自動(dòng)裝卸AGV小車設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說明書】

題 目指導(dǎo)教師 職稱學(xué)生姓名 閱讀文獻(xiàn)數(shù) 14 2018-05-11工 作 量 較少 適中 較多 √出勤情況 較好 √ 一般 較差 工作進(jìn)度 快 按進(jìn)度進(jìn)行 √ 慢 任 務(wù) 書 有 開題報(bào)告 有 優(yōu)調(diào)整情況副教授初稿完成時(shí)間中期工作結(jié)論學(xué)生畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )中期檢查表自動(dòng)裝卸 AGV小車設(shè)計(jì)學(xué)院意見同意教學(xué)院長 (簽名 )：日期： 2018-04-18無教研室主任意見同意教研室主任 (簽名 )：日期： 2018-04-141附錄 1：外文譯文AGV：在柔性制造系統(tǒng)中尋路1 介紹機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展受到了用戶對機(jī)器人技術(shù)的新要求的影響服務(wù)產(chǎn)品的特性(質(zhì)量、數(shù)量和時(shí)間)。其中一個(gè)進(jìn)化或發(fā)展是柔性制造所使用的操縱器系統(tǒng)( FMS)在重復(fù)任務(wù)中具有明顯的優(yōu)勢(裝配、涂漆等) 。) 中。然而，這種結(jié)構(gòu)具有有限的運(yùn)動(dòng)與移動(dòng)機(jī)器人不同的是，在它周圍可以實(shí)現(xiàn)沿著工廠移動(dòng)，偏離障礙物，產(chǎn)生靈活性；不知疲倦的搜索行業(yè)。隨著導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展自主車輛和新增加工能力的增加計(jì)算機(jī)，應(yīng)用的可能性擴(kuò)大了。在國際層面上移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域不限于工業(yè)領(lǐng)域；這是顯而易見的范圍更廣，也涉及后勤(分配和儲(chǔ)存) 、海洋學(xué)以及水下探測、行星探測和軍事應(yīng)用。目前在業(yè)界，特別是在現(xiàn)有的移動(dòng)工業(yè)項(xiàng)目中機(jī)器人技術(shù)的主要目標(biāo)應(yīng)用是制造(工廠、電池和柔性制造系統(tǒng))以及供應(yīng)鏈和倉儲(chǔ)物流和服務(wù)。在過去的幾年里，人們對 AGV 系統(tǒng)中的應(yīng)用技術(shù)，從涉及轉(zhuǎn)移和將材料裝載到簡單的檢查任務(wù)中。這包括控制車輛從起點(diǎn)到終點(diǎn)的移動(dòng)，提供了極大的減少風(fēng)險(xiǎn)、轉(zhuǎn)移時(shí)間和能源消耗方面的改進(jìn)。在在制造業(yè)中，常見的車輛類型是帶有拖車的AGV(牽引 /拖拉)為運(yùn)輸、裝載和卸載材料而開發(fā)的以便在 FMS 內(nèi)工作。自動(dòng)增益控制系統(tǒng)被認(rèn)為當(dāng)代最合適的物料搬運(yùn)支撐模式之一靈活的自動(dòng)化生產(chǎn)環(huán)境。一般來說，這種系統(tǒng)包括一組相互配合的無人駕駛汽車生產(chǎn)設(shè)施的不同工作站和存儲(chǔ)場所。通常，AGV 遵循嵌入其中一組預(yù)定的、物理的或虛擬的引導(dǎo)路徑設(shè)施布局，并由集中或分布式計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)- 基礎(chǔ)控制系統(tǒng)。歸因于這些的一些主要優(yōu)點(diǎn)環(huán)境提高了路由靈活性、空間利用率和安全性，從而降低了總體運(yùn)營成本(Reveliotis，2000 年)。對研究帶有拖車的 AGV 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和操作尤其涉及到電子、機(jī)械、控制和協(xié)同集成到項(xiàng)目、產(chǎn)品或制造中過程，創(chuàng)造了“機(jī)電一體化”的概念( Lengerke 和 Dutra，2007) 。2 柔性制造中自動(dòng)導(dǎo)引小車的導(dǎo)航與規(guī)劃系統(tǒng)FMS 旨在同時(shí)制造各種物品或產(chǎn)品為單個(gè)產(chǎn)品提供可選的加工路線。靈活性尺寸可以表征為沒有布線靈活性、靈活性的替代方案機(jī)器、靈活的備選操作順序和充分的布線靈活性。這 FMS 路徑的規(guī)劃組件包括任務(wù)規(guī)劃器、導(dǎo)航器和飛行員。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)是AGV 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要問題之一首先要考慮的問題。導(dǎo)向路徑在很大程度上取決于車間空間布局、倉儲(chǔ)區(qū)布局及布局裝卸站( Le - Anh 和 DeKoster，2006 年)。在大多數(shù)情況下，車間空間是固定的，并且它對導(dǎo)向路徑設(shè)計(jì)問題施加約束。這車輛引導(dǎo)路徑通常被表示為使得過道交叉、拾取和傳遞位置可以被視為由一組弧連接的圖形上的節(jié)點(diǎn)。弧描述了車輛從一個(gè)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)可以遵循的路徑。兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的有向2弧指示車輛流動(dòng)的方向。費(fèi)用可以指定給表示兩個(gè)端點(diǎn)之間距離的每個(gè)弧車輛沿弧線行駛所需的路段或時(shí)間。2.1.勢場法在過去的幾年中，潛在的場方法( PFM)用于避障在機(jī)器人領(lǐng)域的研究人員中越來越受歡迎移動(dòng)機(jī)器人。這種方法流行的原因之一是它的簡單性優(yōu)雅。在這項(xiàng)工中，已經(jīng)構(gòu)建的單元格和潛在字段的映射用于規(guī)劃本地路徑。其中一個(gè)目標(biāo)是研究一個(gè)用于AGV 的導(dǎo)航系統(tǒng)，該導(dǎo)航系統(tǒng)允許使用潛在字段進(jìn)行導(dǎo)航無碰撞路徑從起點(diǎn)到終點(diǎn)，因此并提出了一些作者的建議。全氟辛烷磺酸 1978 年被哈提卜和勒密特帶到計(jì)算機(jī)世界同一作者，在后來的其他著作中(Khatib，1985 年)。用作局部方法(Latombe，1991 年)，后來在全球戰(zhàn)略和主要用于移動(dòng)機(jī)器人的規(guī)劃和控制(Lengerke，2007 年)。方法的基本思想是用填充 AGV 的工作區(qū)一種虛擬勢場，其中車輛被吸引到其目標(biāo)并被擊退遠(yuǎn)離障礙物(圖 1)。圖 1場的強(qiáng)度不依賴于粒子的速度場是徑向的；知道粒子之間的距離就足夠了勢函數(shù)完全。在此方法中，被視為 x 的位置在力場中移動(dòng)的點(diǎn)。目標(biāo)提供吸引力障礙，排斥力。盡管該方法最初被引入機(jī)械手，其在移動(dòng)機(jī)器人中的應(yīng)用也是可能的。勢場的方法可用于離線全局規(guī)劃，當(dāng) AGV 的環(huán)境是先驗(yàn)已知的，如 FMS 的情況，或在線局部在環(huán)境未知且存在障礙的情況下進(jìn)行規(guī)劃由自動(dòng)增益?zhèn)鞲衅鳈z測。在虛擬勢場的影響下 AGV 在梯度的對稱方向上移動(dòng)最低電位區(qū)域的電位，梯度為空。但是虛擬勢場是一種不考慮限制的局部方法 AGV 的非完整，并提出了具有其他極小值的問題(局部)其中漸變?yōu)榭?。因此，AGV 可以在局部極小值中被阻塞。提出了解決這一問題的方法，作為潛在性的定義幾個(gè)局部極小值(全局方法)，以包括逃避局部的技術(shù)最小化、施加隨機(jī)力、協(xié)作或使用導(dǎo)航功能(沒有局部極小值的潛在函數(shù))。用承青等配制成溶液艾爾。，( 2000)，在一部非常有趣的作品中，創(chuàng)造了虛擬障礙的概念消除已經(jīng)嘗試過3的各種潛在功能的最大故障；這局部極小值。2.2.拖車式自動(dòng)導(dǎo)引車運(yùn)動(dòng)學(xué)模型一種具有拖車系統(tǒng)的 AGV，其用于車輛的前部具有特定構(gòu)造的車輛和拖車的運(yùn)動(dòng)學(xué)對應(yīng)拖曳平臺(tái)。該系統(tǒng)是 AGV 的有趣擴(kuò)展并且可以制造成連接一個(gè)或多個(gè)拖車如在機(jī)場行李通道的車隊(duì)，申請運(yùn)輸在港口甚至在 FMS 中用于運(yùn)輸工業(yè)中的材料的容器。有許多微妙的問題可以用來模擬這些模型的局限性對拖車連接的精確點(diǎn)非常敏感的方程而且還在選擇身體的構(gòu)造。理論形式化拉托姆貝(1991 年) 和由 Murray 和 Sastry ( 1993)提出，Bushnell 等人。，( 1995 )，勞蒙德，( 1998)，lamiraux ( 1998 年)和 Lavalle (2006 年)。4附錄 2：外文原文56789 本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì)) 開題報(bào)告論 文 題 目： 自動(dòng) 裝卸 AGV 設(shè)計(jì)學(xué) 院 ： 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院專 業(yè) 、 班 級： 學(xué) 生 姓 名： 指 導(dǎo) 教 師（ 職 稱 ） ： 年 1 月 5 日 填1畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告要求開題報(bào)告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的有效保證。