自動導引小車設計說明書

目錄第1章緒論 11.1論文研究的背景及意義 11.2自動導引小車的定義及特點 21.3AGV的發(fā)展歷史 31.4自動導引小車的應用現(xiàn)狀 41.5AGV的關鍵內容及本論文的研究內容 6第2章AGV中機械部分零件的設計 72.1設計任務 72.2總體結構設計 72.3電動機的選擇 82.4聯(lián)軸器設計 102.5蝸桿傳動設計 112.6軸的設計 132.7滾動軸承的選擇計算 19第3章AGV結構設計以及動力學建模 243.1AGV系統(tǒng)結構設計 243.2AGV小車的動力學建模 25第4章控制系統(tǒng)與行走策略 344.1控制系統(tǒng) 344.2行走策略 454.3傳感器采樣 464.4控制策略 464.5動作類型 46第5章總結與展望 485.1全文總結 485.2研究展望 49參考文獻 50第一章緒論內容提要:本章介紹本論文研究的重要意義，綜述自動導引小車的基本概念、組成及其發(fā)展簡史、應用現(xiàn)狀和前景，并分析目前自動導引小車的主要引導方式、關鍵技術，在此基礎提出了本論文的研究內容。1.1論文研究的背景及意義21世紀制造業(yè)將進入一個新階段，敏捷制造將成為企業(yè)的主導模式。能否抓住市場機遇開發(fā)出新產品將是企業(yè)贏得競爭的主要手段。要減小生產成本對生產批量的依賴，就要發(fā)展敏捷制造裝備。繁重制造裝各的可編程、可重組和快速響應能力使得在進行小批量生產時，可實現(xiàn)接近中、大批量生產的效率。由于機器人具有自主規(guī)劃、可編程、可協(xié)調作業(yè)和基于傳感器控制等特點，它將成為可重組的敏捷制造生產裝備及系統(tǒng)的重要組成部分，為傳統(tǒng)制造企業(yè)向敏捷制造企業(yè)跨越發(fā)展提供重要的技術支持。自動導向小車((AutomatedGuidedVehicle簡稱AGV)是移動機器人的一種，是現(xiàn)代制造企業(yè)物流系統(tǒng)中的重要設備，主要用來儲運各類物料，為系統(tǒng)柔性化、集成化、高效運行提供了重要保證。AGV主要有兩類形式，一種是固定路徑AGV，它的運行路徑是固定的，且有軌道，故導引技術相對簡單;另一種是自由路徑AGV，由于沒有軌道，它為AGV自由運行提供了最大可能，但由于技術限制，AGV沿任意路徑自由運行仍是一個有待解決的技術難題。在以往的生產線上，導向式AGV是人們經常采用的方式，有導軌式、磁導引式等方法。這些方法都需要預先規(guī)劃好AGV的運行路線，而且生產車間的裝置不能隨意移動。隨著生產車間智能化的提高，導向式AGV明顯降低了AGV的柔性。因此，非導向式AGV將成為敏捷制造物流系統(tǒng)中的主要選擇。在非導向式AGV系統(tǒng)中，AGV的運行路徑不需要由附加設備決定，而且當車間的布局變化后，只要及時改變規(guī)劃系統(tǒng)的軟件參數(shù)即可滿足路徑規(guī)劃要求。資料顯示:在產品生產的整個過程中，僅僅有5%的時間是用于加工和制造，剩余的95%都用于儲存、裝卸、等待加工和輸送:在美國，直接勞動成本所占比例不足生產成本的10%，且這一比例還在不斷下降，而儲存、運輸所占的費用卻占生產成本的40%.因此，目前世界各工業(yè)強國普遍把改造物流結構、降低物流成本作為企業(yè)在競爭中取勝的重要措施，為適應現(xiàn)代生產的需要，物流正在向著現(xiàn)代化的方向發(fā)展。自動導引小車AGV適應性好、柔性程度高、可靠性好、可實現(xiàn)生產和搬運功能的集成化和自動化，在各國的許多行業(yè)都得到廣泛的應用。目前，在我國某些汽車、煙草行業(yè)，AGV已投入使用，并取得了良好的經濟效益。但從使用形式來看，大都采用屬于固定路徑導向范疇的電磁導引AGV，無固定路徑自主導向的AGV由于諸多問題未能完全解決，還沒有達到實用。因此進行自山路徑導向式AGV的研究，不僅對敏捷物流設備的研制和應用有現(xiàn)實的工程意義，而且對移動機器人路徑規(guī)劃有重要的理論意義。1.2自動導引小車的定義及特點根據美國物流協(xié)會定義，AGV是指裝備有電磁或光學自動導引裝置，能夠沿規(guī)定的導引路徑行駛，具有小車編程與停車選擇裝置、安全保護以及各種移載功能的運輸小車。AGV是以電池為動力、裝有非接觸導向裝置，獨立尋址系統(tǒng)的無人駕駛自動運輸車。AGVs是自動導引車系統(tǒng)，它由若干輛沿導引路徑行駛，獨立運行的AGV組成。AGVs在計算機的交通管制下有條不紊地運行，并通過物流系統(tǒng)軟件而集成于整個工廠的生產監(jiān)控與管理系統(tǒng)中。應用AGV具有很多特點:(1)AGV可十分方便地與其它物流系統(tǒng)實現(xiàn)自動連接，如AS/RS(通過出從庫臺)、各種緩沖站、自動積放鏈、升降機和機器人等；實現(xiàn)在工作站之間對物料進行跟蹤;對輸送進行確認；按計劃輸送物料并有執(zhí)行檢查記錄:與生產線和庫存管理系統(tǒng)進行在線連接以向工廠管理系統(tǒng)提供實時信息。(2)采用AGV由于人工檢取與堆置物料的勞動力減少，操作人員無需為跟蹤物料而進行大量的報表土作，因而顯著提高勞動生產率。另外，非直接勞動力如物料倉庫會計員、發(fā)料員以及運貨車調度員的工作的減少甚至完全取消又進一步減低了成本。(3)AGV運輸物料時，很少有產品或生產設各的損壞，這是因為AGV按固定路徑行駛，不易與加工設備和其他障礙物碰撞。(4)絕大多數(shù)AGV的使用者均證明，2到3年從經濟上均能收回AGV的投資成本。(5)AGV通過安裝在地面之下的電纜或其他不構成障礙的地面導引物，其通道必要時可作其他用處。(6)系統(tǒng)具有極高的可靠性。AGVs由若干臺小車組成，當一臺小車需要維修時，其它小車的生產率不受影響并保持高度的系統(tǒng)可利用性。(7)節(jié)約能源與保護環(huán)境。AGV的充電和驅動系統(tǒng)耗能少，能量利用率高，噪音極低對制造和倉儲環(huán)境沒有不良影響。1.3自動導引小車的發(fā)展簡史世界上第一臺AGV是由美國Barrett電子公司于20世紀50年代開發(fā)成功的，它是一種牽引式小車系統(tǒng)，小車跟隨一條鋼絲索導引的路徑行駛，并具有一個以真空管技術為基礎的控制器。到了60年代和70年代初，除Barrett公司以外，Webb和Clark公司在AGV市場中也占有相當?shù)姆蓊~。在這個時期，歐洲的AGV技術發(fā)展較快，這是由于歐洲公司已經對托盤的尺寸與結構進行了標準化，統(tǒng)一尺寸的托盤搬運促進了AGV的發(fā)展。歐洲的主要制造廠家有Schindler-Digitron,Wagner,HJC,ACS,BT,CFC,FATA,Saxby,Denford和Bleehert等。70年代中期，歐洲約裝備了520個AGV系統(tǒng)，共有4800臺小車，1985年發(fā)展到10000臺左右，為美、歐、日之首。