自動導(dǎo)引小車（AGV）系統(tǒng)的設(shè)計

1、xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計（論計（論 文）文） 設(shè)計設(shè)計( (論文論文) )題目：題目：AGVAGV 自動導(dǎo)引小車自動導(dǎo)引小車 姓姓 名名 學(xué)學(xué) 號號 系系 部部 專專 業(yè)業(yè) 機電一體化 年年 級級 06 級 6 班 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 2010 年 4 月 24 日 自動導(dǎo)引小車（AGV）系統(tǒng)的設(shè)計 摘 要 隨著工廠自動化、計算機集成制造系統(tǒng)技術(shù)的逐步發(fā)展以及柔性制造系統(tǒng)、自動化 立體倉庫的廣泛應(yīng)用，AGV(Automatic Guided Vehicle)即自動導(dǎo)引車作為聯(lián)系和調(diào)節(jié)離 散型物流系統(tǒng)以使其作業(yè)連續(xù)化的必要的自動化搬運裝卸手段，其應(yīng)

2、用范圍和技術(shù)水平 得到了迅猛的發(fā)展。 AGV 是以微控制器為控制核心、蓄電池為動力、裝有非接觸導(dǎo)引裝置的無人駕駛自動 導(dǎo)引運載車，其自動作業(yè)的基本功能是導(dǎo)向行駛、認址停準和移交載荷。作為當(dāng)代物流 處理自動化的有效手段和柔性制造系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，AGV 已經(jīng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用， 對 AGV 的研究也具有十分重要的理論意義和現(xiàn)實意義。 本文介紹了 AGV 在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用情況，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合畢業(yè)設(shè)計的課題 要求，設(shè)計了紅外導(dǎo)引 AGV 小車。其研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面: 1.論述了 AGV 系統(tǒng)的組成、路徑導(dǎo)引方式及原理，結(jié)合課題要求，選擇“紅外導(dǎo)引” 作為該系統(tǒng)的導(dǎo)引方式。 2.

3、介紹了 AGV 車體機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，并根據(jù)小車的驅(qū)動方式和工作要求，對底盤、電 機、蓄電池等進行了設(shè)計和選型。 3.根據(jù) AGV 系統(tǒng)的控制和工藝要求，確定了控制系統(tǒng)的總體框架結(jié)構(gòu)。硬件方面，選 擇合適的傳感器、單片機以及電機驅(qū)動器，對傳感檢測電路和單片機控制系統(tǒng)硬件電路 進行了設(shè)計:軟件方面，采用模塊化的編程方式來實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能，并實現(xiàn)了單片機 與電機控制器之間的串口通信。 4.在總結(jié)全文的基礎(chǔ)上，對 AGV 小車的設(shè)計和研究提出了展望。 關(guān)鍵詞: AGVAGV；單片機；驅(qū)動控制電路；行走策略；控制策略；串口通信。 THE DESIGN OG AGV SYSTEM ABSTRACT Wi

4、th the growing of Factory Automation, Computer Integrated Manufacture System and extensive application of Flexible Manufacture System、Automatic Warehouse, the application field and technical level of AGV which contact and adjust the discrete logistics system, make the mission continuous, has greatly

5、 enlarged and improved. AGV is the unmanned driver automatic guided vehicle which has its untouched guided equipment, its control center is the microcontroller and storage battery is driving power, its basic function of automatic action is guided driving, recognizing the address to stop precisely an

6、d remove the load. As the valid measure of contemporary logistics processing automation and the key equipment of flexible manufacture system, the AGV has already got more and more extensive application, so that the research on AGV has very important theory meaning and realistic meaning. The disserta

7、tion introduced the applications and developments of AGV at home and abroad. Combining with the request of this graduation project topic, we designed a whole infrared rays guided vehicle. The main work in this dissertation was arranged as follows: 1. The constitution of AGV system, the path guided m

8、eans and their principles were discussed. According to the requests of the topic, infrared rays guided method was used in the AGV system. 2. The design of AGV mechanical structure was introduced, in terms of driving manner and working requests, the type of the chassis, electrical motor and storage b

9、attery etc. was chosen and designed. 3. According to the control and the craftwork requests of the AGVS, the total frame structure of control system was designed. About hardware, the right sensor, MCU and motor controller had been chosen, the sensing circuits and MCU controlling hard circuits was de

10、signed, about software, to achieve many system functions, and to realize serial communication between the MCU and motor controller, blocking programming method was employed. 4. On the base of summarizing the dissertation, the development prospect of AGV research was put forward. Key words: AGV; MCU;

11、 Drive and control circuit; Running str 目錄 第 1 章 緒 論.7 1.1 概述 .7 1.2 發(fā)展趨勢及發(fā)展前景 .7 13 AGV 系統(tǒng)的構(gòu)成與 AGV 的結(jié)構(gòu) .8 1.3.1 AGV 系統(tǒng)的構(gòu)成.8 1.3.2 AGV 的結(jié)構(gòu).9 第 2 章 AGV 的總體設(shè)計 .10 2. 1 總體設(shè)計 .10 2. 2 小車運動分析 .13 2.3 傳感器的選用 .14 2.3.1 總體設(shè)計與實現(xiàn).14 2.3.2 聲波傳感器避障原理.14 2.3.3 聲波模塊具體功能簡介.15 2.3.4 規(guī)格參數(shù).15 第 3 章 AGV 機械結(jié)構(gòu)和驅(qū)動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計

12、 .16 3.1 AGV 機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計 .16 3.1.1 車體尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計 .17 3.1.2 驅(qū)動方式的選擇 .18 3.1.3 傳感器的布置 .19 3.2.1 電機的選擇.20 3.2.2 行走系統(tǒng)的驅(qū)動裝置.21 3.4 電源部分選擇 .24 第 4 章控制系統(tǒng)與行走策略.25 4.1 控制系統(tǒng) .25 4.1.1 控制系統(tǒng)總體方案.25 2).計數(shù)的擴展.26 3).中斷的擴展.27 4).數(shù)模轉(zhuǎn)換器的選擇.28 5).5).電機驅(qū)動芯片選擇.30 4.1.2 電源模塊.33 4.1.3 光電耦合器（TLP521-4）.34 4.2 行走策略 .34 4. 3 傳感器采樣.35