為了使這項(xiàng)工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù)1. 論文（設(shè)計(jì)）題目及研究領(lǐng)域；2. 論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值；3. 目 前 研 究 的 概 況 和 發(fā) 展 趨 勢 。二、論文（設(shè)計(jì)） 研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問題；擬開展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路） ；本論文（設(shè)計(jì)）預(yù) 期 取 得 的 成 果 。三、論文（設(shè)計(jì)） 工作安排擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)） ；論文（設(shè)計(jì)）進(jìn) 度 計(jì) 劃 。四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述學(xué) 生 應(yīng) 根 據(jù) 所 在 學(xué) 院 及 指 導(dǎo) 教 師 的 要 求 閱 讀 一 定 量 的 文 獻(xiàn) 資 料 ， 并 在 此 基 礎(chǔ) 上 通過 分 析 、 研 究 、 綜 合 ， 形 成 文 獻(xiàn) 綜 述 。 必 要 時(shí) 應(yīng) 在 調(diào) 研 、 實(shí) 驗(yàn) 或 實(shí) 習(xí) 的 基 礎(chǔ) 上 遞 交 相 關(guān)的 報(bào) 告 。 綜 述 或 報(bào) 告 作 為 開 題 報(bào) 告 的 一 部 分 附 在 后 面 ， 要 求 思 路 清 晰 ， 文 理 通 順 ， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。五、其他要求1. 開題報(bào)告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作開始后的前四周內(nèi)完成；2. 開題報(bào)告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)審查通過；3. 開 題 報(bào) 告 不 合 格 或 沒 有 做 開 題 報(bào) 告 的 學(xué) 生 ， 須 重 做 或 補(bǔ) 做 合 格 后 ， 方 能 繼 續(xù) 論文（設(shè)計(jì)）工作，否則不允許參加答辯；4. 開題報(bào)告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師；5. 開 題 報(bào) 告 的 內(nèi) 容 ， 要 求 打 印 并 裝 訂 成 冊 （部 分 專 業(yè) 可 根 據(jù) 需 要 手 寫 在 統(tǒng) 一 紙 張上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。2一、選題依據(jù)1、研究領(lǐng)域工業(yè)機(jī)器人2、論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值目前在國內(nèi)AGV 的應(yīng)用逐漸開始推廣。從應(yīng)用的行業(yè)分析，分布面非常廣闊， 有汽車工業(yè)、飛機(jī)制造業(yè).家用電器行業(yè)、煙草行業(yè)、機(jī)械加工、倉庫、郵電部門等。這說明 AGV 在我國有一個(gè)潛在的廣闊市場。隨著社會(huì)科技的發(fā)展和市場需求水平的提高，AGV 技術(shù)也有其自身的主要發(fā)展方向。（ 1） AGV 的市場正向自動(dòng)化程度高的高檔市場發(fā)展, 本設(shè)計(jì)采用的機(jī)械手抓取功 能 提 高 了 小 車 的 自 動(dòng) 化 程 度 并 與 市 場 導(dǎo) 向 相 適 應(yīng) ， 更 能 滿 足 市 場 的 需 求 。（ 2） AGV 正 向 多 導(dǎo) 向 方 式 、 智 能 化 發(fā) 展 。 要 實(shí) 現(xiàn) 預(yù) 定 的 搬 運(yùn) 計(jì) 劃 、 發(fā) 揮 無 人 搬運(yùn) 車 的 優(yōu) 勢 ， 關(guān) 鍵 取 決 于 導(dǎo) 向 系 統(tǒng) 。 電 磁 導(dǎo) 向 方 式 是 最 先 開 發(fā) 的 AGV 導(dǎo) 向 方 式 ， 目前 應(yīng) 用 的 范 圍 最 為 廣 泛 。 但 由 于 電 磁 導(dǎo) 向 方 式 的 缺 點(diǎn) ， 相 繼 出 現(xiàn) 了 光 學(xué) 導(dǎo) 向 方 式 、 磁石 導(dǎo) 向 方 式 、 激 光 導(dǎo) 向 、 標(biāo) 記 追 蹤 導(dǎo) 向 及 圖 像 傳 感 器 導(dǎo) 向 方 式 等 。 本 設(shè) 計(jì) 采 用 的 激 光 測距 導(dǎo) 引 裝 置 充 分 體 現(xiàn) 了 無 人 搬 運(yùn) 系 統(tǒng) 高 柔 性 、 高 效 率 、 高 可 靠 性 的 發(fā) 展 特 點(diǎn) ， 并 正 向智 能 化 方 向 發(fā) 展 ， 使 AGV 技術(shù)達(dá)到新水平。（ 3） AGV 系 統(tǒng) 控 制 結(jié) 構(gòu) 愈 來 愈 多 地 具 有 跟 蹤 物 料 和 儲(chǔ) 存 信 息 的 功 能 ， 以 支 持 “ 準(zhǔn) 時(shí) 制 ”生 產(chǎn) ， 以 便 允 許 與 AGV 間 或 任 何 其 他 控 制 器 進(jìn) 行 通 信 。 本 設(shè) 計(jì) 中 采 用 的 既 是通 過 無 線 路 由 器 即 時(shí) 操 控 。（ 4） 把 AGV 和 工 業(yè) 機(jī) 器 人 的 能 夠 進(jìn) 行 靈 活 操 作 的 優(yōu) 點(diǎn) 結(jié) 合 起 來 ， 使 之 具 有 更高 的 科 技 含 量 和 取 得 更 前 沿 的 應(yīng) 用 。3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢根 據(jù) 美 國 物 流 協(xié) 會(huì) 定 義 ， AGV 是 無 人 搬 運(yùn) 車 （Automated Guided Vehicle） 的 英文 縮 寫 。 是 指 裝 備 有 電 磁 或 光 學(xué) 等 自 動(dòng) 導(dǎo) 引 裝 置 ， 能 夠 沿 規(guī) 定 的 導(dǎo) 引 路 徑 行 駛 ， 具 有安 全 保 護(hù) 以 及 各 種 移 載 功 能 的 運(yùn) 輸 車 。目 前 AVG 應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在倉儲(chǔ)業(yè)，制造業(yè)，港口碼頭及特種行業(yè)。其中工業(yè)領(lǐng)域里的制造業(yè)需要很多內(nèi)部運(yùn)輸，以及很多不同的物料處理。AGV 的自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn) 輸 車 系 統(tǒng) 可 以 滿 足 這 類 需 求 。 比 如 ： 工 具 ， 托 盤 ， 成 品 ， 半 成 品 ， 原 材 料 ， 卷 式 產(chǎn)品，物料供應(yīng)等的搬運(yùn)。AGV 在制造業(yè)的其他應(yīng)用包括支持高層儲(chǔ)架的托盤檢索， 生 產(chǎn) 區(qū) 的 物 品 和 零 部 件 的 運(yùn) 輸 ， 以 及 生 產(chǎn) 區(qū) 和 存 儲(chǔ) 區(qū) 之 間 的 物 品 運(yùn) 輸 。 制 造 業(yè) 每 天 物流的典型特點(diǎn)是高吞吐量，空間和靈活性很重要。AGV 的自動(dòng)物料處理系統(tǒng)可以很好 地 滿 足 此 類 需 求 ， 比 如 把 物 品 從 輸 送 帶 ， 托 盤 堆 垛 機(jī) 以 及 天 車 上 轉(zhuǎn) 移 到 倉 庫 ， 生 產(chǎn)車間，裝配區(qū)和發(fā)貨區(qū)等。3AGV 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要由以下幾種：（1） 無人駕駛AGV 上裝有自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)，可以保障系統(tǒng)在不需要人工引航的情況下就能夠沿預(yù)定路線自動(dòng)行使，將貨物或物料自動(dòng)從起始點(diǎn)運(yùn)送到目的地。（2） 柔性好自動(dòng)化程度高和智能化水平高，AGV 的行使路徑可以根據(jù)倉儲(chǔ)貨位的要求、生產(chǎn) 工 藝 流 程 等 改 變 而 靈 活 改 變 ， 并 且 路 徑 改 變 的 費(fèi) 用 與 傳 統(tǒng) 的 輸 送 帶 和 剛 性 的 傳 送 帶相比非常低廉。（3） 成本低無污染與 其 它 物 料 輸 送 方 式 相 比 ， 初 期 投 資 大 ， 但 可 以 大 幅 度 降 低 運(yùn) 行 費(fèi) 用 ， 特 別 是 在產(chǎn)品類型和工位較多時(shí)。AGV 還具有清潔生產(chǎn)的特點(diǎn)，依靠自帶蓄電池提供動(dòng)力。運(yùn)行過程中無噪聲、無污染，可以應(yīng)用在許多要求工作環(huán)境清潔的場所。