其應用領域分布為:汽車工業(yè)(57峋，柔性制造系統(tǒng)FMS(8)和柔性裝配系統(tǒng)FAS(44%),歐洲的AGV技術80年代初通過在美國的歐洲公司以許可證與合資經營的方式轉移到美國。芝加哥的分發(fā)中心從歐洲引進直接由計算機控制的AGVs,1981年John公司將AGV連接到AS/RS以提供在制造過程中物料自動輸送和跟蹤.1984年，通用汽車公司成為AGV的最大用戶，1986年己達1407臺(包括牽引式小車。叉車小車和單元裝載小車)，1987年又新增加1662臺。美國各公司在歐洲技術的基礎上將AGV發(fā)展到更為先進的水平。他們采用更先進的計算機控制系統(tǒng)(可聯(lián)網于FMS或CIMS),運輸量更人，移載時間更短，具有在線充電功能，以便24小時運行，小車和控制器可靠性更高。此時美國的AGV生產廠商從23家(1983年)驟增至74家(1985年)。日本的第一家AGV工廠于1966年由一家運輸設備供應廠與美國的Webb公司合資開設。到1988年，日本AGV制造廠已達20多家，如大福、Fanuc公司、Murata(村田)公司等。到1986年，日本累計安裝了2312個AGVs,擁有5032臺AGV。我國AGV發(fā)展歷史較短。北京起重運輸機械研究所、中國郵政科學研究規(guī)劃院、中國科學院沈陽自動化所、人連組合機床研究所、清華大學、國防科技大學和華東工學院都在進行不同類型的AGV的研制并小批量投入生產。1975年北京起重運輸機械研究所完成我國第一臺電磁導引定點通信的AGV,1989年北京郵政科學研究規(guī)劃院完成我國第一臺雙向無信電通信的AGV。該院已能進行AGV的批量生產，己生產的和正在制造的AGV達23臺(截止于1996年)。沈陽自動化所在AGV技術方面己取得了多項研究開發(fā)成果和專利，解決了AGV車體設計、控制、導航和高度管理等一系列關鍵技術問題，形成了裝配型AGV和搬運型AGV兩大系列產品，成為國內唯一能夠提供自主品牌AGV產品的單位。其產品性能國內領先，達到國際先進水平，井于19%年度將搬運型AGV系統(tǒng)技術出口韓國三星公司，實現(xiàn)了高技術出口。沈陽自動化所為沈陽金杯汽車廠生產了六臺AGV，用于裝配線上，可以說是汽車土_業(yè)中用得較成功的AGV。以上的AGV均為固定路徑導引方式。清華大學獨立研制的“自由路徑自動導向AGV'屬無固定路徑導引的類型，在路徑跟蹤研究方面具有較高的水平。我國越來越多的工廠，科研機構已采用AGV為汽車裝配、郵政報刊分揀輸送、大型軍械倉庫、自動化倉儲系統(tǒng)服務。如:上海金山化工廠、華寶空調器廠、哈爾濱飛機制造廠、上海新車站郵政樞紐等，所采用的AGV既有國外引進也有國產的。80年代，AGV就已進入我國市場，今后必將得到迅速發(fā)展和普及應用。這不僅是現(xiàn)代工業(yè)迅速發(fā)展的需要，更主要是AGV本身所獨具有的優(yōu)越性所決定的。AGV自動導向車系統(tǒng)，是伴隨著柔性裝配系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)以及白動化立體倉庫產業(yè)發(fā)展起來的，是物流系統(tǒng)中革命性的換代產品。作為一種高效物流輸送設備和工廠自動化的理想手段，隨著經濟的發(fā)展，在我國AGV的應用領域必將越來越大。1.4自動導引小車的應用現(xiàn)狀由于AGV具有機能集中、地上系統(tǒng)簡單、施工和系統(tǒng)構成容易等優(yōu)點，因此，廣泛地應用在機械加工、汽車制造、港口貨運、電子產品裝配、造紙、發(fā)電廠、電子行業(yè)的超凈車間等諸多行業(yè)。其運行速度可達到百米/分鐘，運輸能力可以從幾千克到兒十噸。AGV是一種非常有前途的物流輸送設備，尤其在柔性制造系統(tǒng)(FMS)和柔性裝配系統(tǒng)(FAS)中被認為是最有效的物料運輸設備。隨著電子和控制技術的發(fā)展，AGV的技術也在不斷進步，正在朝著性能更優(yōu)越、更廉價、自由度更高、超大型化和微型化方向發(fā)展。其應用領域也在不斷擴展。這種十兒年前只是用作工廠內的物流輸送設各，現(xiàn)在己經不僅僅局限于工廠之內，己成功地應用到辦公室、飯店、醫(yī)院和超級市場等諸多部門，并且取得了很好的效果。AGV的應用領域主要在制造業(yè)，在重型機械及部分非制造業(yè)中也有應用。AGV在制造業(yè)中主要用于物料分發(fā)、裝配和加工制造二個方面[411。其中裝配作業(yè)中AGV用量最大，而汽車工業(yè)又是AGV的應用大戶。美國通用汽車公司90%的AGV用于汽車裝配線，西歐各國用于汽車裝配的AGV占整個AGV數(shù)量的57Yo。物料分發(fā)主要是指生產工序間的物料移送和倉庫作業(yè)中的物料移送。隨著電子工業(yè)的進一步發(fā)展，電子工業(yè)中AGV的使用極具市場潛力。其原因在于消費者需求的變化日益加快，生產系統(tǒng)必須適應市場的變化要求，其中FMS(柔性制造系統(tǒng))即為以靈活的生產方式適應市場變化的制造方式，對于FMS來說，各加工單元之間的中(小)批量元器件的送發(fā)效率要求極高，而AGV能提供柔性最好的輸送，AGV可以很方便地對AGV的輸送工藝路線進行編程，使之按要求的路徑和方式到達裝配線的指定位置。在凈化室中，AGV更可大顯身手，它可滿足凈化耍求極高的操作。在重型機械行業(yè)中，AGV主要用來運送模具和原材料(如成卷帶鋼等)。因而AGV要求承載量人，通常為2.22-4.5t,最大者可達6.3t。配各了功率較大的移藏裝置也是這類AGV的特點。在AGV上配備大型機器人用以對大型金屬構件進行噴漆(如屹機骨架的噴漆)是AGV在重型行業(yè)中的應用之一在非制造業(yè)中，AGV的應用越來越普遍。現(xiàn)代化的慶院安裝AGV系統(tǒng)，把取樣從門診部自動運送到中央化驗室;把藥物、醫(yī)療用品、食品、衣著用品從中央物料管理中心輸送到醫(yī)院的各個部門。郵政部門也廣泛采用AGV，如將郵件進臺區(qū)的郵件輸送到處理區(qū)，將處理區(qū)的郵件輸送到郵件出臺區(qū)。為了加大運輸量，使用了牽引式AGV系統(tǒng)，一次可以牽引多臺郵件車。大型的辦公大樓也開始安裝AGV系統(tǒng)，用以運送郵件、電文和包裹到各個分區(qū)部門。賓館業(yè)采用AGV把食品從廚房運送到客房。AGV也可作為機器人的“腳”，使機器人可在更大范圍內自動完成作業(yè)，如在AGV上配各機器人用于光整水泥地面。在具有核輻射危險的地方，常使用AGV機器人用于核材料的搬運。1．5AGV的關鍵技術及本論文的研究內容1.5.1自動導引小車的關鍵技術為使自動導弓}小車成功地完成一項任務，最主要的是如何使小車在復雜的環(huán)境中以較小的代價到達目的地。這就涉及到如下幾個問題的解決，即：(1)如何從環(huán)境中得到自動導引小車周圍的障礙物信息及其它相關信息；(2)如何根據內部及外部傳感器來回答小車當前處于環(huán)境中的什么位置；(3)如何根據小車的當前位置和當前信息確定行動策略；(4)如何產生合適的驅動信號使小車運動在預定的軌跡上。