13、4. 4 控制策略.35 4. 5 動作類型 .36 4.5.1 直線路徑行走.36 4.5.2 特殊路徑的行走.37 4.5.3 左轉(zhuǎn)彎.37 4.5.4 右轉(zhuǎn)彎.37 4.5.5 停車.37 第 5 章 總結(jié)與展望.38 5.1 全文總結(jié) .38 5.2 研究展望 .38 感謝.39 參考文獻.40 第第 1 章章 緒緒 論論 1.11.1 概述概述 AGV(Automatic Guided Vehicle)自動導(dǎo)引車是上世紀 50 年代發(fā)展起來的智能 搬運型機器人。AGV 是現(xiàn)代工業(yè)自動化物流系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，它是以電池為動力， 裝備有電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)航裝置，能夠獨立自動尋址，并通

14、過計算機系統(tǒng)控制，完成 無人駕駛及作業(yè)的設(shè)備。自從 1913 年美國福特汽車公司使用有軌底盤裝配車，1954 年英 國采用地下埋線電磁感應(yīng)導(dǎo)向車以來，到九十年代全世界擁有 AGV(Automated Guided Vehicles)10 萬臺以上。近年來，自動化技術(shù)呈現(xiàn)加速發(fā)展的趨勢，國內(nèi)自動化立體倉庫 和自動化柔性裝配線進入發(fā)展與普及階段。其中，在自動倉庫與生產(chǎn)車間之間，各工位 之間，各段輸送線之間，AGV 起了無可替代的重要作用，與傳統(tǒng)的傳送輥道或傳送帶相比， AGV 輸送路線具有施工簡單、路徑靈活，不占用空間、較好的移動性、柔性等優(yōu)點。 1.21.2 發(fā)展趨勢及發(fā)展前景發(fā)展趨勢及發(fā)展前景

15、 1913 年，美國福特汽車公司使用有軌底盤裝配車。1953 年，美國 Barrett Electric 制 造了世界上第一臺采用埋線電磁感應(yīng)式的跟蹤路徑自動導(dǎo)向車，也被稱作“無人駕駛牽 引車” 。20 世紀 70 年代中期，具有載貨功能的 AGV 在歐洲得到迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用，并 被引入美國用于自動化倉儲系統(tǒng)和柔性裝配系統(tǒng)的物料運輸。從 80 年代初開始，新的導(dǎo) 向方式和技術(shù)得到更廣泛研究和開發(fā)。90 年代以來，AGV 從僅由大公司應(yīng)用，正向小公 司單臺應(yīng)用轉(zhuǎn)變，而且其效率和效益更好。AGV 按照引導(dǎo)方式不同分為：固定路徑導(dǎo)引、 自由路徑導(dǎo)引等。按照移載方式不同分為：側(cè)叉式移載、叉車式移載、

16、推挽式移載、輥 道輸送機式移載、升降臺式移載、機械手式移載等. AGV 是伴隨著柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)、自動化立體倉庫 而產(chǎn)生并發(fā)展起來的。日本人認為 1981 年是柔性加工系統(tǒng)元年，這樣計算 AGV 大規(guī)模應(yīng) 用的歷史也只有 15 至 20 年。但是，其發(fā)展速度是非常快的。1981 年美國通用公司開始 使用 AGV，1985 年 AGV 保有量 500 臺，1987 年 AGV 保有量 3000 臺。資料表明歐洲 40%的 AGV 用于汽車工業(yè)，日本 15%的 AGV 用于汽車工業(yè)，也就是說 AGV 在其他行業(yè)也有廣泛的 應(yīng)用。 1 目前國內(nèi)總體看 AGV 的應(yīng)用剛剛

17、開始，相當(dāng)于國外 80 年代初的水平。但從應(yīng)用的行 業(yè)分析，分布面非常廣闊，它常用于工廠,汽車工業(yè)，飛機制造業(yè)，家用電器行業(yè)，煙草 行業(yè)，機械加工，倉庫，郵電部門,地下采礦廠中進行材料運輸,也用于海洋和太空探索 等。這說明 AGV 有一個潛在的廣闊市場。 1 AGV 從技術(shù)的發(fā)展看，主要是從國家線路向可調(diào)整線路；從簡單車載單元控制向復(fù)雜 系統(tǒng)計算機控制；從原始的段點定期通訊到先進的實時通訊等方向發(fā)展；從落后的現(xiàn)場 控制到先進的遠程圖形監(jiān)控；從領(lǐng)域的發(fā)展看，主要是從較為集中的機械制造、加工、 裝配生產(chǎn)線向廣泛的各行業(yè)自動化生產(chǎn)，物料搬運，物品倉儲，商品配送等行業(yè)發(fā)展。 自動導(dǎo)航車開發(fā)的一個主要領(lǐng)

18、域是導(dǎo)航和控制,導(dǎo)航的本質(zhì)就是避免迷路和與障礙物相撞 成功的到達目的地.所以,自動導(dǎo)引小車具有很大的發(fā)展前景. 13AGVAGV 系統(tǒng)的構(gòu)成與系統(tǒng)的構(gòu)成與 AGVAGV 的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 1.3.11.3.1 AGVAGV 系統(tǒng)的構(gòu)成系統(tǒng)的構(gòu)成 AGV 一般采用輪式驅(qū)動，具有電動車的特征。AGV 小車能在地面控制系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度 下，自動搬運貨物，實現(xiàn)自動化的物料傳送。因其具有靈活性、智能化等特點，能夠方 便地重組系統(tǒng)，達到生產(chǎn)過程中的柔性化運輸之目的。較之傳統(tǒng)的人工或半人工的物料 輸送方式，AGV 系統(tǒng)大大減輕了勞動強度和危險性，提高了工作效率，在機械、電子、紡 織、卷煙、醫(yī)療、食品、造紙等行業(yè)都

19、可以發(fā)揮作用。國外的 AGV 系統(tǒng)設(shè)計，應(yīng)用水平 都比較高，應(yīng)用范圍也很廣泛。國內(nèi)的應(yīng)用相對少一些，但是在各方面的共同努力下， 國內(nèi)的 AGV 系統(tǒng)的設(shè)計水平和應(yīng)用水平正在接近或趕超國際先進水平。 AGV 系統(tǒng)由控制臺、通訊系統(tǒng)、地面導(dǎo)航系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、AGV 和地面移載設(shè)備組成， 如圖 1-1 所示。 待命站 充電系統(tǒng) 路徑AGV 圖 1-1 AGV 系統(tǒng)示意圖 其中主控計算機負責(zé) AGV 系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的聯(lián)系與管理，它根據(jù)現(xiàn)場的物料需求狀 況向控制臺下達 AGV 的輸送任務(wù)。在 AGV 電池容量降到預(yù)定值后，充電系統(tǒng)給 AGV 自動 地面移 栽設(shè)備 充電。地面移載設(shè)備一般采用滾道輸送機、鏈