（4） 自動(dòng)化程度高由 計(jì) 算 機(jī) ， 電 控 設(shè) 備 ,激 光 反 射 板 等 控 制 。 當(dāng) 車 間 某 一 環(huán) 節(jié) 需 要 輔 料 時(shí) ， 由 工 作 人員 向 計(jì) 算 機(jī) 終 端 輸 入 相 關(guān) 信 息 ， 計(jì) 算 機(jī) 終 端 再 將 信 息 發(fā) 送 到 中 央 控 制 室 ， 由 專 業(yè) 的 技術(shù) 人 員 向 計(jì) 算 機(jī) 發(fā) 出 指 令 ， 在 電 控 設(shè) 備 的 合 作 下 ， 這 一 指 令 最 終 被 AGV 接 受 并 執(zhí) 行——將輔料送至相應(yīng)地點(diǎn)。（5） 充電自動(dòng)化當(dāng) AGV 小車的電量即將耗盡時(shí)，它會(huì)向系統(tǒng)發(fā)出請求指令，請求充電（一般技術(shù)人員會(huì)事先設(shè)置好一個(gè)值） ， 在 系 統(tǒng) 允 許 后 自 動(dòng) 到 充 電 的 地 方 “排 隊(duì) ”充 電 。 另 外 ， AGV 小車的電池壽命很長（ 2 年以上） ， 并 且 每 充 電 15 分 鐘 可 工 作 4h 左右。4二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問題本 設(shè) 計(jì) 為 解 決 當(dāng) 下 國 內(nèi) 外 AGV 小車價(jià)格高居不下及其并不適合基礎(chǔ)工業(yè)不完善的 我 國 的 問 題 ， 并 且 目 前 大 部 分 AGV 采 用 電 磁 或 軌 道 引 導(dǎo) ， 路 線 固 定 ， 局 限 性 較 大 ， 不適用于柔性化制造系統(tǒng)。2.擬開展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路）通 過 查 閱 資 料 ， 首 先 介 紹 說 明 AGV 小 車 的 產(chǎn) 生 及 背 景 ， 以 及 國 內(nèi) AGV 小 車 的現(xiàn) 狀 和 以 后 的 發(fā) 展 趨 勢 。 確 定 小 車 的 總 體 方 案 選 擇 ， 將 設(shè) 計(jì) 分 為 電 子 控 制 部 分 設(shè) 計(jì) （包 括傳感器） 、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（ 包括驅(qū)動(dòng)部分）以及能源供給部分設(shè)計(jì)三部分，通過每一階 段 深 入 分 析 ， 層 層 把 關(guān) ， 努 力 設(shè) 計(jì) 出 最 優(yōu) 方 案 。 在 設(shè) 計(jì) 小 車 過 程 中 特 別 注 重 設(shè) 計(jì) 的方法，作品的設(shè)計(jì)做到有系統(tǒng)性規(guī)范性和創(chuàng)新性。論文寫作大綱：1. 緒論1.1 自 動(dòng) 裝 卸 AGV 小車設(shè)計(jì)的目的和意義1.2 本課題應(yīng)解決的主要問題及技術(shù)要求1.3 國 內(nèi) 外 AGV 小車的發(fā)展概況2. 總體方案選擇3. 自 動(dòng) 裝 卸 AGV 小車機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1 電子控制部分的設(shè)計(jì)3.2 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)3.3 能源部分的設(shè)計(jì)4.技術(shù)設(shè)計(jì)4.1 數(shù)學(xué)分析及參數(shù)確定4.2 零部件設(shè)計(jì)5.總結(jié)3.本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果(1)機(jī)械能越障小車總體設(shè)計(jì)方案( 2)機(jī)械 能 越 障 小 車 結(jié) 構(gòu) 的 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算(3)機(jī)械能越障小車總體二維及三維圖紙5三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）對機(jī)械能越障小車結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)合理的機(jī)構(gòu)并進(jìn)行計(jì)算，最終完成機(jī)械能越障小車設(shè)計(jì)的研究工作。2.論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃第 1 周：查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解設(shè)計(jì)內(nèi)容；第 2 周：初步方案設(shè)計(jì)；第 3 ～ 4 周：總體方案設(shè)計(jì)，撰寫開題報(bào)告并完善開題報(bào)告； 第 5 ～ 7 周：自動(dòng)裝卸AGV 小車整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算；第 8 ～10 周 ： 自 動(dòng) 裝 卸 AGV 小 車 各 部 分 零 部 件 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 ； 第 11～12 周：繪制相關(guān) CAD 圖紙；第 13 周：撰寫設(shè)計(jì)說明書；第 14 周：完善畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書，完善畢業(yè)設(shè)計(jì)各項(xiàng)內(nèi)容，準(zhǔn)備答辯；6四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)[1] 廖漢元,孔建益.機(jī)械原理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.[2] 濮良貴,陳國定,吳立言.機(jī)械設(shè)計(jì)(第九版)[M].北京:高等教育出版社,2013.[3] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京:化學(xué)出版社,2002.[4] 秦大同,謝里陽.機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2013.[5] 胡 正 興 ,李 一 民 ,詹 躍 東 .自 動(dòng) 導(dǎo) 引 小 車 局 部 智 能 避 障 的 A~*算法[J].昆 明 理 工 大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版),2005,(05).[6] 朱永平,廖洵.PLC 無 線 通 訊 技 術(shù) 在 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Proceedings of the First Conference on GeneticAlgorithms,1985.7附：文獻(xiàn)綜述文獻(xiàn)綜述本 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 課 題 來 源 于 我 的 全 國 3D 大 賽 10 周 年 精 英 聯(lián) 賽 暨 DigitalMaster2017 一 帶 一 路 挑 戰(zhàn) 賽 省 賽 作 品 ， 命 題 與 高 校 工 程 訓(xùn) 練 教 學(xué) 內(nèi) 容 相 銜 接 ， 體 現(xiàn) 綜 合 性 工 程 能力 。 命 題 內(nèi) 容 體 現(xiàn) “創(chuàng) 新 設(shè) 計(jì) 能 力 、 制 造 工 藝 能 力 、 實(shí) 際 操 作 能 力 和 工 程 管 理 能 力 ” 四 個(gè) 方 面 的 要 求 。 現(xiàn) 代 工 業(yè) 的 發(fā) 展 不 僅 要 求 產(chǎn) 品 高 質(zhì) 量 、 高 性 能 ， 而 且 為 實(shí) 現(xiàn) 可 持 續(xù)發(fā) 展 ， 產(chǎn) 品 的 生 產(chǎn) 工 藝 必 須 高 效 率 、 低 成 本 、 節(jié) 約 能 源 。 提 高 無 人 搬 運(yùn) 車 的 效 率 與 物 流搬 運(yùn) 柔 性 化 是 全 球 共 同 關(guān) 注 的 焦 點(diǎn) ， 現(xiàn) 已 成 為 眾 多 科 技 工 作 者 的 共 同 追 求 。 目 前 市 場 上具 有 方 向 控 制 功 能 的 小 車 大 多 無 法 滿 足 復(fù) 雜 的 工 作 環(huán) 境 ， 或 者 成 本 較 高 ， 不 符 合 人 們 的 期望 。自 動(dòng) 裝 卸 AGV 小 車 構(gòu) 思 巧 妙 ， 在 完 成 設(shè) 計(jì) 的 要 求 下 充 分 考 慮 了 外 觀 和 成 本 等 問 題 ， 方 便 以 后 的 擴(kuò) 展 和 進(jìn) 一 步 的 開 發(fā) 。 并 能 滿 足 大 部 分 大 學(xué) 學(xué) 生 對 機(jī) 械 知 識 實(shí) 踐 的 實(shí) 驗(yàn) 與了 解 。 對 激 發(fā) 青 少 年 對 機(jī) 械 構(gòu) 造 的 熱 情 有 深 遠(yuǎn) 的 影 響 。隨 著 社 會(huì) 科 技 的 發(fā) 展 ， 人 們 的 生 活 水 平 的 提 高 ， 高 效 、 多 功 能 對 于 人 們 來 說 ， 顯得 越 來 越 重 要 ， 建 設(shè) 高 效 社 會(huì) ， 使 得 生 活 更 加 的 快 捷 方 便 。 人 們 的 效 率 驅(qū) 動(dòng) 意 識 的 不斷 的 提 升 ， 柔 性 化 的 理 念 也 越 來 越 被 人 們 提 上 研 究 的 課 題 。 