這四個問題的解決對于在實時環(huán)境中運動的小乍來說是缺一不可的，與此相對應的技術即為傳感器技術、自定位技術、規(guī)劃決策技術和運動控制技術。1.5.2本論文研究的主要內容:(I)激光導引AGV模型的總體結構設計；(2)激光導引AGV的總體結構分析；1.6本章小結本章介紹了本論文研究的重要意義，綜述了自動導引小車的基本概念、組成及其它的發(fā)展簡史和應用現(xiàn)狀和前景，并分析目前自動導引小車的主要引導方式、關鍵技術，在此基礎上提出了本論文的研究內容。激光導引具有精度高、柔性好的特點，本論文研究中用其來實現(xiàn)AGV的引導。第二章AGV中機械部分設計內容提要：本章主要介紹了這次AGV機械部分設計中的一些主要部件的選取。比如說有私服驅動電動機的選取、控制轉向的電動機的選取，傳動齒輪的選取等。介紹其選取方法只要結構及其主要的參數(shù)問題。2.1設計任務 設計一臺自動導引小車AGV，可以在水平而上按照預先設定的軌跡行駛。本設計采用AT89C51單片機作為控制系統(tǒng)來控制小車的行駛，從而實現(xiàn)小車的左、右轉彎，直走，倒退，停止功能。其設計參數(shù)如下:自動導引小車的長度:500mm自動學引小車的寬度:300mm自動導引小車的行駛速度:100mm/s2.2總體結構設計 AGV的機械結構主要由車架，移載裝置，驅動部件三大部分組成。其中驅動部件是機械部分的核心部分，它主要完成小車的行走，導向等任務。本設計中的小車使用的是三輪二驅，即后面兩個為電機驅動的定向輪，前面為萬向輪。移載裝置是由幾根滾筒組成，將這些滾筒間隔的固定在小車，然后通過一個步進電機帶動它們轉動，這樣就可以將貨物自動的卸載。在進行小車的機械設計時需要在小車上面預留一些位置用來放置紅外模塊，超聲波模塊，磁檢測傳感器，主控板和蓄電池等設備。控制結構主要由主控板、超聲波避障模塊、紅外定位模塊、磁檢測傳感器引導模塊、步進電機驅動模塊、電量檢測模塊、指示燈模塊等部分組成。控制結構的每個模塊都和機械部件有緊密的聯(lián)系，它們必須結合機械部件進行設計和調試。以下簡要介紹硬件個模塊的功能第三章AGV系統(tǒng)結構設計以及動力學建模型內容提要：設計了一輛前后輪分獨立驅動的小車，后輪用步進電機驅動，實現(xiàn)動力源，前輪由私服電機驅動，實現(xiàn)轉向。并建立其動力學方程。3.1AGV系統(tǒng)結構設置所設計的AGV小車的模型如圖2.1所示。小車采用前后輪獨立驅動的模式，后輪由電機帶動齒輪傳動，給與合適的動力源。前輪有電機帶動直推軸焊接橫軸來實現(xiàn)轉向。四輪結構與三輪結構相比有較大的負載能力和平穩(wěn)性。蓄電池組2.伺服交流電動機3.激光掃描儀4.車載控制器5.無線通訊裝置6.伺服交流電動機7.減速器8.驅動車輪圖2.1AGV小車的模型圖由于采用了兩輪獨立驅動差速轉動的方式，因此兩個驅動車輪的速度的同步性成，成為車輛穩(wěn)定運行的一個重要指標。鑒于此，齒輪減速結構與車輪通過柔性連軸器來連接。3.2AGV小車的動力學建模自從AGV問世以來，人們在自動導引車的控制過程中一般滿足于基于運動學的控制模型，而很少有人進行基于動力學的控制設計等方面的內容。事實表明，根據AGV車體動力學模型，可以得到直接的電機輸入與行走、導向車輪轉速的非線性的耦合關系，將對指導車體機械結構設計、路徑規(guī)劃以及合理的路徑跟蹤控制規(guī)律設計有重要而且深遠的意義。由于AGV在實際問題中有較嚴格地面要求的環(huán)境中運動，車速較低，限定了加速度的問題，而不會發(fā)生明顯的車體“上跳”運動的現(xiàn)象出現(xiàn)，故可以在二維空間來研究其動力學模型?，F(xiàn)以我以后輪為電機帶動齒輪來實現(xiàn)動力驅動的方式傳達力矩，前輪則為由電機直接帶動軸的轉動從而達到轉動的方式來實現(xiàn)轉向的AGV為例建立動力學模型。AGV由車體、蓄電池和充電系統(tǒng)、驅動裝置、轉向裝置、精確停車裝置、車上控制器、通信裝置、信息采樣子系統(tǒng)、超聲探障保護子系統(tǒng)、移載裝置和車體方位計算子系統(tǒng)等等組成?！爸悄堋陛^高的AGV都有車上控制器，它類似于機器人控制器，用以對AGV進行監(jiān)控?？刂破饔嬎銠C通過通信系統(tǒng)從地面站接受指令并報告自己的狀態(tài)。通常監(jiān)控器可完成以下監(jiān)控:手動控制、安全裝置啟動、蓄電池狀態(tài)、轉向極限、制動器解脫、行走燈光、驅動和轉向電機控制和充電接觸器等。某些AGV具有編程能力，允許小車離開導引路徑，駛向某個示教地點，完成任務后路原道返問到導引路徑上來根據上述的介紹，我們可以不難看出同步行進的四輪AGV機械結構分為以下幾個部分:車體部分：包括車架、蓄電池、驅動電機、轉向電機和齒輪減速機構等，車體受到由后輪傳動來的驅動力和前輪的反作用力的作用。驅動后輪：所受的外力可能有兩部分組成。一部分是地面的作用力：另一部分是來自車體給于的外力。其中這部分力包括自身的支撐反力和電機產生的等效驅動力矩等。通過齒輪改變轉速來調節(jié)速率可以得到不用的轉速，從而改變AGV的的運動行進方向，已經更好的做到預定的線路跟蹤。前軸和連軸：起到支撐作用，同時車輪和豎軸是同軸的，前輪的轉動有地面給于的摩擦力也有電機傳遞的力矩。3.2.1車體運動建模車體受力的示意圖見圖2.2。圖中L、A為驅動左后輪、和驅動右后輪與車體的連接處。圖中的R、B為導向左前輪和導向又前輪與車架連接處的垂直點。車體在L、R、A、和B處分別是受到圖示沿X、Y方向的阻力和沿Z方向的扭矩。C則為車體的重心，通過C建立起瞬時慣性坐標系O-XYZ,X軸則平行于L=R的連線，Z軸垂直于車體的平面。為車體集合參數(shù)，分別表示的是車體質心的X向、Y向的速度和Z向的角速度。在經過了上述的假設的基礎之上，我們不難可以得到車體動力學方程如下：(2.1)(2.2)(2.3)上面式子中分別為車體質心的質量和轉動慣量。車體的前輪A、B處的運動方程為（2.4）（2.5）（2.6）（2.7）（2.8）（2.9）（2.10）（2.11）車體L和R處運動的方程為：（2.12）（2.13）（2.14）（2.15）（2.16）（2.17）（2.18）(2.19)3.2.2驅動后輪的運動建模左后輪受力圖見圖2.3所示，圖中瞬時慣性坐標系L-與圖2.2的方向是一致的，可以認為是由O-XYZ平移到L點從而形成的坐標系，相對應，他們是車體與左輪之間大小相等方向相反的作用力（力矩）和反作用力（力矩）。是驅動電機經過齒輪減速后傳遞給左輪的驅動力矩，是軸承對左輪的摩擦阻力矩，是滾動阻力矩，是地面對左輪的側滑動摩擦力，是軸承對左輪的滾動摩擦力，是地面對車輪的扭矩摩擦力矩，是左后輪的轉動角速度（為轉動軸）。左后輪動力學方程為(2.20)(2.21)(2.22)(2.23)上式中，分別是左后輪的質量‘以及其沿著旋轉軸的轉動慣量、沿著軸的轉動慣量和半徑。