設備指的是可以傳送數據回復數據的電子裝置，近十年來，因為射頻技術手段的快速崛起和開展，應答設備開始有了全新的定義，又被稱之為智能標簽。RFID標簽的閱讀設備是使用天線和標簽開展無線通訊工作的，能夠完成對標簽數據碼以及內存信息的讀寫工作。RFID技術能夠區(qū)分出各種物體和標簽，工作效率很高42。在今后，我國互聯網校企認為，RFID技術的崛起和進步對互聯網方面的開展具有十分關鍵的作用。3.4 RFID安裝位置說明RFID讀卡設備被安置在AGV中，它的正前