更 高 效 、 更 全 面 、 的 理 念也 深 入 人 心 。 本 自 動(dòng) 裝 卸 AGV 小 車 是 對 柔 性 化 生 產(chǎn) 理 念 的 探 索 與 開 發(fā) ， 也 是 對 未 來 的憧憬。持續(xù)高速增長的 GDP 在環(huán)境保護(hù)、人類健康和工程安全方面，受到由于不穩(wěn)定經(jīng) 濟(jì) 發(fā) 展 帶 來 的 潛 在 威 脅 ， 我 國 迫 切 需 要 將 高 效 工 業(yè) 模 式 的 尋 找 和 利 用 、 工 業(yè) 發(fā) 展 由規(guī) 模 驅(qū) 動(dòng) 向 效 率 驅(qū) 動(dòng) 轉(zhuǎn) 變 的 新 時(shí) 代 課 題 引 入 現(xiàn) 階 段 的 社 會(huì) 進(jìn) 步 中 。 自 動(dòng) 裝 卸 AGV 小 車的 研 制 ， 具 有 經(jīng) 濟(jì) 、 高 效 等 優(yōu) 點(diǎn) ， 有 助 于 我 們 找 到 更 好 的 物 流 搬 運(yùn) 模 式 ， 高 效 的 搬 運(yùn) 流程 ， 以 及 提 高 資 源 的 利 用 效 率 。 它 將 對 傳 統(tǒng) 物 流 搬 運(yùn) 的 逐 漸 取 代 有 深 遠(yuǎn) 意 義 。 因 此 我設(shè) 計(jì) 制 作 自 動(dòng) 裝 卸 AGV 小 車 ， 希 望 可 以 找 到 新 的 方 法 來 解 決 新 時(shí) 代 出 現(xiàn) 的 國 內(nèi) 工 業(yè) 化與物流更新?lián)Q代速度不匹配出現(xiàn)的問題。目 前 ， 國 內(nèi) 外 學(xué) 者 依 托 以 電 能 為 驅(qū) 動(dòng) 方 式 ， 設(shè) 計(jì) 出 了 結(jié) 構(gòu) 合 理 的 AGV 小 車 ， 取 得了較好的效果。文獻(xiàn) [1] 設(shè)計(jì)了采用凸輪推桿的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的避障小車，搖桿、連桿的調(diào)節(jié)簡單方便，保證了軌跡的準(zhǔn)確。文獻(xiàn) [11] 提出了一種有軌引導(dǎo)小車運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真及 設(shè) 計(jì) 的 方 法 ， 找 出 并 發(fā) 現(xiàn) RGV 小 車 設(shè) 計(jì) 中 的 問 題 ， 但 小 車 的 行 駛 軌 跡 是 有 軌 引 導(dǎo) ， 無 需 方 向 控 制 。 另 有 對 小 車 進(jìn) 行 數(shù) 學(xué) 建 模 進(jìn) 行 轉(zhuǎn) 向 軌 跡 的 仿 真 研 究 ， 但 缺 乏 具 體 結(jié) 構(gòu) 優(yōu)化 設(shè) 計(jì) 。 文 獻(xiàn) [6]關(guān)于制造材料對自動(dòng)裝卸AGV 小 車 進(jìn) 行 理 論 研 究 ， 關(guān) 于 小 車 研 究 對 可 持續(xù) 發(fā) 展 的 重 要 作 用 進(jìn) 行 討 論 。 對 于 自 動(dòng) 裝 卸 AGV 小 車 的 避 障 問 題 ， 其 典 型 核 心 轉(zhuǎn) 向 機(jī) 構(gòu)大 致 有 平 面 四 桿 機(jī) 構(gòu) 、 空 間 四 桿 機(jī) 構(gòu) 、 凸 輪 機(jī) 構(gòu) 、 不 完 全 齒 輪 機(jī) 構(gòu) 等 。 但 各 種 小 車 行 駛 軌跡 的 準(zhǔn) 確 性 、 穩(wěn) 定 性 不 到 保 證 。 基 于 高 效 與 多 功 能 的 理 念 ， 設(shè) 計(jì) 一 種 具 有 方 向 控 制 功 能 的小 車 ， 驅(qū) 動(dòng) 其 行 走 及 轉(zhuǎn) 向 的 輪 子 采 用 麥 克 納 姆 輪 。 提 出 了 基 于 麥 克 納 姆 輪 轉(zhuǎn) 向 機(jī) 構(gòu) 的 自 動(dòng)裝 卸 AGV 小 車 其 轉(zhuǎn) 向 軌 跡 為 直 角 ， 針 對 自 動(dòng) 裝 卸 AGV 小 車 不 同 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 參 數(shù) 計(jì) 算 小 車 最小 轉(zhuǎn) 向 半 徑 及 車 身 長 度 ， 有 利 于 自 動(dòng) 裝 卸 AGV 小 車 的 調(diào) 試 。當(dāng)下國內(nèi)外AGV 主要分為兩種模式：一 種 是 以 歐 美 國 家 為 首 的 全 自 動(dòng) AGV 技 術(shù) ， 路 徑 規(guī) 劃 和 生 產(chǎn) 流 程 復(fù) 雜 多 變 ， 能 夠應(yīng) 用 在 幾 乎 所 有 的 搬 運(yùn) 場 合 ， 但 此 類 AGV 的 銷 售 價(jià) 格 高 居 不 下 ， 且 不 適 合 我 國 當(dāng) 下 的生產(chǎn)水平。第二種是以日本為代表的簡易型AGV 技術(shù)，稱為AGC（Automated Guided Cart） 該技術(shù)追求的是簡單實(shí)用，讓用戶在最短時(shí)間內(nèi)收回投資成本，但AGC 只用來搬運(yùn)， 8并不強(qiáng)調(diào)自動(dòng)裝卸功能，雖然價(jià)格低廉但同樣不適合基礎(chǔ)工業(yè)并不十分完善的我國。9再 仔 細(xì) 研 究 了 大 量 文 獻(xiàn) 資 料 的 基 礎(chǔ) 上 ， 對 目 前 AGV 行 業(yè) 的 現(xiàn) 狀 有 了 準(zhǔn) 確 分 析 ， 為了 AGV 體 系 中 國 化 對 原 有 行 業(yè) 做 出 了 一 系 列 調(diào) 整 。本產(chǎn)品的研究創(chuàng)新改進(jìn)方向主要有以下幾點(diǎn)：⑴ 在控制部分采用激光測距雷達(dá)替代了傳統(tǒng)產(chǎn)品的坐標(biāo)，電磁等引導(dǎo)方式，分析優(yōu)缺 點(diǎn) ： 可 適 應(yīng) 復(fù) 雜 路 徑 和 生 產(chǎn) 流 程 、 自 動(dòng) 化 程 度 更 高 。 同 時(shí) 定 位 精 度 主 要 由 雷 達(dá) 的 精 度決 定 ， 便 于 用 戶 靈 活 調(diào) 整 型 號 以 適 應(yīng) 場 所 并 控 制 成 本 （定位精度為±10mm 到 ±5mm） ；⑵ 在 機(jī) 械 部 分 安 裝 麥 克 納 姆 輪 配 合 9 個(gè) 自 由 度 的 機(jī) 械 手 ， 改 進(jìn) 了 原 有 產(chǎn) 品 工 作 容 積小 甚 至 無 法 自 動(dòng) 裝 卸 的 問 題 并 且 縮 小 了 轉(zhuǎn) 向 半 徑 可 在 更 狹 小 的 空 間 內(nèi) 作 業(yè) ；⑶ 機(jī)械手部分采用了RCC 機(jī)構(gòu)減小了機(jī)械手腕部的安裝誤差，提高了作業(yè)精度。本產(chǎn)品融合了兩種不同模式的特點(diǎn)，采用激光測距雷達(dá)配合接近傳感器能夠滿足 各 種 復(fù) 雜 路 徑 的 使 用 要 求 ， 由 于 采 用 三 只 機(jī) 械 手 聯(lián) 動(dòng) 的 的 裝 卸 方 式 ， 避 免 了 為 了 滿足 各 工 況 需 求 而 覆 蓋 的 各 種 移 載 機(jī) 構(gòu) ， 驅(qū) 動(dòng) 模 式 和 導(dǎo) 引 方 式 ， 降 低 了 成 本 。 同 時(shí) 又 不同 于 AGC 需 要 完 善 的 基 礎(chǔ) 設(shè) 施 配 合 ， 三 只 靈 巧 機(jī) 械 手 足 夠 完 成 裝 卸 工 作 ， 極 大 地 發(fā) 揮 了AGV 本 身 的 自 主 性 和 工 作 容 積 。 同 時(shí) 具 有 兩 種 主 流 AGV 的 優(yōu) 點(diǎn) 。自 動(dòng) 裝 卸 AGV 小 車 的 設(shè) 計(jì) 與 發(fā) 明 ， 是 國 家 和 社 會(huì) 對 工 業(yè) 化 進(jìn) 程 中 出 現(xiàn) 的 效 率 問 題 和柔 性 化 問 題 的 更 加 重 視 。 現(xiàn) 在 許 多 發(fā) 達(dá) 國 家 都 把 AGV 技 術(shù) 運(yùn) 用 到 各 個(gè) 領(lǐng) 域 ， 像 交 通 ， 倉儲(chǔ) 搬 運(yùn) ， 碼 頭 等 ， 這 也 是 我 國 當(dāng) 今 所 要 求 以 及 努 力 的 方 向 。 針 對 目 前 這 一 現(xiàn) 狀 ， 我 們 設(shè)計(jì) 了 自 動(dòng) 裝 卸 AGV 小 車 模 型 ， 提 供 了 一 種 全 新 的 思 路 ， 以 便 更 好 的 解 決 以 上 問 題 。2017 年 國 內(nèi) 經(jīng) 濟(jì) 呈 現(xiàn) 穩(wěn) 中 有 進(jìn) 、 穩(wěn) 中 向 好 的 發(fā) 展 態(tài) 勢 ， 國 際 貿(mào) 易 水 平 逐 步 提 升 ， 中 國 AGV 行業(yè)也迎來爆發(fā)性增長。 AGV 即自動(dòng)導(dǎo)引車，具有高度柔性化和智能化的物流 搬 運(yùn) 設(shè) 備 ， 被 稱 為 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 。 具 有 傳 感 器 技 術(shù) 、 導(dǎo) 航 技 術(shù) 、 伺 服 驅(qū) 動(dòng) 技 術(shù) 、 系 統(tǒng) 集成 技 術(shù) 等 核 心 技 術(shù) ， 在 汽 車 、 煙 草 、 印 鈔 、 新 聞 紙 等 行 業(yè) 大 規(guī) 模 應(yīng) 用 ， 亞 馬 遜 Kiva 機(jī) 器人 是 AGV 典 型 代 表 。 