為其在L-XYZ坐標下的速度，與車體對應點的速度是同一值。是左后軸沿軸的扭轉角速度。對于右后輪來說，傳動齒輪嚙合是在軸中心處，故左右受的力是相同的，因此建立類似的動力學方程為：(2.24)(2.25)(2.26)(2.27)上述各式中，有關物理量的具體意義同對左后輪的說明類似，這里就不做過多說明了。由于AGV速度和加速度均較小的原因，輪子的側滑阻力很大，假設其中的。這樣看來車體將以位于左右輪軸線上的某一點為瞬時速度中心，以角速度w轉動，我們根據所了解的知識，我們不難看出一點，通過左右輪轉動計算，根據下圖2.4所示：即：(2.28)（2.29）將以上的2個式子帶入（2.14），（2.18）中可以看到（2.30）(2.3.1)將代入式子（2.12）和式子（2.13）即可得（2.32）(2.33)式子（2.14）和式子（2.15）可改寫成（2.34）（2.35）式子（2.4）至式子（2.11）變?yōu)椋?.36）（2.37）（2.38）（2.39）（2.40）（2.41）(2.42)（2.43）3.2.3車體整體的動力學模型為了能夠更好的取得車體整體的動力學模型，根據AGV的實際情況作出如下的簡化：(1)左右前輪和軸是一體的，再前行或后退的同時不打滑，只看做是純滾動，則有：(2)車體設計左右是對稱的，則有：(3)左輪的直徑及其質量和右輪(4)前輪左右也是一致的和后輪的大小重量以及有些不受力或比較想的部分我們可以忽略不計其的轉動慣量，即：在上述簡化后的基礎上，聯(lián)立前述車體、左右驅動后輪的動力方程可以得到車體整體的動力學方程。該動力學方程中可以表示為左、右輪所受的動力和左、右輪轉動的角速度之間的關系。任何一種導引方法的實現(xiàn)最終都歸結為路徑跟蹤控制的問題上。對于固定路徑型的AGV由于具有體現(xiàn)路徑的導引媒介物，通過傳感器就可直接獲得車體對路徑的橫向偏差和車體方向偏差，以這種偏差作為誤差信號通過車體動力學直接對車體進行跟蹤控制。但是對于自由路徑型AGV，車體對路徑之偏差量的獲取就要困難得多，以車體方位推算導向的自由路徑AGV為例，其方位和對于路徑的偏差是通過對車輪轉動角度積分計算而獲得，其要實現(xiàn)需較大的計算量和通信量。作為一種較好的解決辦法是差速驅動的自由路徑控制。其路徑可簡化為一系列直線段和圓弧段的組合。只要保證左右輪的轉動角速度滿足給定的比例關系(即同步誤差為零)，AGV就能跟蹤這種具有恒定半徑(直線和圓弧)的路徑。車體動力學方程是實現(xiàn)差速驅動的理論基礎之一，結合模糊控制方法，可以實現(xiàn)差速驅動路徑跟蹤過程。3.3本章小結動力學方程能夠幫助AGV的建模、車體結構、剛度設計和路徑跟蹤控制提供理論依據的基礎。本章主要介紹了所設計及其制作的一輛有電機帶動齒輪差動驅動后輪，前輪有電機直接控制實現(xiàn)轉向的的四輪AGV小車，并建立了所需要的運動學方程。

第4章控制系統(tǒng)與行走策略4.1控制系統(tǒng)4.1.1控制系統(tǒng)總體方案本系統(tǒng)使用AT89C51單片機作為核心的控制運算部分。連接在電機上的數(shù)字編碼器在電機運轉時發(fā)出的脈沖信號，經過自行設計和制作的脈沖鑒向電路，可以得到電機的運轉方向；來自鑒向電路的正反方向的脈沖信號進入到兩塊8253計數(shù)器進行計數(shù)，以獲得電機的旋轉速度和位移；經過在AT89C51單片機上運行的各種控制程序的適當運算以后，輸出的控制量經過兩塊DAC1208轉換器變成模擬量，輸出到兩塊UC3637直流電動機脈寬調制器，通過H橋開關放大器，作為執(zhí)行機構的速度或者力矩給定，從而控制電機的運轉，使整個AGV自動導引小車能夠完成所設計的控制任務。整個控制系統(tǒng)的組成框圖如下：圖4-1控制系統(tǒng)的組成框圖1).鑒向伺服電機根據控制要求能夠工作在四個不同的象限，作為系統(tǒng)的狀態(tài)檢測部分，必須能夠檢測電機的轉速及分辨電機不同的旋轉方向。安裝在電機旋轉軸上的數(shù)字編碼器在電機運轉時能夠產生相位相差90度的兩路脈沖信號，電機的旋轉方向可以由鑒向電路對此兩路脈沖進行鑒向后獲得，其原理如圖4-2所示。圖4-2鑒向原理伺服電機反轉時，A相脈沖超前于B相脈沖90度，在cp十端輸出反向計數(shù)脈沖，當正轉時，B相脈沖超前于A相脈沖90度，在cp一端輸出正向計數(shù)脈沖，見圖4-3中的(b)和(c}所示，分辨出的脈沖進入脈沖計數(shù)電路進行計數(shù)，再由計算機讀入進行處理。其電路圖見圖4-3中的(a)所示。圖4-3電機轉向分辨電路本次設計使用的數(shù)字編碼器為500P/R,即電機每旋轉一周輸出500個脈沖,電機到車輪的減速齒輪的減速比為62:1,因此車輪每前進或者后退一周產生500×62即31000個脈沖,可見分辯率非常高。編碼器的脈沖輸出為差動形式,鑒向電路接收差動形式的脈沖信號,鑒向后輸入到8253計數(shù)器。2).計數(shù)的擴展為了得到驅動輪運轉的速度、位移等,而數(shù)字編碼器的輸出經過鑒向電路提供的是電機的正轉和反轉脈沖,必須對這些脈沖分別進行計數(shù)、運算才能得到所要的速度、位移等狀態(tài)量。本系統(tǒng)中使用了兩塊8253計數(shù)器,每塊芯片具有三個16位計數(shù)器。四個獨立的計數(shù)器即1#、2#、3#和4#分別用于兩臺電機的正/反轉脈沖的計數(shù)。8253可編程定時器／計數(shù)器可由軟件設定定時與計數(shù)功能，設定后與CPU并行工作，不占用CPU時間，功能強，使用靈活。它具有3個獨立的16位計數(shù)器通道，每個計數(shù)器都可以按照二進制或二－十進制計數(shù)，每個計數(shù)器都有6種工作方式，計數(shù)頻率可高達2MHz，芯片所有的輸入輸出都與TTL兼容。8253的內部結構框圖如圖4-4所示；引腳如圖4-5所示。圖4-48253內部結構框圖圖4-58253引腳圖U6地址為：8000H計數(shù)器08001H計數(shù)器18002H計數(shù)器28003H控制字U7地址為：6000H計數(shù)器06001H計數(shù)器16002H計數(shù)器26003H控制字U6讀/寫控制邏輯接線：，，；U7讀/寫控制邏輯接線：，，。U6芯片中計數(shù)器0和計數(shù)器1用于左輪電機正反轉計數(shù)，并處于工作方式3。U7芯片中計數(shù)器0和計數(shù)器1用于右輪電機正反轉計數(shù)，并處于工作方式3。在中斷服務程序中,這四個計數(shù)器分別對兩臺伺服電機的正/反脈沖進行計數(shù),所得到的計數(shù)值減掉上一次的計數(shù)值,就可以得到在這一時間周期內的各路脈沖數(shù)。右輪反轉、正轉和左論反轉、正轉的結果分別存于臨時變量temp1、temp2、temp3和temp4中,在主程序中通過對它們進行運算就可以得到移動機器人的狀態(tài)量了。3).中斷的擴展AT89C51單片機是使用兩個級聯(lián)的8259A中斷控制器來控制中斷的。