20、式輸送機等將物料從自動化倉庫或工作現(xiàn) 場自動移載到 AGV 上，反之也可以將物料從 AGV 上移載下來并輸送到目的地。AGV、充電 系統(tǒng)、地面移載設(shè)備等都可以根據(jù)實際需要及工作場地任意布置，這也體現(xiàn)了 AGV 在自 動化物流中的柔性特點。 1.3.21.3.2 AGVAGV 的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) AGV 由車載控制系統(tǒng)、車體系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、移載系統(tǒng)和安全與輔助系統(tǒng) 組成。 （1）車載控制系統(tǒng) 車載控制系統(tǒng)是 AGV 的核心部分，一般由計算機控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、 操作面板及電機驅(qū)動器構(gòu)成.計算機控制系統(tǒng)可采用 PLC、單片機及工控機等。導(dǎo)航系統(tǒng) 根據(jù)導(dǎo)航方式不同可分為電磁導(dǎo)航、磁條導(dǎo)

21、航、激光導(dǎo)航和慣性導(dǎo)航等不同形式.通過導(dǎo) 航系統(tǒng)能使 AGV 確定其自身位置，并能沿正確的路徑行走。通訊系統(tǒng)是 AGV 和控制臺之 間交換信息和命令的橋梁，由于無線電通訊具有不受障礙物阻擋的特點，一般在控制臺 和 AGV 之間采用無線電通訊，而在 AGV 和移載設(shè)備之間為了定位精確采用光通訊.操作面 板的功能主要是在 AGV 調(diào)試時輸入指令，并顯示有關(guān)信息，通過 RS232 接口和計算機相 連接。AGV 上的能源為蓄電池，所以 AGV 的動作執(zhí)行元件一般采用直流電動機、步進電動 機和直流伺服電機等。 （2）車體系統(tǒng) 它包括底盤、車架、殼體和控制器、蓄電池安裝架等，是 AGV 的軀體，具有電動車

22、 輛的結(jié)構(gòu)特征。 （3）行走系統(tǒng) 它一般由驅(qū)動輪、從動輪和轉(zhuǎn)向機構(gòu)組成.形式有三輪、四輪、六輪及多輪等，三輪 結(jié)構(gòu)一般采用前輪轉(zhuǎn)向和驅(qū)動，四輪或六輪一般采用雙輪驅(qū)動、差速轉(zhuǎn)向或獨立轉(zhuǎn)向方 式。 （4）移載系統(tǒng) 它是用來完成作業(yè)任務(wù)的執(zhí)行機構(gòu)，在不同的任務(wù)和場地環(huán)境下，可以選用不同的 移載系統(tǒng)，常用的有滾道式、叉車式、機械手式等。 （5）安全與輔助系統(tǒng) 為了避免 AGV 在系統(tǒng)出故障或有人員經(jīng)過 AGV 工作路線時出現(xiàn)碰撞，AGV 一般都帶有 障礙物探測及避撞、警音、警視、緊急停止等裝置。另外，還有自動充電等輔助裝置。 （6）控制臺 控制臺可以采用普通的 IBM-PC 機，如條件惡劣時，也可采用

23、工業(yè)控制計算機，控制 臺通過計算機網(wǎng)絡(luò)接受主控計算機下達的 AGV 輸送任務(wù)，通過無線通訊系統(tǒng)實時采集各 AGV 的狀態(tài)信息。根據(jù)需求情況和當(dāng)前各 AGV 運行情況，將調(diào)度命令傳遞給選定的 AGV。AGV 完成一次運輸任務(wù)后在待命站等待下次任務(wù)。如何高效地、快速地進行多任務(wù) 和多 AGV 的調(diào)度，以及復(fù)雜地形的避碰等一系列問題都需要軟件來完成。由于整個系統(tǒng) 中各種智能設(shè)備都有各自的屬性，因此用面向?qū)ο笤O(shè)計的 C+語言來編程是一個很好的選 擇。在編程時要注意的是 AGV 系統(tǒng)的實時性較強，為了加快控制臺和 AGV 之間的無線通 訊以及在此基礎(chǔ)上的 AGV 調(diào)度，編程中最好采用多線程的模式，使通訊

24、和調(diào)度等各功能 模塊互不影響，加快系統(tǒng)速度。 （7）通訊系統(tǒng) 通訊系統(tǒng)一方面接受監(jiān)控系統(tǒng)的命令，及時、準確地傳送給其它各相應(yīng)的子系統(tǒng)， 完成監(jiān)控系統(tǒng)所指定的動作:另一方面又接收各子系統(tǒng)的反饋信息，回送給監(jiān)控系統(tǒng)，作 為監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)調(diào)、管理、控制的依據(jù)。 由于 AGV 位置不固定，且整個系統(tǒng)中設(shè)備較多，控制臺和 AGV 間的通訊最適宜用無 線通訊的方式?？刂婆_和各 AGV 就組成了一點對多點的無線局域網(wǎng)，在設(shè)計過程中要注 意兩個問題: 無線電的調(diào)制問題 無線電通訊中，信號調(diào)制可以用調(diào)幅和調(diào)頻兩種方式。在系統(tǒng)的工作環(huán)境中，電磁 干擾較嚴重，調(diào)幅方式的信號頻率范圍大，易受干擾，而調(diào)頻信號頻率范圍很窄，

25、很難 受干擾，所以應(yīng)優(yōu)先考慮調(diào)頻方式。而且調(diào)幅方式的波特率比較低，一般都小于 3200Kbit/s，調(diào)頻的波特率可以達到 9600K bit/s 以上。 通訊協(xié)議問題 在通訊中，通訊的協(xié)議是一個重要問題。協(xié)議的制定要遵從既簡潔又可靠的原則。 簡潔有效的協(xié)議可以減少控制器處理信號的時間，提高系統(tǒng)運行速度。 （8）導(dǎo)航系統(tǒng) 第第 2 章章 AGV 的總體設(shè)計的總體設(shè)計 2.2. 1 1 總體設(shè)計總體設(shè)計 AGV 一般由車體、蓄電池、充電系統(tǒng)、驅(qū)動裝置、轉(zhuǎn)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)、移載裝置和車體方位計算子系統(tǒng)等組成。車體由車 架和相應(yīng)的機械電氣部件如減速箱、電機、

