1、机电一体化课程设计自动导引小车（AGV）设计方案小组成员：褚亚鹏柯健镪孙登强指导老师：徐海波2014.6.19Xian Jiaotong University- 1 -目录一、绪论 .- 4 -1.1 AGV 概述 .- 4 -1.2 AGV 国内外研究现状 .- 6 -1.3 AGV 的应用范围： .- 9 -1.4 AGV 的发展趋势分析： .- 11 -1.5 AGV 的市场前景分析： .- 12 -二、总体方案设计 .- 14 -2.1 设计方案概述： .- 14 -2.2 传感器部分初步设计： .- 14 -2.3 机械结构及驱动部分初步设计： .- 14 -2.4 控制部分初步设计
2、： .- 14 -三、传感器部分设计 .- 18 -四、机械结构及驱动部分设计 .- 20 -4.1 车体的设计： .- 20 -4.2 车轮及转向装置选择： .- 20 -4.3 电机的选择： .- 20 -4.4 驱动部分校核计算： .- 24 -4.5 蓄电池的选择： .- 25 -Xian Jiaotong University- 2 -4.6 总体机械结构设计及建模: .- 27 -五、控制部分设计 .- 30 -5.1 电源模块： .- 30 -5.2 驱动模块 .- 30 -5.3 循迹模块 .- 32 -5.4 避障模块 .- 33 -5.5 主控制模块 .- 34 -六、项目
3、总结与感悟 .- 37 -七、参考文献 .- 39 -八、附录 .- 40 -8.1 车体结构 ANSYS 仿真报告: .- 40 -Project .- 40 -Contents .- 41 -Units .- 41 -Model (C4).- 41 -Geometry .- 41 -Coordinate Systems .- 53 -Connections .- 53 -Mesh .- 67 -Xian Jiaotong University- 3 -Static Structural (C5) .- 68 -Solution (C6).- 71 -Material Data .- 73
4、-Structural Steel.- 73 -8.2 单片机控制程序: .- 75 -Xian Jiaotong University- 4 -一、绪论1.1 AGV 概述(1)AGV 的简介：根据美国物流协会定义，AGV（Automated Guided Vehicle）是指装备有电磁或光学导引装置，能够按照规定的导引路线行驶，具有小车运行和停车装置、安全保护装置以及具有各种移载功能的运输小车。(2)AGV 的特点：无人驾驶：AGV 上装有自动导向系统，可以保障系统在不需要人工引航的情况下就能够沿预定路线自动行使，将货物或物料自动从起始点运送到目的地。柔性好：自动化程度高和智能化水平高，A
5、GV 的行使路径可以根据仓储货位的要求、生产工艺流程等改变而灵活改变，并且路径改变的费用与传统的输送带和刚性的传送带相比非常低廉。AGV 一般配备有装卸机构，可以与其它物流设备自动接口，实现货物或物料的装卸与搬运全过程自动化。可装备多种声光报警系统，能通过车载障碍探测系统在碰撞到障碍物之前自动停车，当其列队行使或在某一区域内交叉运行时，具有避免相互碰撞的自控能力，不存在差错。因此，AGVS 比其它物料搬运系统更安全。AGV 具有清洁生产的特点，依靠自带蓄电池提供动力。运行过程中无噪声、无污染，可以应用在许多要求工作环境清洁的场所。与其它物料输送方式相比，初期投资大，但可以大幅度降低运行费用，特
6、别是在产品类型和工位较多时(3)AGV 的分类：无人搬运车：Xian Jiaotong University- 5 -主要用于完成搬运作业，采用人力或自动移载装置将货物装载到小车上，小车行走到指定地点后，再由人力或自动移载装置将货物卸下，从而完成搬运任务。具有自动移载装置的小车在控制系统的指挥下能够自动地完成货物的取、放以及水平运行的全过程，而没有移载装置的小车只能实现水平方向的自动运行，货物的取放作业需要依靠人力或借助于其它装卸设备来完成。无人牵引小车：Xian Jiaotong University- 6 -主要功能是自动牵引装载货物的平板车，仅提供牵引动力。当牵引小车带动载货平板车到达目
7、的地后，自动与载货平板车脱开。无人叉车：其基本功能与机械式叉车类似，只是一切动作均由控制系统自动控制，自动完成各种搬运任务。1.2 AGV 国内外研究现状(1)国外发展现状近年来，AGV 和 AGVS 在日本、美国、德国、比利时、瑞典等国家发展很快，有的工厂已实现从材料管理到生产成品全过程的自动引导车系统。特别是日本 AGV 的总台数，每年均以 20%的比率增长。世界上第一台 AGV 是由美国 Barrett 电子公司于 20 世纪 50 年代初开发成功的，它是一种牵引式小车系统，可十分方便地与其他物流系统自动连接，显著地提高劳动生产率，极大地提高了装卸搬运的自动化程度。1954 年英国最早研
8、制了电磁感应导向的 AGVS，由于它的显著特点，迅速得到了应用和推广。1960 年欧洲就安装了各种形式、不同水平的 AGVS 220套，使用了 AGV 1300 多台。到了 70 年代中期，由于微处Xian Jiaotong University- 7 -理器及计算机技术的普及，伺服驱动技术的成熟促进了复杂控制器的改进，并设计出更为灵活的 AGV。1973 年，瑞典 VOLVO 公司在 KALMAR 轿车厂的装配线上大量采用了 AGV进行计算机控制装配作业，扩大了 AGV 的使用范围。70 年代末，欧洲约装备了 520 个 AGV 系统，共有 4800 台小车，1985 年发展到 10000