然 而 AGV 暫 時(shí) 仍 需 人 工 完 成 揀 選 貨 物 操 作 ， 效 率 有 待 提 升 。AGV 機(jī) 器 人 在 解 決 勞 動(dòng) 力 不 足 、 提 高 生 產(chǎn) 率 、 改 進(jìn) 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 和 降 低 生 產(chǎn) 成 本 方 面 發(fā)揮 著 越 來 越 顯 著 的 作 用 。 工 業(yè) 領(lǐng) 域 的 焊 接 、 噴 涂 、 搬 運(yùn) 、 裝 配 等 場 合 ， 已 經(jīng) 開 始 大 量使 用 機(jī) 器 人 。 另 外 ， 在 軍 事 、 海 洋 探 測 、 航 天 、 醫(yī) 療 、 農(nóng) 業(yè) 、 林 業(yè) 甚 至 服 務(wù) 娛 樂 行 業(yè) ，也 都 開 始 使 用 機(jī) 器 人 。 未 來 物 流 業(yè) 的 發(fā) 展 同 樣 離 不 開 機(jī) 器 人 技 術(shù) 的 支 持 ， 機(jī) 器 人 技 術(shù) 在物 流 作 業(yè) 過 程 中 發(fā) 揮 著 越 來 越 重 要 的 作 用 ， 是 引 領(lǐng) 現(xiàn) 代 物 流 業(yè) 發(fā) 展 趨 勢 的 重 要 因素。 畢 業(yè) 論 文 （設(shè)計(jì)）題目名稱： 自動(dòng)裝卸 AGV 設(shè)計(jì) 所 在 學(xué) 院 ：專業(yè)（班級）：學(xué) 生 姓 名 ： 指 導(dǎo) 教 師 ： 評 閱 人： 院 長：自動(dòng)裝卸 AGV 設(shè)計(jì)總計(jì)：畢業(yè)論文： 30 頁表 格： 2 表插 圖： 17 幅指導(dǎo)教師：評 閱 人：完成時(shí)間：I摘 要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)為解決當(dāng)下國內(nèi)外 AGV 小車價(jià)格高居不下及其并不適合基礎(chǔ)工業(yè)不完善的我國的問題，并且目前大部分 AGV 采用電磁或軌道引導(dǎo)，路線固定，局限性較大，不適用于柔性化制造系統(tǒng)。為解決上述問題，在目前 AGV 的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性的使用機(jī)械手聯(lián)動(dòng)的的裝卸方式，避免了為了滿足各工況需求而覆蓋的各種移載機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)模式和導(dǎo)引方式，降低了成本。同時(shí)又不同于 AGC 需要完善的基礎(chǔ)設(shè)施配合，三只靈巧機(jī)械手足夠完成裝卸工作，極大地發(fā)揮了 AGV 本身的自主性和工作容積。搭配四個(gè)麥克納姆輪極大地縮小了轉(zhuǎn)向半徑可在更狹小空間內(nèi)作業(yè)。同時(shí)仿照無人駕駛汽車運(yùn)行原理采用激光測距雷達(dá)配接近傳感器能夠滿足各種復(fù)雜路徑的使用要求，自動(dòng)化程度更高。同時(shí)定位精度主要由雷達(dá)的精度決定，便于用戶靈活調(diào)整型號以適應(yīng)場所并控制成本（定位精度為±10mm到±5mm ）。關(guān)鍵詞：AGV；工業(yè)機(jī)器人；物流搬運(yùn)；無人駕駛技術(shù)IIABSTRACTThe graduation design in order to solve the present high prices for AGV car at home and abroad and is not suitable for basic industry is not perfect in our country, and at present most of the AGV by electromagnetic or track guide, fixed route, limitations, is not suitable for the flexible manufacturing system.To solve the above problems, on the basis of the AGV, the use of innovative way of loading and unloading manipulator linkage, avoided in order to meet the demand of working condition of the institution, and cover a variety of transfer of driving mode and direct way, reduce the cost. At the same time, it is different from the basic facilities that AGC needs to perfect, and the three dexterous manipulators are enough to complete the loading and unloading work, which greatly exerts the autonomy and working capacity of AGV itself. With four McNams, the steering radius is greatly reduced to work in smaller Spaces. At the same time, the operation principle of the self-driving car adopts laser ranging radar and proximity sensors to meet the requirements of various complex paths, and the automation level is higher. At the same time, the positioning accuracy is mainly determined by the accuracy of the radar, so that the user can adjust the model flexibly to fit the site and control the cost (the positioning accuracy is plus or minus 10mm to plus or minus 5mm).Key Words：AGV ;Industrial robots; Logistics transport; Unmanned technologyIII目 錄1.緒論 11.1 AGV 概述 .11.2 背景技術(shù) 11.3 國內(nèi)外機(jī)械能越障小車的發(fā)展概況 .12.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22.1 自動(dòng)裝卸 AGV 技術(shù)參數(shù) .22.2 直流伺服電動(dòng)機(jī)的選擇 .23.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 93.1 控制系統(tǒng)總體方案 .93.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的選擇 .94.運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 .124.1 單個(gè)輪子動(dòng)力學(xué)模型 .124.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 135. 系統(tǒng)的拓展 155.1 軟件結(jié)構(gòu) 155.2 基于行為的軟件特征 155.3 行為選擇 155.4 AGV 環(huán)境中的行為與選擇機(jī)制 .166. 定位與導(dǎo)航 176.1 定位 .176.2 概率定位 176.3 AGV 的可信度 .186.4 坐標(biāo)系 .216.5 導(dǎo)航功能 217. 機(jī)械手設(shè)計(jì) 257.1 機(jī)械手腕部設(shè)計(jì) 257.2 自由度計(jì)算 258. AGV 路徑仿真 .289. 結(jié)論 30參 考 文 獻(xiàn) 31致 謝 32附錄 1：外文譯文 33附錄 2：外文原文 36自 動(dòng) 裝 卸 AGV 設(shè) 計(jì)11.緒論1.1 AGV 概述本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題來源于第十屆全國 3D 大賽，命題與高校工程訓(xùn)練教學(xué)內(nèi)容相銜接，體現(xiàn)綜合性工程能力。命題內(nèi)容體現(xiàn)“創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、制造工藝能力、實(shí)際操作能力和工程管理能力”四個(gè)方面的要求?，F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展不僅要求產(chǎn)品高質(zhì)量、高性能，而且為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝必須高效率、低成本。根據(jù)美國物流協(xié)會(huì)定義，AGV 是無人搬運(yùn)車（Automated Guided Vehicle）的英文縮寫。是指裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護(hù)以及各種移載功能的運(yùn)輸車。