26、車輪等組成，它是 AGV 的基礎(chǔ)部分。車架要 從強度和剛度上滿足車體運行和加速時的要求，常用鋼構(gòu)件焊接而成，其外殼為 1mm3mm 的鋼板或鋁合金板，車架空間安置與驅(qū)動和轉(zhuǎn)向直接有關(guān)或重量較大的部件(如 蓄電池)，以利于機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和降低車體重心，重心越低越有利于抗傾翻。板上常安置 移載裝置、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、按鍵、顯示屏等。車體的前后部分還安裝安全擋圈和 超聲波傳感器。 AGV 常采用 24V 或 48V 直流工業(yè)蓄電池為動力。蓄電池供電應(yīng)達到額定的安培小時值， 一般應(yīng)保證 8h 以上的工作需要，對二班制工作環(huán)境則要求 17h 以上的供電能力.蓄電池 充電可采用隨機充電和全周期充電兩種方式

27、。隨機充電采用可任意充電的汽車免修蓄電 池，在 AGV 的備用停泊站，無時間限制地隨時充電。全周期充電則要求 AGV 退出服務(wù)， 并進入指定的充電區(qū)且當(dāng)蓄電池電荷降至指定范圍時方可充電。此類電池一般執(zhí)行 4h 連 續(xù)充電，2h 冷卻的規(guī)范。也有的 AGV 采用上述兩種充電方式相結(jié)合的方式。充電操作有 自動、人工和快速更換的可抽拉式三種。 驅(qū)動裝置由車輪、減速器、制動器、電動機及速度控制器等部分組成。AGV 驅(qū)動命令 由計算機發(fā)出，驅(qū)動的速度與方向是兩個獨立的變量，它們分別由計算機控制。速度調(diào) 節(jié)可采用不同的方法，如用脈寬調(diào)速或變頻調(diào)速等。AGV 在直線行走、拐彎和接近停位點 時要求不同的車速，

28、直線行走高速度常達 lm/s，拐彎時為 0. 2m/s0. 6m/s,接近停位 點時為 0. lm/s。 AGV 的方向控制是由導(dǎo)引系統(tǒng)的方向信息通過轉(zhuǎn)向裝置來實現(xiàn)的。AGV 通常被設(shè)計成 三種運動方式:(1)只能向前;(2)能向前與向后;(3)能縱向、橫向、斜向及回轉(zhuǎn)四個方向 的運動。 “智能”較高的 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。 控制器計算機通過通信系統(tǒng)從地面站接受指令并報告自己的狀態(tài)。通?？刂破骺赏瓿梢?下工作:手動控制、安全裝置啟動、蓄電池狀態(tài)、轉(zhuǎn)向極限、制動器解脫、行走燈光、驅(qū) 動和轉(zhuǎn)向電機控制和充電接觸器等。某些 AGV 具有編程能力，允

29、許小車離開導(dǎo)引路徑， 駛向某個示教地點，完成任務(wù)后循原道返回到導(dǎo)引路徑上來。 AGV 的控制指令一般是由地面控制器(車外)發(fā)出，AGV 的狀態(tài)也通過通信系統(tǒng)送回地 面控制器。通信系統(tǒng)有兩種:連續(xù)方式和分散方式。連續(xù)通信系統(tǒng)允許 AGV 在任何時候和 相對地面控制器的任何位置使用射頻方法或使用在導(dǎo)引路徑內(nèi)的通信電纜收發(fā)信息。如 采用無線電、紅外激光的通信方法。分散式系統(tǒng)只是在預(yù)定的地點(通信點)如 AGV 停泊 站等，在特定的 AGV 與地面控制器之間提供通信。一般來說，這種通信是通過感應(yīng)或光 學(xué)的方法來實現(xiàn)的。分散通信的一個明顯缺點是:如果 AGV 在兩通信點之間發(fā)生故障， AGV 將無法與地

30、面控制站取得聯(lián)系。目前大多數(shù) AGV 系統(tǒng)都是采用分散式通信方式，因為 其價格較便宜。 AGV 的安全系統(tǒng)既要實現(xiàn)對 AGV 的保護，又要實現(xiàn)對人，或?qū)ζ渌孛嬖O(shè)備的保護。 其安全保護方法可歸納為兩類:接觸式和非接觸式兩種保護系統(tǒng)。對自由路徑(無固定導(dǎo) 引路徑)型的 AGV，還要進行車體方位的計算，它由車體方位計算子系統(tǒng)來完成。AGV 的 方位，即在總體坐標(biāo)系中的位置與方向，與車體左右輪的運動有一確定的關(guān)系，由此可 計算出 AGV 的方位。該子系統(tǒng)的功能是根據(jù)采樣信息，通過積分運算，實時計算出車體 方位x(t)，y(t)和 (t) 。根據(jù)需要，將計算的方位信息通過串行通信傳送給車上控 制器，然

31、后再通過無線電通信傳送給地面監(jiān)控系統(tǒng)，以實現(xiàn)對 AGV 的監(jiān)控。地面監(jiān)控系 統(tǒng)也可通過這一通信信路，對車體方位計算子系統(tǒng)進行操作，如初始化、重置車體方位 以消除累積誤差等。完成車體方位計算的基本輸入數(shù)據(jù)是車輪前進或后退的距離，即通 過對驅(qū)動車輪的電動機轉(zhuǎn)動角度的周期性采樣來獲取。 AGV 的導(dǎo)引方式可分為兩大類:(1)車外固定路徑導(dǎo)引方式，在行駛的路徑上設(shè)置導(dǎo)引 用的信息媒介物，AGV 通過檢測出它的信息來得到導(dǎo)引，如電磁導(dǎo)引、光學(xué)導(dǎo)引、磁帶導(dǎo) 引(又稱磁性導(dǎo)引)等。(2)自由路徑(無固定路徑)導(dǎo)引方式，AGV 上儲存著系統(tǒng)布局上的 尺寸坐標(biāo)，通過識別車體當(dāng)前方位，自主地決定行駛路徑，這類導(dǎo)引

32、方式也稱為車上軟 件編程路徑方式。 綜合 AGV 的上述特點，再結(jié)合本次設(shè)計的具體要求，確定本次 AGV 的研制原則:即以 最簡單形式、最少的成本、盡可能可靠的動作完成課題要求。 據(jù)此，形成機器人的基本控制思路:紅外傳感器取得反射信號送給單片機，通過單片 機對有無反射信號進行處理，同樣超聲波傳感器也將信號傳給單片機，通過單片機對感 應(yīng)時間進行處理，結(jié)合路徑圖進行綜合分析后輸出控制信號，控制信號通過控制電路放 大、輸出到電機對小車動作進行控制。整個控制流程中不用光電編碼器，即沒有電機運 動狀態(tài)的信息反饋，所有信息都由傳感器輸入，屬開環(huán)控制。邏輯圖如圖 2-1 所示。 圖 2-1 控制邏輯圖 開環(huán)