主8259A芯片上的IRQ2擴展成從片上的IRQ8~IRQ15使用。8259A作為一種可編程中斷控制器，是一種集成芯片。它用來管理輸入到CPU的各種中斷申請，主要外圍設備，能提供中斷向量、屏蔽各種中斷輸入等功能。每一個8259A芯片都能直接管理8級中斷，最多可以用9片8259A芯片級連，由其構成級連機構可以管理64級中斷。8259A的外部引腳：：數(shù)據線，CPU通過數(shù)據線向8259A發(fā)送各種控制命令和讀取各種狀態(tài)信息。INT：中斷請求，和CPU的INTR引腳相連，用來向CPU提出中斷請求。：中斷響應，接收CPU的中斷響應信號。圖4-68259A引腳圖：讀信號，低電平有效，通知8259A將某個寄存器的內容送到數(shù)據總線上。：寫信號，低電平有效，通知8259A從數(shù)據線上接受數(shù)據（即命令字）。：片選信號，低電平有效。：端口選擇，指出當前哪個端口被訪問。：接收設備的中斷請求。：級聯(lián)端，指出具體的從片。在采用主從式級聯(lián)的多片8259A的系統(tǒng)中，主從片的對應連接在一起。：主從片/緩沖器允許，雙功能引腳，雙向。它有兩個用處：當作為輸入時，用來決定本片8259A是主片還是從片。作為輸出時，當從8259A往CPU傳送數(shù)據時，由引出的信號作為總線啟動信號，以控制總線緩沖器的接收和發(fā)送。本次設計采用兩片8259A進行級聯(lián)：主片的引腳連接從片的中斷請求INT，如果某一個引腳下面沒有連接從片，則可以直接連接外部中斷請求；而主片、從片的中斷響應信號和數(shù)據信號互相連在一起。主片CAS和從片CAS互相連在一起，當從片數(shù)量較多時，可以在主片CAS和從片CAS之間增加驅動器。主片的接高電平。從片的接低電平。在8259A的主從式級聯(lián)方式中，中斷的優(yōu)先級設置類似于單片機的情況。級聯(lián)如圖4-7所示。圖4-78259A的級聯(lián)4).數(shù)模轉換器的選擇將數(shù)字量轉換為模擬量的器件稱為數(shù)/模轉換器(digital-analogconverter),簡稱為DAC。數(shù)/模轉換器的主要技術指標有分辨率、轉換精度、線性誤差和建立時間。分辨率指最小輸出電壓與最大輸出電壓之比。本次設計采用DAC1208芯片，故其分辨率為。轉換精度以最大的靜態(tài)轉換誤差的形式給出。DAC1208芯片為12位數(shù)/模轉換器其最大誤差為:,精度為。線性度指DAC的實際轉換特性曲線和理想直線之間的最大偏移差。建立時間在數(shù)字輸入端發(fā)生滿量程碼的變化以后，數(shù)/模轉換器的模擬輸出穩(wěn)定到最終值±1/2LSB時所需要的時間，當輸出的模擬量為電流時，這個時間很短。DAC1208的內部結構及引腳如圖4-8和圖4-9所示。圖4-8DAC1208的內部結構圖圖4-9DAC1208的引腳圖DAC1208內部對輸入數(shù)據具有兩級緩存：8位輸入寄存器、4位輸入寄存器和12位DAC寄存器，這三個寄存器可以分別選通。DAC1208有三種工作方式：單緩沖方式、雙緩沖方式、直通方式。所謂的單緩沖方式就是使DAC1208的兩個輸入寄存器中有一個處于直通方式，而另一個處于受控的鎖存方式。在實際應用中，如果只有一路模擬量輸出。所謂雙緩沖方式，就是把DAC1208的兩個鎖存器都接成受控鎖存方式。本次設計采用雙緩沖方式，目的是為了讓兩個直流伺服電機能夠實現(xiàn)同步。所謂直通方式，輸入寄存器和DAC寄存器都接成直通方式，即信號均有效，數(shù)據被直接送入數(shù)/模轉換電路進行數(shù)/模轉換。圖4-10DAC1208雙緩沖連接方式U9輸入寄存器地址為3FFFHDAC寄存器地址為5FFFHU10輸入寄存器地址為1FFFHDAC寄存器地址為5FFFH本次設計采用DAC1208芯片的數(shù)/模轉換器其連接方式如圖4-10所示。為高電平時，選中數(shù)據輸入到8位輸入寄存器；當為低電平時，選中數(shù)據輸入到4位輸入寄存器；片選信號，低電平有效，和輸入鎖存信號一起決定第一級數(shù)據鎖存是否有效。第一級允許鎖存，高電平有效。寫信號1，作為第一級鎖存信號，必須和同時有效。寫信號2，作為第二級鎖存信號，必須和同時有效?？刂菩盘?，低電平有效，和一起決定第二級數(shù)據鎖存是否有效。模擬電流輸出端，DAC寄存器全1時最大，全0時為0。模擬電流輸出端，和有一個常數(shù)差：常數(shù)，此常數(shù)對應一個固定基準電壓的滿量程電流。參考電壓輸入端，可正可負，。5).電機驅動芯片選擇電機驅動采用PWM技術來驅動直流伺服電動機。PWM技術為脈寬調制技術其可通過輸入直流電壓，在其輸出可以得到頻率固定、脈沖幅度一定、脈沖寬度與輸入信號成線性關系的方波脈沖串,利用該方波脈沖串驅動功率放大電路，從而控制伺服電機的轉速。采用PWM技術的優(yōu)點是，PWM具有較高的切換頻率，這有助于克服伺服電機的靜摩擦力矩，與其線性功率放大器相比，功耗低且效率高，因而在伺服系統(tǒng)中得到了廣泛的應運用。為了改善伺服電機的運行特性，必須適當選擇PWM的切換頻率，其選擇可參考以下原則：a)切換頻率應能使電機軸產生微振，以克服靜摩擦，改善運行特性。即(3-1)其中，為力矩常數(shù)，為PWM電源電壓，為電感，為電機靜摩擦力矩。b)微振的最大角位移應小于設定的位置誤差。即(3-3)其中J為轉動慣量，為設定的位置誤差。c)盡量減少電機產生的高頻功耗。即應使得(3-4)其中為電內阻。一般伺服電機的電感很小，如果切換頻率不高，導致交流分量很大，很容易損壞功率晶體管。在此采用PWM芯片UC3637和H功率橋放大電路來驅動伺服電機，其UC3637原理如圖4-11所示，根據上述原則選擇切換頻率為30KHz。UC3637的特點：單電源或雙電源工作，雙路PWM信號輸出，驅動電流能力為限流保護欠電壓封鎖有溫度補償，2.5V閥值的關機控制圖4-11UC3637原理框圖UC3637的結構與功能：三角波發(fā)生器：CP，CN，S1，SR1；PWM比較器：CA，CB；輸出控制門：NA，NB；限流電路：CL，SRA，SRB；誤差放大器：EA；關機比較器：CS；欠電壓封鎖電路：UVL。UC3637最具特色的是三角波振蕩器，三角波產生電路如圖4-12所示。圖4-12恒幅三角波產生電路三角波參數(shù)的計算取PWM定時電路充電電流為0.5Ma,則有(3-5)(3-6)其中，為PWM頻率。由允許電機最大電流決定。(3-7)對于圖3-12所示的控制系統(tǒng)，要求：PWM頻率限流取計算得(3-8)(3-9)(3-10)(3-11)式中：為三角波峰值的轉折（閾值）電壓；為電源電壓；為定時電阻；為定時電容；為恒流充電電流；為振蕩頻率。C3637具有一個高速、帶寬為kHz、輸出低阻抗的誤差放大器，既可以作為一般的快速運放，亦可作為反饋補償運放。