9、台左右。其应用领域分布为：汽车工业（57%），柔性制造系统 FMS(8%)和柔性装配系统 FAS(44%).20 世纪 80 年代末，国外的 AGV 达到发展的成熟阶段，此时美国的 AGV 生产厂商从 1983 年的 23 家剧增至 1985 年的 74 家。1984 年，美国通用汽车公司完成了它的第一个柔性装配系统(FAS),从此该公司就成为当时 AGV 的最大用户。1986 年已达 1407 台(包括牵引式小车、叉车和装卸小车)，1987 年又新增加 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，运输量更大，移载时间更短，小车和
10、控制器的可靠性更高。日本在 1963 年首次引进 AGV,其第一家 AGV 工厂于1966 年由一家运输设备供应厂商与美国的 Webb 公司合资建成。1976 年后，日本对 AGV 的发展给予了高度重视，每年增加数十套 AGV 系统，有神钢电机、平田电机、住友重机等 27 个主要生产厂商生产几十种不同类型的 AGV。1981 年，日本的 AGV 总产值为 60 亿日元，1985 年已上升到 200 亿日元，平均每年以 20%的速度递增，1986 年，日本累计安装了 2312 个 AGVS，拥有 5032 台 AGV,到 1990 年日本拥有 AGV约一万台。到 1988 年，日本 AGV 制造
11、厂已达 47 家，如大福,Fanuc 公司、Murata(村田)公司等，广泛应用于汽车制造、机械、电子、钢铁、化工、医药、印刷、仓储、运输业和商业上。目前，全世界 AGVS 保有量在 16000 套以上，AGV 在 10 万台以上。(2)国内发展现状Xian Jiaotong University- 8 -我国 AGV 发展历程较短，但一直以来不断加大在这一领域的投入，以改变我国 AGV 长期依赖进口的局面。经过不懈地努力终于取得了一定的成效，北京起重运输机械研究所、清华大学、中国邮政科学院邮政科学研究规划院、中国科学院沈阳自动化所、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
12、的 AGV 的研制并小批投入生产。1976 年，北京起重机械研究所研制出第一台 AGV，建成第一套 AGVS 滚珠加工演示系统，随后又研制出单向运行载重 500 公斤的 AGV，双向运行载重500kg、1000kg、2000kg 的 AGV，开发研制了几套较简单的AGV 应用系统。1988 年，原邮电部北京邮政科学技术研究所研制了邮政枢纽 AGV。1991 年起，中科院沈阳自动化研究所/新松机器人自动化股份研究公司为沈阳金杯汽车厂研制生产了客车 6 台 AGV用于汽车装配线中，可以说是汽车工业中用得比较成功的例子，并于 1996 年获国家科学技术进步三等奖。1992 年，天津理工学院研制了核电
13、站用光学导引AGV。1995 年，我国的 AGV 技术出口韩国，标志着我国自主研发的机器人技术第一次走向了国际市场。1999 年 3 月 27 日，由昆明船舶设备集团有限公司研制生产的激光导引无人车系统在红河卷烟厂投入试运行，这是在我国投入使用的首套激光导引无人搬运车系统。目前国内的 AGV 保有量应该在 1000 台左右，大约有 60%是国内的 AGV 厂家提供的，40%是国外厂家提供的。在国内 AGV 的技术来源有两种模式：一种是引进技术；一种是自有知识产权的技术。两种模式目前都涵盖 AGV 的所有技术，技术水平并无多大差别。引进技术主要是瑞典NDC 的 AGV 控制系统技术，据了解 ND
14、C 目前在国内现有 3 家合作伙伴。Xian Jiaotong University- 9 -1.3 AGV 的应用范围：AGV 的应用场合很广泛，研究涉及到多种技术领域，是一个典型的机电一体化多技术多学科的集成系统。随着电子和控制技术的发展，AGV 的技术也在不断地进步，正在朝着性能更优越、更廉价、自由度更高、超大型化和微型化方向发展。其应用领域也在不断扩展，并且取得了很好的效果。一般来说，AGV 的主要应用范围有如下几个方面：(1)物料搬运在现代物料搬运中，当使用的人及搬运工具的总成本与使用 AGV(无人搬运车)的成本基本相当时，AGV 的市场接受就会自然形成。欧美和日本等发达国家的人力成
15、本很高，所以 AGV 的使用较为普及，应用遍及各行各业。目前世界上约有 2 万台各种各样的 AGV 运行在 2100 座大大小小的仓库中。海尔集团于 2000 年投产运行的开发区立体仓库中，9台 AGV 组成了一个柔性的库内自动搬运系统，成功地完成了每天 23400 吨的出入库货物和零部件的搬运任务。玉溪红塔集团、红河卷烟厂在应用激光引导的 AGV 完成货物的搬运工作。其他行业如化工的原料及成品；仪器仪表行业的元器件；印刷出版业的纸张；电子工业的芯片，计算机；食品工业的罐头、饮料；纺织工业的棉纱、布匹；服装业的里料、面料、衣服；汽车工业的零部件；冶金工业中的钢锭、钢带、板材；金融系统的纸币、硬币、黄金；药品制造业的原料、成药；国防如武器弹药、军需物资等的搬运。(2)柔性装配线，加工线