33、控制的優(yōu)點是信息源少，需要單片機分析的數(shù)據(jù)比較少，比較適合使用單片機 作為控制器，而缺點就是由于信息源單一，對輸入信息沒有糾錯能力，只要信息源出現(xiàn) 錯誤就會出現(xiàn)狀態(tài)誤判。使用開環(huán)控制的前提就是要確保信息源的可靠性。 據(jù)此確定機器人的設(shè)計總體思路:通過紅外傳感器作為導(dǎo)航，單片機為控制器，電機 差動式實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，根據(jù)預(yù)設(shè)路線，實現(xiàn) AGV 導(dǎo)航定位策略的方式及用最簡單的設(shè)置、最 少的器械部件完成比賽的任務(wù)。需要部件如下表所列。 表 2-1 名稱數(shù)量 超聲波傳感器 1 紅外傳感器 4 車體 1 直流電動機 2 蓄電池 2 電源穩(wěn)壓模塊 1 控制電路 1 單片機 1 2.2. 2 2 小車運動分析小車運

34、動分析 車輪機構(gòu)的運動分析是指己知車輪的驅(qū)動速度條件下，確定車體的移動速度和旋轉(zhuǎn) 角速度。AGV 的驅(qū)動系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)是密不可分的，又都跟采用何種類型的小車底盤的結(jié) 構(gòu)形式有關(guān)。本 AGV 采用四輪底盤、后兩主動輪差速驅(qū)動/導(dǎo)向。兩主動輪分別由兩個直 流伺服電動機驅(qū)動，通過控制電機電壓可以控制車輪的轉(zhuǎn)速。利用兩輪的速差可以實現(xiàn) 轉(zhuǎn)向。該機構(gòu)還包括一制動器，當(dāng)需要緊急停車時，按制動器開關(guān)來制動車輪。導(dǎo)向系 統(tǒng)采用紅外導(dǎo)引技術(shù)。下面對小車的轉(zhuǎn)彎運動作初步分析： 小車在轉(zhuǎn)彎時的狀態(tài)：小車以速度 V 勻速轉(zhuǎn)彎；小車兩主動輪間的距離為 D；小車兩 主動輪中心（假設(shè)小車質(zhì)量分布均勻）與轉(zhuǎn)彎圓心的距離即轉(zhuǎn)彎

35、半徑為 R；車輪半徑為 r；兩輪的轉(zhuǎn)速分別為 N1、N2；車重為 G；小車與行駛路面的摩擦系數(shù)為。則有： RVDRrN RVDRrN gVR 2/)2(2 2/)2(2 )/( 1 2 2 系統(tǒng)中，V 取 1m/s；小車質(zhì)量 G 約為 150kg；取摩擦系數(shù)=0.2；取 R=1000mm 圖 2-2 小車狀態(tài)示意圖 2.32.3 傳感器的選用傳感器的選用 2.3.1 體設(shè)計與實現(xiàn)體設(shè)計與實現(xiàn) 根據(jù)經(jīng)濟實惠，易于實現(xiàn)，可靠性好等原則,穩(wěn)定性能得到提升。當(dāng)小車底部的某邊 紅外線收發(fā)對管遇到黑帶時輸入電平為低電平，反之為高電平。結(jié)合中斷查詢方式，通 過程序控制小車往哪個方向行走。 根據(jù)傳感器應(yīng)用場合

36、不同選擇不同，感覺的距離范圍不同，可從幾毫米到幾米。選 用FS-359F反射紅外傳感器，048W型封裝。該封裝形狀規(guī)則，便于安裝。激光傳感器雖然 性能不錯，但價格較貴。從需要510cm垂直探測距離的要求來看，普通的紅外反射式傳 感器又很難勝任。在對個型號的傳感器測試后，選用了價格、性能基本適合的048W封 裝的反射紅外傳感器。在使用約40A的發(fā)射電流，沒有強烈日光干擾（在有日光燈的房 間里）探測距離能達cm，完全能滿足探測距離要求。紅外傳感器的電路有多種形式， 在這里為了安裝調(diào)試方便，我們采用了下圖的電路形式。 2.3.2 聲波傳感器避障原理聲波傳感器避障原理 超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)

37、射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射 和接收回波的時間差 t,然后求出距離 S=Ct/2，式中的 C 為超聲波波速。 由于超聲波也是一種聲波，其聲速C與溫度有關(guān)。在使用時，如果溫度變化不大，則 可認為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ?聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。這就是超聲波測距儀的機理。 其系統(tǒng)框圖如下圖所示。 圖2-4 超聲波測距原理框圖 2.3.3 聲波模塊具體功能簡介聲波模塊具體功能簡介 （1）三種測距模式選擇跳線J1（短距、中距、可調(diào)距）： 短距：10cm80cm左右（根據(jù)被測物表面材料決定） 。 中距：80cm400

38、cm左右（根據(jù)被測物表面材料決定） 。 可調(diào)：范圍由可調(diào)節(jié)參數(shù)確定。 （2）單/多模組的兩種使用方法（單傳感器、陣列式傳感器）： 單模組使用：單模組就可完成測距實驗，一般只用來做測距/障礙物方面的應(yīng)用。 多模組配合使用：模組上提供接口J5、J6，可將幾個模組串聯(lián)起來，組成陣列式的傳 感器組。 （3）應(yīng)用領(lǐng)域: 為方便進行單片機接口方面的學(xué)習(xí)專門設(shè)計的模塊，超聲波測距模組可以方便的和 61板連接，可應(yīng)用在小距離測距、機器人檢測、障礙物檢測等方面，可用于驗證方車輛 倒車雷達以及家居安防系統(tǒng)等應(yīng)用方案驗證。 2.3.4 規(guī)格參數(shù)規(guī)格參數(shù) 超聲波傳感器諧振頻率：40KHz 模組傳感器工作電壓：4.5V

39、9V 模組接口電壓：4.5V5.5V 尺寸：6.48cm*4.07cm 第第 3 章章 AGV 機械結(jié)構(gòu)和驅(qū)動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計機械結(jié)構(gòu)和驅(qū)動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計 3.1 AGV 機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計 AGV 小車結(jié)構(gòu)示意圖 3-1。小車采用兩后輪獨立驅(qū)動差速轉(zhuǎn)向，兩前輪為萬向輪的 四輪結(jié)構(gòu)形式。步進電機經(jīng)減速器后通過驅(qū)動輪提供驅(qū)動力，當(dāng)兩輪運動速度不同時就 可以實現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向。 1-后輪，2-減速器，3-電瓶，4-光感應(yīng)器，5-前輪， 6-單片機，7-車架，8-步進電機驅(qū)動器，9-步進電機 圖 3-1 AGV 結(jié)構(gòu)示意圖 1、車架 車架是整個 AGV 小車的機體部分，主要用于安裝輪子、光感應(yīng)器、步進電機和減速