目前 AVG 應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在倉儲(chǔ)業(yè)，制造業(yè)，港口碼頭及特種行業(yè)。其中工業(yè)領(lǐng)域里的制造業(yè)需要很多內(nèi)部運(yùn)輸，以及很多不同的物料處理。AGV 的自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車系統(tǒng)可以滿足這類需求。比如：工具，托盤，成品，半成品，原材料，卷式產(chǎn)品，物料供應(yīng)等的搬運(yùn)。AGV 在制造業(yè)的其他應(yīng)用包括支持高層儲(chǔ)架的托盤檢索，生產(chǎn)區(qū)的物品和零部件的運(yùn)輸，以及生產(chǎn)區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)之間的物品運(yùn)輸。制造業(yè)每天物流的典型特點(diǎn)是高吞吐量，空間和靈活性很重要。AGV 的自動(dòng)物料處理系統(tǒng)可以很好地滿足此類需求，比如把物品從輸送帶，托盤堆垛機(jī)以及天車上轉(zhuǎn)移到倉庫，生產(chǎn)車間，裝配區(qū)和發(fā)貨區(qū)等。1.2 背景技術(shù)目前國內(nèi) AGV 主要采用的是以日本為代表的簡易型 AGV 技術(shù)，稱為AGC（Automated Guided Cart）該技術(shù)追求的是簡單實(shí)用，讓用戶在最短時(shí)間內(nèi)收回投資成本，但 AGC 只用來搬運(yùn)，并不強(qiáng)調(diào)自動(dòng)裝卸功能，雖然價(jià)格低廉但不適合基礎(chǔ)工業(yè)并不十分完善的我國。同時(shí)當(dāng)下大部分 AGV 采用電磁或軌道引導(dǎo)，路線固定，局限性較大，不適用于柔性化制造系統(tǒng)。1.3 國內(nèi)外機(jī)械能越障小車的發(fā)展概況根據(jù)美國物流協(xié)會(huì)定義，AGV 是無人搬運(yùn)車（Automated Guided Vehicle）的英文縮寫。是指裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護(hù)以及各種移載功能的運(yùn)輸車。目前 AVG 應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在倉儲(chǔ)業(yè)，制造業(yè)，港口碼頭及特種行業(yè)。其中工業(yè)領(lǐng)域里的制造業(yè)需要很多內(nèi)部運(yùn)輸，以及很多不同的物料處理。AGV 的自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車系統(tǒng)可以滿足這類需求。比如：工具，托盤，成品，半成品，原材料，卷式產(chǎn)品，自 動(dòng) 裝 卸 AGV 設(shè) 計(jì)2物料供應(yīng)等的搬運(yùn)。AGV 在制造業(yè)的其他應(yīng)用包括支持高層儲(chǔ)架的托盤檢索，生產(chǎn)區(qū)的自 動(dòng) 裝 卸 AGV 設(shè) 計(jì)1物品和零部件的運(yùn)輸，以及生產(chǎn)區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)之間的物品運(yùn)輸。制造業(yè)每天物流的典型特點(diǎn)是高吞吐量，空間和靈活性很重要。AGV 的自動(dòng)物料處理系統(tǒng)可以很好地滿足此類需求，比如把物品從輸送帶，托盤堆垛機(jī)以及天車上轉(zhuǎn)移到倉庫，生產(chǎn)車間，裝配區(qū)和發(fā)貨區(qū)等。1.4 設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)在目前 AGV 的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性的使用機(jī)械手聯(lián)動(dòng)的的裝卸方式，避免了為了滿足各工況需求而覆蓋的各種移載機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)模式和導(dǎo)引方式，降低了成本。同時(shí)又不同于 AGC 需要完善的基礎(chǔ)設(shè)施配合，三只靈巧機(jī)械手足夠完成裝卸工作，極大地發(fā)揮了 AGV 本身的自主性和工作容積。搭配四個(gè)麥克納姆輪極大地縮小了轉(zhuǎn)向半徑可在更狹小空間內(nèi)作業(yè)。同時(shí)仿照無人駕駛汽車運(yùn)行原理采用激光測距雷達(dá)配接近傳感器能夠滿足各種復(fù)雜路徑的使用要求，自動(dòng)化程度更高。同時(shí)定位精度主要由雷達(dá)的精度決定，便于用戶靈活調(diào)整型號以適應(yīng)場所并控制成本（定位精度為±10mm 到±5mm）。1.5 基本方案設(shè)計(jì)過程中需要完成：各機(jī)構(gòu)機(jī)械方面選擇、加工工藝方案的選擇和優(yōu)化和加工成本及材料分析選擇等。在此其中，機(jī)械加工成本，原材料的選擇等都會(huì)對最終性能產(chǎn)生影響，因此，需要多方面思量這些問題，合理選擇，設(shè)計(jì)出最優(yōu)的方案。本設(shè)計(jì)為一種新型的 AGV 如圖 1.1 所示，采用四個(gè) Mecanum 輪驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式，通過直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛，當(dāng)兩輪轉(zhuǎn)速不同或轉(zhuǎn)向相反時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。四輪結(jié)構(gòu)加四套減速器相對來講有較大的負(fù)載能力和較好的平穩(wěn)性，與兩輪驅(qū)動(dòng)和安裝差速器及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)相比雖然成本較高但傳動(dòng)誤差小，轉(zhuǎn)向靈活，故采用此方案。圖 1.1 AGV 三維預(yù)覽圖自 動(dòng) 裝 卸 AGV 設(shè) 計(jì)2自 動(dòng) 裝 卸 AGV 設(shè) 計(jì)32.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 自動(dòng)裝卸 AGV 技術(shù)參數(shù)自動(dòng)搬運(yùn)小車的長度 1.3m自動(dòng)搬運(yùn)小車的寬度 1.3m自動(dòng)搬運(yùn)小車的高度 1m自動(dòng)搬運(yùn)小車的重量 160kg持續(xù)運(yùn)行時(shí)間 8～10h充電方式 自動(dòng)/手動(dòng)定位精度 ±10mm剎車距離 ≤0.1m負(fù)載 ≤500kg小車轉(zhuǎn)彎半徑 ≥0.6m（可原地差動(dòng)旋轉(zhuǎn)）小車最大速度 ≤1.2m/s行走定位點(diǎn)數(shù) 可行走任意多個(gè)設(shè)備位置抗干擾能力 對路面打滑具有較強(qiáng)抗干擾能力蓄電池 免維護(hù)充電電池，連續(xù)放電次數(shù)＞300 次安全感應(yīng)范圍 ≤3mm 可調(diào)，緊急制動(dòng)距離＜20mm人機(jī)交互 觸屏人機(jī)交互，方便設(shè)置參數(shù)，設(shè)置站點(diǎn) 及報(bào)警位置設(shè)計(jì)壽命 ＞10 年2.2 直流伺服電動(dòng)機(jī)的選擇直流伺服電機(jī)的選擇關(guān)系著控制系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)特性和運(yùn)動(dòng)精度，所以在選擇直流伺服電機(jī)的時(shí)候，主要應(yīng)該參考以下幾點(diǎn)要求：①調(diào)速范圍廣闊而且平滑。②機(jī)械特性較硬而且動(dòng)態(tài)/靜態(tài)調(diào)節(jié)特性良好。③響應(yīng)時(shí)間較短，可適用于要求快速啟停的控制場合。④體積小，重量輕，控制特性成線性。伺服電動(dòng)機(jī)主要根據(jù)下面三個(gè)因素選擇運(yùn)行速度：AGV 行走的速度為 1.2m/s，車輪的轉(zhuǎn)速為自 動(dòng) 裝 卸 AGV 設(shè) 計(jì)4min/624.8014.3.6601 rdvn??????（2.1 ）選擇減速比為 i=5 的減速器in.2r/286.5in?電（2.2 ）小車自重為 PN1.90?（2.3 ）為方便抓取將小車重心放在整體靠前的位置，負(fù)載的重心后置保證了運(yùn)行中具有更高的穩(wěn)定性和可操控性，整體重心仍落在車體幾何中心。小車的載荷為 G Nmg4908.50???（2.4 ）自動(dòng)搬運(yùn)小車的受力分析如圖 2.1 所示。 圖 2.1 車輪受力簡圖取坐標(biāo)系 OXYZ 如圖所示，列出平衡方程由于由于前后車輪相對于 y 軸呈對稱分布，有 dcbaF?,自 動(dòng) 裝 卸 AGV 設(shè) 計(jì)5??0ZF02???PFCa（2.5 ）XM06.234.1.- ???cF（2.6 ）解得 NFNFdcba 13.5,867.??Mecanum 輪的受力情況很復(fù)雜，見圖 2.2。本小車采用的 45°Mecanum 輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的力通過與地面接觸的滾輪作用于地面，使力可以分解為一個(gè)垂直于滾輪軸的矢量和一個(gè)與軸平行的矢量。垂直于滾輪的力會(huì)隨著小滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能釋放，而平行于滾柱軸的力將產(chǎn)生一個(gè)施加到輪子上的力并且作用到小車上，使小車向前移動(dòng)。