4.1.2電源模塊小車由電池組提供電壓，控制系統(tǒng)所需的5伏穩(wěn)定電壓由電池組經三端集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后提供．電機所需的電壓由電池組直接提供．一個線性三端穩(wěn)壓器擴流電路，此電路是極為常見的一個線性三端穩(wěn)壓器擴流電路。（1）電路工作原理.Io=Ioxx+Ic.Ioxx=IREG–IQ(IQ為7805的靜態(tài)工作電流,通常為4-8mA)IREG=IR+Ib=IR+Ic/β(β為TIP32C的電流放大倍數(shù))IR=VBE/R1(VBE為TIP32的基極導通電壓)所以Ioxx=IREG–IQ=IR+Ib–IQ=VBE/R1+IC/β-IQ由于IQ很小,可略去,則:Ioxx=VBE/R1+IC/β查TIP32C手冊,VBE=1.2V,其β可取10Ioxx=1.2/R+Ic/β=1.2/22+Ic/10=0.0545+Ic/10(此處取主貼圖中的22OHM)Ic=10*(Ioxx–0.0545)假設Ioxx=100mA,Ic=10*(100-0.0545*1000)=455(mA)則Io=Ioxx+Ic=100+455=555mA.再假設Ioxx=200A,Ic=10*(200–0.0545*1000)=1955mAIo=Ioxx+Ic=200+1955=2155mA由上面的兩個舉例可見,輸出電流大大的提高了.（2）電阻R的大小R的大小對調整通過7805的電流有很大的關系,取不同的值帶入上式即可看出.R越大,則輸出同樣的電流的情況下流過7805的電流要小些,反之亦然.通常這樣的電路中,對于擴流三極管TIP32加散熱片,而對于7805則無需要,但是R的值不能過大,其條件是:R<VBE/(IREG–IB).4.1.3光電耦合器（TLP521-4）它的額定輸入輸出都是5伏特，其作用是隔離干擾，消除信號源端的熱噪聲圖4-1光電耦合器（TLP521-4）4.2行走策略（1）直線路徑行走策略①小車是否沿著直線路徑(白線)行走，由前置傳感器探測。正常情況如圖4.4a所示。前置傳感器(距離為80mm)都在100mm的白線上，則小車沿著直線路徑(白線）行走②如果有一個前置傳感器探測到不在白線上。如圖4.4b所示，如前置左側傳感器探測不到白線，而右側傳感器探測到白線，則認為小車偏左，糾正方法是使小車右側電機減速，左側電機加速，使得兩個前置傳感器回到白線位置。若小車偏右，可采用類似方法處理。③如果兩個前置傳感器都在白線外，如圖4.4c所示，這種情況一般是傳感器的出現(xiàn)誤判。因為若一個前置傳感器偏離白線，②的方法就能把小車糾正過來，根據經驗數(shù)據，當一個前置傳感器偏離白線的角度在以內，都能自動糾正過來。通常小車的兩個電機同向轉動，由于速度的同步性誤差造成小車行走方向有少量偏差，傳感器已經會略微偏出白線。如果傳感器出現(xiàn)誤判，會造成兩個前置傳感器都在白線外，可由中置傳感器檢測到白線后，根據時間的長短來判定(與岔路口的情況區(qū)分開來)，令小車向探測到白線的那一個中置傳感器方向轉彎，直到兩個前置傳感器回到白線上，此時，耽誤的時間會略長些。(2)遇到彎道時的行走策略先是前置傳感器丟失白線，繼續(xù)前進一段后，此時，小車停止前進向探測到白線的那一個中置傳感器方向轉彎，隨后前置傳感器也一定檢測到白線，當兩個前置傳感器同時檢測到白線之后，判斷方向正確，停止轉動，沿此力向繼續(xù)前進。4.3傳感器采樣對傳感器的采樣有兩種方法，定時采樣和程序掃描采樣，本課題采用的是定時采樣的方式4.4控制策略小車從起點或終點出發(fā)后，每隔50ms讀取一次P1口．若前方有障礙物（即P1.4腳或P1.5腳檢測到反射信號），則機器人原地待命；若到達終點或起點，則機器人開始裝料或卸料工作．否則，機器人進行正常的尋線行駛．圖4-134.5動作類型如前所述，針對典型路徑，設計出相應的控制動作。所以相應的動作類型如下4.5.1直線路徑行走用于主干道上小車長直線路徑的快速行走，贏得時間。其結束條件是檢測到有彎道。4.5.2特殊路徑的行走用于特殊路徑的慢速前進，如在小車的行走中，由于導航白線折彎，前置傳感器丟失了白線，小車減速行走，當中置傳感器檢測到白線后，根據時間的長短來判定，令小車向探測到白線的哪一個中置傳感器方向轉彎，直到兩個前置傳感器回到白線上，其結束條件是前置傳感器檢測到白線。其特點是兩個前置傳感器同時在線外的時候，小車自動旋轉尋回直線。4.5.3左轉彎用于向左轉彎，當小車的行走遇到左邊有彎道，需要左轉彎時，此時左邊中置傳感器探測到白線，令小車向左轉彎，直到兩個前置傳感器回到白線上，其結束條件是前置傳感器檢測到白線。4.5.4右轉彎用于向右轉彎，當小車的行走遇到右邊有彎道，需要右轉彎時，此時右邊中置傳感器探測到白線，令小車向右轉彎，直到兩個前置傳感器回到白線上，其結束條件是前置傳感器檢測到白線。4.5.5停在整個動作中，直線行走和轉彎最為關鍵。對于不同的行走路徑，只需調整相應的動作列表的指針。第5章結論與展望5.1結論本文主要研究了激光導引AGV小車的機械裝配，在小車機械設計的基礎上可以增加旋轉編碼器的路徑軌跡來運用推算導向法，并將兩者相結合用于實現(xiàn)激光導引AGV的自動引導，自制了一輛兩后輪獨立驅動、差速轉向的小車，結合小車的運動控制理論進行了相關的實驗，為進一步研究和開發(fā)激光導引的AGV小車奠定了堅實的基礎。本文的土要研究結論如下:(1)自動導引小車的結構設計。由于設計的小車是前后輪相互獨立，后輪驅動，前輪轉向。再此基礎上，進行穩(wěn)定的運輸。外形結構，采取了鋼板與方管的非端面焊接，這樣既減輕的車身的重量，還能保證了運載貨物的重量。(2)自動引導小車的動力系統(tǒng)結構。小車采用前后輪獨立驅動的模式，后輪由電機帶動齒輪傳動，給與合適的動力源。前輪有電機帶動直推軸焊接橫軸來實現(xiàn)轉向，車輛穩(wěn)定運行的一個重要指標。動力學方程能夠幫助AGV的建模、車體結構、剛度設計和路徑跟蹤控制提供理論依據的基礎。(3)機械部分主要零件的選取。AGV機械部分設計中的一些主要部件的選取。通過計算對伺服驅動電動機的選取、控制轉向的電動機的選取，傳動齒輪的選取等。選取不同的電機，在確保安全穩(wěn)定的運行下，還要保證動力最低的浪費。(4)AGV運動控制系統(tǒng)及其實現(xiàn)小車通過兩個步進電機實現(xiàn)差速驅動，并由單片機控制8253芯片產生驅動步進電機運行所需的脈沖信號，與單片機的定時器相配合來完成步進電機的升、降速控制。PC機與單片機之間的通信由串口通信來完成，串口通信接口標準RS-232目前己在微機通信接口中廣泛采用，它的硬件編程要求比較簡單，價格便宜，而且連接方便，對于雙向連接只需要3根線。5.2展望在本文研究工作的基礎上，作者認為以下幾個力面有待進一步的研究:(1)進一步研究檄光導引的理論和實現(xiàn)方法，搭建一個實際的激光掃描儀，并對其數(shù)據處理速度、方位計算準確性進行應證。(2)完善基于旋轉編碼器的路徑軌跡推算導向法，結合激光導引方位計算原理用于激光導引AGV的自動導引。