40、 器。車架上面安裝步進電機驅(qū)動器、PCD 板和電瓶。對于車架的設(shè)計，要有足夠的強度 和硬度要求，故車架材料選用鑄造鋁合金，牌號為 6061。其中 6061 質(zhì)量比較輕，焊接性 好。 2、車輪 車輪采用實心橡膠輪胎。車體后面兩主動輪為固定式驅(qū)動輪，與輪轂式電機相連。 前面兩個隨動輪為旋轉(zhuǎn)式隨動輪，起支承和平衡小車的作用。 3、載荷傳送裝置 AGV 的載荷傳送裝置為一平板，其作用為運輸箱體類零件到指定工位。主要用來裝 載箱體類零件，運送物料等。 4. AGV 的自動引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計 采用的光電傳感器型號為 EE-SPY402，屬于反射型光電感測器，入光時 ON，偵測距 離約 5mm，并附動作指示燈電源

41、電壓為 DC524V，控制輸出 80mA。光電感測器電源電 壓 5V，當(dāng)偵測到前方有反射物體時，動作指示燈亮，out 端與負端形成通路，且 out 端由 4V 高電位降為 0V 低電位。此反射型光電感測器所偵測到前方的反射物體以白色為標(biāo)準。 單片機與光電感測器連接電路如圖 3-3 所示，分別將七組光電感測器的 out 端接至單 片機的 P0 口，供應(yīng) 5V 電壓，且負端輸出與單片機共接地；單片機一次讀取 P0 口的狀態(tài)， 組合成二進位系統(tǒng)，經(jīng)過程序處理與判斷，獲得當(dāng)時 AGV 的位置。七組光電感測器排成 H 型來檢測 AGV 的當(dāng)前位置。 圖 3-3 AT89C51 單片機與光電感測器的連接

42、3.1.13.1.1 車體尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計車體尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計 車體框架是裝配 AGV 其他零部件的主要支撐裝置，是運動中的主要部件之一，主要 分為主框架和副框架兩個部分。主框架為立體型框架結(jié)構(gòu)，用于安裝各種控制和通訊設(shè) 備。副框架則安裝輪子、各種傳感器和驅(qū)動電機，主框架和副框架用可拆卸聯(lián)接，便于 安裝和拆卸，總的來說 AGV 車架相當(dāng)于汽車底盤，是 AGV 機械部分的關(guān)鍵。車架設(shè)計及 工藝的合理性直接影響 AGV 的定位精度，應(yīng)滿足的主要條件如下: (1) 車體的強度和剛度必須滿足小車承載及運行加速時的要求. (2) 在保證車體有足夠剛度的條件下，盡量減輕車體的重量，以提高有效承載重量. (3) 盡

43、量降低車體重心，提高整車的抗傾翻能力 (4) 車體的外廓不應(yīng)有突出部分，以防止碰撞其他物體 根據(jù)以上所述要求，并能更好地滿足實際任務(wù)的需要，AGV 整體尺寸設(shè)計為 0.50.30.4 m(長寬高)。除 AGV 車體以外的其他輔助系統(tǒng)的安裝直接影響著小車 的驅(qū)動和轉(zhuǎn)向。AGV 車體重心越低，越有利于抗傾翻。如圖 3-4 為車體實物外型。 圖 3-4小車車體實物外型 3.1.23.1.2 驅(qū)動方式的選擇驅(qū)動方式的選擇 AGV 驅(qū)動的方式大致可分成兩種，一種為兩臺電機各置于左、右兩邊，利用兩臺電機 的動作與兩輪差速的方式達到左右轉(zhuǎn)，前進或停止，即差速型。另一種方式則類似汽車 的轉(zhuǎn)向及傳動方式，即前輪

44、為轉(zhuǎn)向輪，后輪為驅(qū)動輪，稱為舵輪型。前輪利用電機控制 連接前輪的連桿，帶動前輪左、右轉(zhuǎn)向，而后輪直接利用步進電機與減速機構(gòu)帶動承載 車前進或停止。 傳感器接受 信號 判斷 位置 達到要 求位置 利用兩獨立電機 以差速方式驅(qū)動轉(zhuǎn) 向 圖 3-5 差速型轉(zhuǎn)間流程圖 這兩種傳動方式有不同的控制流程，第一種利用兩個左、右電機差速轉(zhuǎn)彎，因此控 制流程圖如圖 3-5 所示。經(jīng)由傳感器感應(yīng)地面軌道回傳轉(zhuǎn)向訊號后，馬上經(jīng)由控制系統(tǒng) 判斷轉(zhuǎn)向位置，當(dāng)位置正確時承載車則繼續(xù)前進，反之，電機即會繼續(xù)轉(zhuǎn)向直到傳感器 與地面軌道子系統(tǒng)回傳直行訊號。此種傳動方式當(dāng)承載重量過大時，可能會因電機扭力 不足無法動作。而第二種則

45、類似汽車轉(zhuǎn)向及傳動方式，如圖 3-6 所示。本課題中我們所 選的驅(qū)動移載機構(gòu)就為差速型，即小車的前面兩輪為萬向輪，而后面兩輪分別由兩個直 流電機驅(qū)動和控制 傳感器接受 信號 判斷 位置 達到要 求位置 步進伺服電機轉(zhuǎn)向 圖 3-6 舵輪型轉(zhuǎn)向流程圖 3.1.33.1.3 傳感器的布置傳感器的布置 傳感器導(dǎo)航系統(tǒng)的功能是使 AGV 沿固定的路線行駛。根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計要求，采用 寬為 l .5cm 的白色導(dǎo)引帶作為 AGV 的航向標(biāo)志。本導(dǎo)航系統(tǒng)采用紅外傳感器作為導(dǎo)航傳 感器，通過多個傳感器組合使用進行對 AGV 的航向?qū)б?利用地面顏色與色帶顏色的反差，在明亮的地面上用黑色色帶，在黑暗的地面上

46、用白 色色帶。導(dǎo)引車的下面裝有光源，用以照射色帶。由色帶反射回來的光線由光學(xué)檢測器 （傳感器）接受，經(jīng)過檢測和運算回路進行計算，將計算結(jié)果傳至驅(qū)動回路，由驅(qū)動回 路控制驅(qū)動系統(tǒng)工作。當(dāng) AGV 偏離導(dǎo)引路徑時，傳感器檢測到的亮度不同，經(jīng)過運算回 路計算出相應(yīng)的偏差值，然后由控制回路對 AGV 的運行狀態(tài)進行及時修正，使其回到導(dǎo) 引路徑上來。因此，AGV 能夠始終沿著色帶的導(dǎo)引軌跡運行。紅外反射式光電傳感器，包 括一個可以發(fā)射紅外光的固態(tài)發(fā)光二極管和一個用作接收器的固態(tài)光敏二極管（或光敏 三極管）。 本設(shè)計采用五個紅外傳感器(1 號5 號)按“U”字型排開，整個“U”型支架寬，如 圖 3-7。其