圖 2.2 Mecanum 原理，向量分解 由于 Mecanum 輪不會(huì)單獨(dú)出現(xiàn)，對于這種四輪組合的形式，需要將每一個(gè)輪子在45°時(shí)產(chǎn)生的力結(jié)合起來以分析小車的運(yùn)動(dòng)，左右兩個(gè) 45°的力矢量可分解為向前力矢量和側(cè)向力矢量，兩個(gè)向前力矢量相疊加而兩個(gè)側(cè)向矢量（一個(gè)向左一個(gè)向右）則相互抵消，此處僅分析直線運(yùn)動(dòng)，因?yàn)榍拜喫茌d荷較大，故僅分析前輪受力狀態(tài)，前輪受力狀態(tài)如圖 2.3 所示（更詳細(xì)的 Mecanum 輪受力分析見 4.1 單個(gè)輪子動(dòng)力學(xué)模型）。自 動(dòng) 裝 卸 AGV 設(shè) 計(jì)6圖 2.3 前輪受力滾動(dòng)摩阻力偶矩 應(yīng)該處于零與最大值之間，即fMmax0f?（2.7 ）mNFN ????13.0867.10.max?（2.8 ）上式中 δ 為滾動(dòng)摩阻系數(shù)，查閱書中常用材料的滑動(dòng)摩擦系數(shù)與滾動(dòng)摩阻系數(shù)一表得到 δ=2～10，取 δ=6mm。牽引力 F 為 NdM3.2504.12max??（2.9 ）（1）電動(dòng)機(jī)軸上所承受的的轉(zhuǎn)矩 為LT??mNidTNL??????746.5108.952.0867.13.2.??（2.10 ）傳遞效率 η 取 0.7，摩擦系數(shù) μ 取 0.15自 動(dòng) 裝 卸 AGV 設(shè) 計(jì)7（2）電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)荷慣性 為LJ???243120296. 064.13.076.54mKgJiJL???????????（2.11 ）上式中 是車輪的質(zhì)量慣性矩， 是傳動(dòng)裝置部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1J432,J（3）電機(jī)的選定根據(jù)以上計(jì)算，在負(fù)載慣性已知情況下可以根據(jù)要求的運(yùn)動(dòng)特性分析電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，選擇直流伺服電動(dòng)機(jī)。電機(jī)型號及參數(shù)：MOVING YZ-57BLS120 120W 伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量 230cmgJM??匹配條件為 max96.1L即 0.25＜0.729＜1 125.0ax＜＜ MLJ（2.12 ）296.53.230cmgL ????（2.13 ）故電機(jī)滿足要求。（4）快移時(shí)的加速性能伺服電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩是 AGV 工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行到最高轉(zhuǎn)速 時(shí)，輸出到maxn車輪的最大扭轉(zhuǎn)力矩 maxTNnJTa ?????? ?23.1076.042396.51602 7max??（2.14 ）加速時(shí)間 sTMa4（2.15 ）其中機(jī)械時(shí)間常數(shù) m19?2.3 驅(qū)動(dòng)輪系的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)輪系的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下要求：①尺寸符合 AGV 的要求。自 動(dòng) 裝 卸 AGV 設(shè) 計(jì)8②結(jié)構(gòu)簡單、合理，拆裝方便。③強(qiáng)度及剛度符合要求。④扭矩的有效傳遞。為了與傳動(dòng)部件相聯(lián)結(jié)，輸出軸一端被做成扁平頭形狀，參考現(xiàn)有參數(shù)選取直徑為 φ8 的電機(jī)軸與直徑為 φ12 的聯(lián)接部分，故其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 2.4 所示。圖 2.4 聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)圖銷釘直徑 d 可按剪切強(qiáng)度公式計(jì)算，即????ZDKTdm8?（2.16） 選用 45 鋼作為銷定材料，翻閱書后表格得優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB 699-88）45 2/39.0%,5,17,35,637m20 mMJMPaaxssb ????? ???，調(diào) 質(zhì)硬度 36～42HRC銷釘?shù)脑S用切應(yīng)力為????b.4587????（2.17 ）過載限制系數(shù) K 查表取 K=1.6,T=0.587N·md64.075.124.36.???（2.18 ）根據(jù)上述強(qiáng)度計(jì)算，取銷釘直徑 d=5mm。2.4 軸的設(shè)計(jì)由于前輪所受載荷大于后輪，故對前輪進(jìn)行校核，前輪軸結(jié)構(gòu)如圖 2.5。自 動(dòng) 裝 卸 AGV 設(shè) 計(jì)9圖 2.5 前輪軸結(jié)構(gòu)（1）求前輪軸上的功率 ，轉(zhuǎn)速 ,功率1P1n1T取傳動(dòng)裝置的效率 ，則7.0??KWP84.201??（2.19 ）min/6.81rn（2.20 ）mNPT ?????? 789.264.8015.905.96161（2.21 ）（2）初步確定軸的最小直徑選用 45 鋼作為軸的材料，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，取得 ,于是有150AmnPAd639.724.815330min ???（2.22）法蘭所處位置的輪軸直徑最小，由于法蘭與軸采用雙頂絲聯(lián)結(jié)，故軸的直徑取10mm自 動(dòng) 裝 卸 AGV 設(shè) 計(jì)10該 Mecanum 輪的輪轂使用鋁合金材料，大輪軸使用 45 鋼，剛度和強(qiáng)度都比較好，小輪軸使用普通碳鋼，因?yàn)檎麄€(gè)輪子的最大應(yīng)力處恰好出現(xiàn)在小輪軸上，因此需要更高的強(qiáng)度。小輪使用橡膠材料，摩擦系數(shù)比較大，能給 AGV 提供較好的抓地力和加速性能。（3）確定軸上倒角尺寸取軸端倒角為 1×45°。3.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)自 動(dòng) 裝 卸 AGV 設(shè) 計(jì)113.1 控制系統(tǒng)總體方案本系統(tǒng)的核心的控制運(yùn)算部分采用的是 AT89S51 單片機(jī)。數(shù)字編碼器在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)出的脈沖信號，經(jīng)過自行設(shè)計(jì)和制作的脈沖鑒向電路，可以得到電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向 [8]；來自鑒向電路的正反方向的脈沖信號進(jìn)入到電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)模塊，單個(gè)模塊可同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)電機(jī)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)，相應(yīng)的 I/O 口輸出不同的 PWM（Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制）波形，通過 H 橋開關(guān)放大器，作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度或者力矩給定，再通過總線與電機(jī)控制器連接就可以控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，使整個(gè) AGV 自動(dòng)引導(dǎo)小車能夠完成所設(shè)計(jì)的控制任務(wù) [8]。整個(gè)控制系統(tǒng)的組成框圖如圖 3.1 所示。圖 3.1 系統(tǒng)硬件框圖3.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的選擇伺服驅(qū)動(dòng)器所提供的最大電流不能小于電機(jī)的峰值電流，調(diào)整時(shí)的輸入電流不得大于伺服電機(jī)的消磁電流。電機(jī)和負(fù)載的慣量之和小于驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)所允許的最大慣量。采用 PWM 功率放大器作為驅(qū)動(dòng)元件驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)。PWM 的選擇可以參考以下原則：開關(guān)頻率應(yīng)能使電機(jī)軸產(chǎn)生微小振動(dòng)，能夠克服靜摩擦，改善運(yùn)行特性。即：mTf＜（3.1）,K 為力矩常數(shù)， 為 PWM 電源電壓， L 為電感，T 為電機(jī)靜摩擦LTkUfCM4/?CU力矩。自 動(dòng) 裝 卸 AGV 設(shè) 計(jì)12微小振動(dòng)的最大角位移應(yīng)小于設(shè)定的位置誤差。