(3)研究無線通訊的基本理論，并將其應用于AGV的通信。(4)研究激光導引AGV的路徑規(guī)劃和避障保護控制系統(tǒng)。(5)進一步研究激光導引AGV的運動控制問題，解決AGV實際行走時諸多因素對精度影響的問題。(6)建立實際的激光導引AGV小車，將理論與實踐緊密結合。參考文獻邱宣懷.機械設計.北京；高等教育出版社，1997（2006重?。┝_圣國.龔掕義。機械設計課程設計指導書.高等教育出版社1990.4王德夫.姜勇.李長順.韓學栓機械設計手冊；北京；化學工業(yè)出版社；1997年陳順平，梅德慶，陳子辰.激光導引ACV的自動導引系統(tǒng)設計.工程設計學報,2003,10(5):279-282陳順平，梅德慶，陳了辰激光導引差速轉向AGV的控制系統(tǒng)設計‘機電工程，2003,20(5):87-89T.立賢，汀濱琦.用單片機實現(xiàn)步進電機變速控制的方法.應用科技，2003,30(1):42-42,54李海波，何雪濤步進電機升降速的離散控制.北京化工大學學報，2003,30(1):92-94宋小鵬，盛仲FA.多功能步進電機控制器軟件設計.華北工學院學報，2003,24(1):58-61陳細軍，譚民.VC編程中的串口通信技術.計算機應用，,2001,21(9):94.95王宏偉.昊建設，基于VC++6.0的串行通信設計與實現(xiàn).黃石高等?？茖W校學報，2003,19(2):16-19附錄部分：（中英文翻譯）RobotRobotisatypeofmechantronicsequipmentwhichsynthesizesthelastresearchachievementofengineandprecisionengine,micro-electronicsandcomputer,automationcontrolanddrive,sensorandmessagedisposeandartificialintelligenceandsoon.Withthedevelopmentofeconomicandthedemandforautomationcontrol,robottechnologyisdevelopedquicklyandalltypesoftherobotsproductsarecomeintobeing.Thepracticalityuseofrobotproductsnotonlysolvestheproblemswhicharedifficulttooperateforhumanbeing,butalsoadvancestheindustrialautomationprogram.Atpresent,theresearchanddevelopmentofrobotinvolvesseveralkindsoftechnologyandtherobotsystemconfigurationissocomplexthatthecostatlargeishighwhichtoacertainextentlimittherobotabroaduse.Todevelopmenteconomicpracticalityandhighreliabilityrobotsystemwillbevaluetorobotsocialapplicationandeconomydevelopment.Withtherapidprogresswiththecontroleconomyandexpandingofthemoderncities,theletofsewageisincreasingquickly:Withthedevelopmentofmoderntechnologyandtheenhancementofconsciousnessaboutenvironmentreserve,moreandmorepeoplerealizedtheimportanceandurgentofsewagedisposal.Activebacteriamethodisaneffectivetechniqueforsewagedisposal，Thelacunarisplasticisaneffectivebasementforactivebacteriaadhesionforsewagedisposal.Theabundancerequirementforlacunarisplasticmakesitisaconsequentfortheplasticproducingwithautomationandhighproductivity.Therefore,itisverynecessarytodesignamanipulatorthatcanautomaticallyfulfilltheplasticholding.Withtheanalysisoftheproblemsinthedesignoftheplasticholdingmanipulatorandsynthesizingtherobotresearchanddevelopmentconditioninrecentyears,aeconomicschemeisconcludedonthebasisoftheanalysisofmechanicalconfiguration,transformsystem,drivedeviceandcontrolsystemandguidedbytheideaofthecharacteristicandcomplexofmechanicalconfiguration,electronic,softwareandhardware.Inthisarticle,themechanicalconfigurationcombinesthecharacterofdirectioncoordinateandthearthrosiscoordinatewhichcanimprovethestabilityandoperationflexibilityofthesystem.Themainfunctionofthetransmissionmechanismistotransmitpowertoimplementdepartmentandcompletethenecessarymovement.Inthistransmissionstructure,thescrewtransmissionmechanismtransmitstherotarymotionintolinearmotion.Wormgearcangivevarytransmissionratio.Bothofthetransmissionmechanismshaveacharacteristicofcompactstructure.Thedesignofdrivesystemoftenislimitedbytheenvironmentconditionandthefactorofcostandtechnicallever.''''Thestepmotorcanreceivedigitalsignaldirectlyandhastheabilitytoresponseouterenvironmentimmediatelyandhasnoaccumulationerror,whichoftenisusedindrivingsystem.Inthisdrivingsystem,open-loopcontrolsystemiscomposedofsteppingmotor,whichcansatisfythedemandnotonlyforcontrolprecisionbutalsoforthetargetofeconomicandpracticality.Onthisbasis，theanalysisofsteppingmotorinpowercalculatingandstyleselectingisalsogiven.Theanalysisofkinematicsanddynamicsforobjectholdingmanipulatorisgivenincompletingthedesignofmechanicalstructureanddrivesystem.Kinematicsanalysisisthebasisofpathprogrammingandtrackcontrol.Thepositiveandreverseanalysisofmanipulatorgivestherelationshipbetweenmanipulatorspaceanddrivespaceinpositionandspeed.Therelationshipbetweenmanipulator’stippositionandarthrosisanglesisconcludedbycoordinatetransformmethod.Thegeometrymethodisusedinsolvinginversekinematicsproblemandtheresultwillprovidetheoryevidenceforcontrolsystem.Thef0unctionofdynamicsistogettherelationshipbetweenthemovementandforceandthetargetistosatisfythedemandofrealtimecontrol.inthischamfer,Newton-Euripidesmethodisusedinanalysisdynamicproblemof七hecleaningrobotandthearthrosisforceandtorquearegivenwhichprovidethefoundationforstepmotorselectingandstructuredynamicoptimalting.Controlsystemisthekeyandcorepartoftheobjectholdingmanipulatorsystemdesignwhichwilldirecteffectthereliabilityandpracticalityoftherobotsysteminthedivisionofconfigurationandcontrolfunctionandalsowilleffectorlimitthedevelopmentcostandcycle.WiththedemandofthePCL-839card,thePCcomputerwhichhasa.tightstructureandiseasytobeextendedisusedastheprincipalcomputercellandtakesthefunctionofsysteminitialization,dataoperationanddispose,stepmotordriveanderrordiagnoseandsoon.Atthesametime,theconfigurationstructurefeatures,taskprinciplesandthepositionfunctionwithhighprecisionofthecontrolcardPCL-839areanalyzed.Hardwareisthematterfoundationofthecontrol.Systemandthesoftwareisthespiritofthecontrolsystem.Thetargetofthesoftwareistocombineallthepartsinoptimizingstyleandtoimprovetheefficiencyandreliabilityofthecontrolsystem.Thesoftwaredesignoftheobjectholdingmanipulatorcontrolsystemisdividedintoseveralblockssuchassysteminitializationblock,dataprocessblockanderrorstationdetectanddisposemodelandsoon.PCL-839cardcansolvethecommunicationbetweenthemaincomputerandthecontrolcellsandtakethemeasureofreducingtheinfluenceoftheoutersignaltothecontrolsystem.Thestartandstopfrequencyofthestepmotorisfarlowerthanthemaximumrunningfrequency.Inordertoimprovetheefficiencyofthestepmotor,theincreaseanddecreaseofthespeedismustconsideredwhenthestepmotorrunninginhighspeedandstartorstopwithgreatacceleration.Theincreaseanddecreaseofthemotor’sspeedcanbecontrolledbythepulsefrequencysenttothestepmotordrivewitharationalmethod.Thiscanbeimplementedeitherbyhardwareorbysoftware.Astepmotorshiftcontrolmethodisproposed,whichissimpletocalculate,easytorealizeandthetheorymeansisstraightforward.Themotor''''saccelerationcanfitthetorque-frequencycurveproperlywiththismethod.Andtheamountofcalculationloadislessthanthelineara