47、中中間的 2 號、3 號和 5 號紅外傳感器用于跟蹤白色導(dǎo)引線之用，考慮到導(dǎo)引 線寬為 100mm，取 2 號、3 號和 5 號灰度傳感位置相互距離為 100mm。1 號和 4 號紅外傳 感器用于判斷是否為垂直交叉或直角拐角路口，如圖 3-8 所示。 右前輪 左前輪 號灰度傳感器 黑色引導(dǎo)帶 圖 3-7 制導(dǎo)系統(tǒng)安裝位置示意圖圖 圖 3-8 制導(dǎo)系統(tǒng)局部放大示意圖 3. 2 驅(qū)動系統(tǒng)部件的選擇與校核 AGV 的驅(qū)動系統(tǒng)主要由驅(qū)動電源、直流電動機和減速器組成。電動機的性能參數(shù)及咸 速器的規(guī)格型號的確定直接決定整車的動力性，即車輛的運動速度和驅(qū)動力直接決定整 車的動力性，即車輛的運動速度和驅(qū)動力。

48、 3.2.13.2.1 電機的選擇電機的選擇 自動引導(dǎo)車是電動車的一種，而電機是電動車的驅(qū)動源，出于直流電機本身具有控 制系統(tǒng)簡單，調(diào)速方便，不需逆變裝置等優(yōu)點，并且本課題設(shè)計的 AGV 不需要工作在高 速大功率之上，因此，在本文仍采用直流電機作為驅(qū)動系統(tǒng)的動力源 。 我們設(shè)計的 AGV 原理樣車載重總質(zhì)量為 250kg，最高時速設(shè)定為 1.11m/s，正常運行 時速設(shè)定為 0.280.83m/s 。 初步選擇電機的種類為直流伺服電機，型號為 130SZD，相關(guān)的參數(shù)如表 3-1 所示。 在實際應(yīng)用中，電機的輸入電壓為 48V，該電機為恒轉(zhuǎn)矩直流電機，根據(jù)其功率特性 圖，電機的轉(zhuǎn)速大約為 60

49、0r/min，以下計算就按照上述參數(shù)進行計算。 表 3-1 電機相關(guān)參數(shù)表 參數(shù)名稱相關(guān)數(shù)據(jù) 額定轉(zhuǎn)矩 11Nm 額定轉(zhuǎn)速 1000r/min 額定功率 l.lkw 額定電壓 90v 額定電流 15A 峰值轉(zhuǎn)矩 88Nm 機電時間常數(shù) 2.13ms 重量 14kg 3.2.23.2.2 行走系統(tǒng)的驅(qū)動裝置行走系統(tǒng)的驅(qū)動裝置 小車采用差速轉(zhuǎn)向控制，故每個驅(qū)動輪都有獨立的驅(qū)動電機。為了使系統(tǒng)運行可靠 且維護方便，本系統(tǒng)采用兩個無刷直流電機作為驅(qū)動電機。同時，為了安裝、操作方便， 選用了低速性能較好的外轉(zhuǎn)子無刷電機，將其外轉(zhuǎn)子直接作為車輪，且無需配備減速機 構(gòu)。 根據(jù) AGV 所要承載的負荷、系統(tǒng)的

50、自重以及車速要求，本系統(tǒng)選用了直流電機，直 流電動機被廣泛應(yīng)用于各種驅(qū)動裝置和伺服系統(tǒng)中，主要優(yōu)點是調(diào)速和啟動特性好，轉(zhuǎn) 矩大。 無刷直流電動機是由電動機、轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子開關(guān)線路三部分組成，它的原 理框圖如圖 3-9。 直流電源開關(guān)電路電動機負載 位置感應(yīng)器 圖 3-9 無刷直流電機原理圖 采用霍爾元件作為位置傳感器的無刷直流電動機通常稱為“霍爾無刷直流電動機” 。 由于無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子是永磁的，就可以很方便地利用霍爾元件的“霍爾效應(yīng)”檢 測轉(zhuǎn)子的位置。 3.2.3 AGV 行駛阻力的計算 AGV 在水平道路上等速行駛時必須克服來自地而的滾動阻力和來自空氣的空氣阻力。 滾動阻力以符號

51、 Ff表示，空氣阻力以符號 Fw表示。當(dāng) AGV 在坡道上行駛時，還必須克服 重力沿坡道的分力，稱為坡度阻力，以符號 Fi表示。AGV 加速行駛需要克服的阻力稱為 加速阻力，以符號 Fj表示。因此車輛行駛的總阻力為: .(3.1) fwij FFFFF (1)AGV 的滾動阻力的計算 .(3.2) f Fmg 式中: 滾動阻力系數(shù)，即車輪在一定條件卜滾動時所需的推力與車輪 負荷之比，即單位車輛重力所需的推力。滾動阻力系數(shù)由實驗確定。它與路 面的種類、行駛車速以及車輪的構(gòu)造、材料等有關(guān)。 考慮到 AGV 在工廠運行，路而一般為瀝青或混凝土路面，參考有關(guān)數(shù)據(jù) 可知，=0.0180.020，實際取

52、0.0196，設(shè)計其總質(zhì)量為 m=250kg，代 入公式(3.2)得滾動阻力為: 250 9.8 0.019648 f FN (2)加速阻力的計算 AGV 在加速行駛的過程中，需要克服其質(zhì)量加速運動時的慣性力，即加 速阻力 Fj。設(shè) AGV 從原地起步經(jīng)過的位移 S=lm 時，其車速達到 Vt1.Om/s 則 AGV 的加速度為: 22 0 2 0.5.(3.3) 2 t VV m a s S 故加速阻力為: 125 .(3.4) j FmaN (3)坡度阻力的計算 AGV 工作場的道路狀況一般較好，坡度較小，設(shè)坡道角為 =30，則坡 道阻力為: sin128 .(3.5) i Fm gaNA

53、 A AGV 小車不同于道路行駛的高速車輛，AGV 的最高時速一般為 1.11m/s，因此 空氣阻力對 AGV 行駛的影響可忽略不計。因此根據(jù) 3.1 式，AGV 總的運動阻力為: 48 0 125 128301 fwji FFFFFN 3.3 主減速比的選擇 (1)滿足驅(qū)動能力時的主減速比計算 原理樣車采用了半徑為 0.125m 的驅(qū)動輪?？偟倪\動阻力為 F=301N 則總的運動阻力矩為: 301 0.12537.6()MN mA 電機的轉(zhuǎn)矩為 11Nm，原理樣車采用兩個電機驅(qū)動，驅(qū)動系統(tǒng)電機驅(qū)動 力矩即為: 5.5 D MNm 為滿足 AGV 正常行駛，應(yīng)保證最小主減速比 imin為: m

54、in 37.6 6.84.(3.6) 5.5 D M i M (2)考慮保證運動速度時的主減速比計算 車輪半徑 R=0.125m，要求的最高運動速度為 Vmax=1.11m/s，則車輪的轉(zhuǎn) 速應(yīng)為: 1000 85min.(3.7) 120 w V nr R 已知電機的轉(zhuǎn)速為 n=600r/min，最大主減速比為: max 600 7.1 85 i 基于以上參數(shù)，確定主減速比的選擇范圍為: minmax.(3.8)s iii 即：6.84 7.1 s i 根據(jù)此運算結(jié)果，本課題選用螺旋錐齒輪減速器且 is=7.0 (3)進行運動速度的校核 知道了主減速比后，我們就可以進行運動速度的校核，確保車

55、輛有足夠 驅(qū)動力的同時也要有較高的工作速度。如前所述車輪半徑 R=0.125m，電機轉(zhuǎn) 速 n600r/min，主減速比 is=7.0，則: 260 (1000 ).(3.9) 4.041.12 s VRni k m hm s 雖然 1.12m/s 大于預(yù)期設(shè)定的速度值,但我們可以控制小車低速行駛，故可以選用該 電機。 (4)進行驅(qū)動能力的校核 車輪半徑 R=0.125m，扭矩 MD=5.5Nm，主減速比 is=7.0，則車輪的驅(qū)動力矩為: 5.5 7.038.5 w MNm 由于，所以能保證車輛的正常起動，并有一定的驅(qū)動力儲備。 w MM (5)啟動時加速度的校核 啟動時的驅(qū)動阻力為: Ff

56、= 48N。電機到車輪所發(fā)出的驅(qū)動力為: 5.5 7.0 0.125308 D FN 則加速度為: 2 30848 1.04.(3.10) 250 Df FF am s m 高于最初預(yù)計的加速度，這說明設(shè)計完全能夠達到預(yù)期的加速能力。 經(jīng)過上述計算和校核，確定電機的型號為 130SZD130SZD，減速器的型號為 TK38TK38 螺旋錐齒輪 減速器，is=7.0，車輪半徑為 0.125m，從而可以構(gòu)建原理樣車的行車驅(qū)動系統(tǒng)。 3.4 電源部分選擇電源部分選擇 目前AGV大多使用鎳鎘蓄電池，鎳氫蓄電池、鋰電池和鉛酸蓄電池下面就對以上幾 種類型的電池進行簡單比較： 1 、鎳鎘蓄電池 內(nèi)阻小，可供

57、大電流放電，放電時電壓變化小與其他種類電池相比之下，鎳鎘電池 可耐過充電或放過電，操作簡單方便放電電壓依據(jù)其放電電流多少有些差異，大體上是 1. 2V 左右鎳鎘電池的放電終止電壓為 1. OV/cell，實使用溫范圍在200C600C，在此范 圍內(nèi)可進行放電?？芍貜?fù) 500 次以上的充放電。 2、鎳氫蓄電池 鎳氫電池能量比鎳鎘電池大二倍,用專門的充電器充電可在一小時內(nèi)快速充電,自放 電特性比鎳鎘電池好，充電后可保留更長時間,可重復(fù) 500 次以上的充放。 3、鋰電池 擁有高能量密度。與高容量鎳鎘電池相比，體積能量是其 1. 5 倍，能量密度是其 2 倍。高電壓，平均使用電壓為 3. 6V，是鎳

58、鎘電池、鎳氫電池的 3 倍，使用電壓平坦并且 高容量，廣泛的使用溫度-200C-600C。充放電壽命長，經(jīng)過 500 次放電后其容量至少還有 70%以上由于鋰電池具備了能量密度高電壓高，工作穩(wěn)定等特點。 4 鉛酸蓄電池 鉛酸電池是一種使用最廣泛的電池，它以海綿狀的鉛作為負極，二氧化鉛作為正極， 我們把這二種物質(zhì)稱為活性物質(zhì)，用硫酸水溶液作為電解液，它們共同參與電池的電化 學(xué)反應(yīng)。鉛酸蓄電池具有良好的可逆性、電壓特性平穩(wěn)、使用壽命長、適用范圍廣、原 材料豐富（且可再生使用）及造價低廉等優(yōu)點。主要應(yīng)用在交通運輸、礦山、港口、國 防、計算機、科研等國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域，是社會生產(chǎn)經(jīng)營活動和人類生活中不可

59、缺少的 產(chǎn)品。 經(jīng)過以上對蓄電池優(yōu)缺點的對比，本課題我們選擇用 2 塊 40Ah 的鉛酸蓄電池串聯(lián)方 式構(gòu)成電源，其輸出電壓為 122=24V，蓄電池布置在承載車身內(nèi)，總重量為 242=48kg. 第第 4 章控制系統(tǒng)與行走策略章控制系統(tǒng)與行走策略 4.1 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 4.1.14.1.1 控制系統(tǒng)總體方案控制系統(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(zhuǎn)時發(fā)出的脈沖信號，經(jīng)過自行設(shè)計和制作的脈沖鑒向電路，可以得到電機的 運轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速度和位

60、移；經(jīng)過在 AT89C51 單片機上運行的各種控制程序的適當(dāng)運算以 后，輸出的控制量經(jīng)過兩塊 DAC1208 轉(zhuǎn)換器變成模擬量，輸出到兩塊 UC3637 直流電動機 脈寬調(diào)制器，通過 H 橋開關(guān)放大器，作為執(zhí)行機構(gòu)的速度或者力矩給定，從而控制電機 的運轉(zhuǎn)，使整個 AGV 自動導(dǎo)引小車能夠完成所設(shè)計的控制任務(wù)。 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(jù)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(zhuǎn)速及分辨電機不同的旋轉(zhuǎn)方向。安裝在電機旋轉(zhuǎn)軸上的數(shù)字編碼器 在電機運轉(zhuǎn)時能夠產(chǎn)生相位相差 90 度的兩路脈沖信號，電機的