即：3192?LJkUfCT＞（3.2）其中 J 為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， Δ 為設(shè)定的位置誤差。盡量減少電機(jī)產(chǎn)生的高頻功率損耗。即應(yīng)使得 [8]：L2RA?Tf（3.3）其中 為內(nèi)阻。AR選用 UC3637 和 H 橋放大電路來驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，由于一般伺服電機(jī)電感較小，切換頻率過低會(huì)導(dǎo)致交流分量很大并損害功率晶體管功能，因此選擇 30KHz 的切換頻率。①單電源或雙電源工作，±2.5～±20V②限流保護(hù)③欠電壓封鎖④溫度補(bǔ)償，2.5V 閾值的關(guān)機(jī)控制UC3637 的三角波產(chǎn)生電路如圖 3.2 所示。圖 3.2 恒幅三角波產(chǎn)生電路三角波參數(shù)的計(jì)算：自 動(dòng) 裝 卸 AGV 設(shè) 計(jì)13取 PWM 定時(shí)電路充電電流為 0.5MPa，則有??05.6HTSTVR??（3.4 ）??THTfC4.6（3.5 ）其中， 為 PWM 頻率。由允許電機(jī)最大電流 決定 [8]。Tf AI21.3max?max2.0IRS?（3.6 ）對于圖 3.10 所示的控制系統(tǒng)，要求： AIKHzfPWMKRVVS 8;301024 maxINCmax ?????? 限 流頻 率；；；取 a=1，計(jì)算得??????????VRSCIN 52.162410amax3（3.7 ）????KRIN 8.35.62434（3.8 ）VVINSR 1.08.434?（3.9 ） TH13.????????? KVTHS 897.613.4205.16223（3.10 ） FVfCKRKTHTST 9331 107.18.405.405.2684. ???????自 動(dòng) 裝 卸 AGV 設(shè) 計(jì)14其中 是三角波峰值的閾值電壓。 THV4.運(yùn)動(dòng)學(xué)分析4.1 單個(gè)輪子動(dòng)力學(xué)模型在電機(jī)的選擇部分，車輪被設(shè)定為剛體和未變形的圓盤，并且車輪與地面的相互作用被認(rèn)為是點(diǎn)接觸。實(shí)際 Mecanum 輪上的小輪是由橡膠制成，所以相互作用是面接觸。假設(shè)自動(dòng)搬運(yùn)小車的重心不高，因此當(dāng) AGV 加速時(shí)，由高重心引起的對地壓力的改變被忽略?；谲囕v動(dòng)力學(xué)理論，當(dāng) AGV 加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪與地面的接觸變形產(chǎn)生的切向力是 AGV 運(yùn)動(dòng)的牽引驅(qū)動(dòng)力。只要車輪和地面間的接觸區(qū)域，即車輪接地印記上承受切向力，就會(huì)有不同程度的滑移，所以嚴(yán)格地說，理想的純滾動(dòng)假設(shè)與實(shí)際情況不符 [9]。在加速過程中最大限度地減小車輪滑移是 AGV 運(yùn)動(dòng)控制的目標(biāo)，其前提是對單個(gè)車輪的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析。當(dāng)車輪在地面上滾動(dòng)時(shí)，所有的相互作用力以及由車輪和接觸區(qū)的地面產(chǎn)生的相應(yīng)變形都伴隨著能量損失，這是滾動(dòng)阻力的根本原因。為了提高 AGV 的加速性能 [9]所以小輪采用橡膠輪。這種彈性變形引起的彈性遲滯損失形成了阻礙車輪滾動(dòng)的一種阻力偶，當(dāng)車輪僅受徑向載荷而不滾動(dòng)時(shí)，在地面上的正常反作用力在前后方對稱分布，其合力 與法向載荷 P 重合于法線 方向，如圖 4.1（a）所示。車輪滾動(dòng)時(shí)，變形zFn??前后對應(yīng)點(diǎn)的法線 是相同的，但由于彈性遲滯的現(xiàn)象，地面法向反作用力在前部n??的加載壓縮過程就會(huì)大于后部的卸載恢復(fù)過程。在這種情況下，地面法向反作用力前后的分布并不對稱，使其合力 相對于法線 向前移了一個(gè)距離 e[9]，如圖zF?4.1（ b）。自 動(dòng) 裝 卸 AGV 設(shè) 計(jì)15圖 4.1 輪子受力情況輪子靜止時(shí)受力情況；（b）輪子滾動(dòng)時(shí)受力情況如果將法向反作用力 向后平移至通過輪子中心，與其垂線重合，那么車輪在地zF面上滾動(dòng)時(shí)的應(yīng)激狀態(tài)如圖 4.2 所示，一個(gè)額外的力偶矩 出現(xiàn)阻礙車輪的滾動(dòng)，eFTzf?被稱為滾動(dòng)阻力偶矩 [9]。由圖 4.2 可知，為了使車輪在地面上以恒定的速度滾動(dòng)，有必要增加一個(gè)驅(qū)動(dòng)力矩或推力到軸上，從而克服上述滾動(dòng)阻力矩。相關(guān)的數(shù)學(xué)關(guān)系如下：eFTZf??（4.1 ） rZfP（4.2 ）reFZP???（4.3 ）rR?（4.4 ）RfPF??（4.5 ）上式中， 是滾動(dòng)阻力系數(shù)，從上面的公式可以看出，滾動(dòng)阻力系數(shù)是指單位車?重所需之推力。因此，車輪的徑向垂直載荷和滾動(dòng)阻力系數(shù)的乘積就是車輪的滾動(dòng)阻自 動(dòng) 裝 卸 AGV 設(shè) 計(jì)16力，如式（4.5）所示。在車輪上驅(qū)動(dòng) AGV 移動(dòng)的真正力量是地面對車輪的切向反應(yīng)力。圖 4.2 滾動(dòng)阻力偶的形成4.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)方程（1）基于 Mecanum 的自動(dòng)搬運(yùn)小車的移動(dòng)方向（線速度 沿小車中軸方向，xv垂直于中軸方向）和旋轉(zhuǎn)速度 的矩陣方程為yv???????????????????????????? ??BRLFRLyx edeedrv ???? ＋＋＋＋ 21-21e- 4-442（4.1 ）其中 等為每個(gè)輪的轉(zhuǎn)速（r/s），r 為輪子半徑，d 為左右輪之間距離，e 為前?FL?后輪之間距離， 為小車的向前速度， 為小車的側(cè)向速度，ω 為小車的旋轉(zhuǎn)速度。xvyv（2）基于 Mecanum 的自動(dòng)搬運(yùn)小車給定的的期望線速度和角速度與每個(gè)輪子速度的矩陣方程為自 動(dòng) 裝 卸 AGV 設(shè) 計(jì)17?????????????????????? ????yxBRLFRL vededr21-2-12＋ ＋＋ ＋（4.2 ）其中 為期望線速度和角速度。?,yxv5. 系統(tǒng)的拓展上面的控制方法需要構(gòu)建一個(gè)世界模型，然后計(jì)劃行動(dòng)，最后在一個(gè)真實(shí)的環(huán)境中執(zhí)行這些計(jì)劃。然而，構(gòu)建世界模型和計(jì)劃行動(dòng)需要花費(fèi)大量的時(shí)間，這將對 AGV的性能產(chǎn)生重大影響。此外，規(guī)劃模型與實(shí)際環(huán)境之間的偏差會(huì)導(dǎo)致 AGV 運(yùn)動(dòng)無法達(dá)到預(yù)期的效果。5.1 軟件結(jié)構(gòu)目前 AGV 使用的軟件模型即標(biāo)準(zhǔn)模型（層次模型），是一種從上而下執(zhí)行的可預(yù)測軟件結(jié)構(gòu)。傳感器獲得數(shù)據(jù)預(yù)處理的兩層,然后交付給高的 “智能”層做出行動(dòng)的決定，實(shí)際駕駛(如導(dǎo)航和底層驅(qū)動(dòng)函數(shù)) 交由低級層執(zhí)行，最低層為小車的接口，將駕駛指令發(fā)送給 AGV 執(zhí)行器。自 動(dòng) 裝 卸 AGV 設(shè) 計(jì)18為了解決經(jīng)典模型演算時(shí)間長，動(dòng)作完成度不夠等問題，使用一種基于行為的模型，不編寫整段的代碼，而是將每一個(gè) AGV 的功能封裝成一個(gè)個(gè)小而獨(dú)立的模塊，即一個(gè)“行為”。所有的行為都是并行執(zhí)行，所以不需要設(shè)置優(yōu)先級。此種設(shè)計(jì)易于擴(kuò)展，如增加一個(gè)新的傳感器或向 AGV 程序里增加一個(gè)新的行為特征。5.2 基于行為的軟件特征（1）感應(yīng)與動(dòng)作緊密耦合基于行為的 AGV 的動(dòng)作是對刺激的反應(yīng)而不是依賴于有意識的規(guī)劃。避免考慮計(jì)劃，用小的計(jì)算負(fù)載（模塊）來替換它，以實(shí)現(xiàn)從輸入到動(dòng)作的映射，這有利于快速響應(yīng)。（2）避開知識的符號表示不需要構(gòu)造一個(gè)內(nèi)部模型用來處理環(huán)境信息與規(guī)劃任務(wù)。AGV 從觀測中直接產(chǎn)生未來的行為，而非試圖產(chǎn)生一個(gè)可內(nèi)部操作的世界抽象并以此作為規(guī)劃未來行動(dòng)的基礎(chǔ)。（3）分解成具有因果意義的單元（4）并發(fā)關(guān)聯(lián)行的時(shí)變激活等級調(diào)整5.3 行為選擇由于在軟件系統(tǒng)中有一定數(shù)量的行為作為并行進(jìn)程運(yùn)行，每個(gè)行為都可以作為讀取所有的傳感器（讀動(dòng)作），但只有一個(gè)行為可獲得 AGV 執(zhí)行器或者行駛機(jī)構(gòu)的控制權(quán)（寫動(dòng)作）。因此為了達(dá)到預(yù)期目的需要一個(gè)全局控制器在恰當(dāng)時(shí)機(jī)來協(xié)助行為選擇。如果采用固定優(yōu)先級行為，這樣一種僵硬的系統(tǒng)使其能力受到了極大地限制，并難以應(yīng)付日益復(fù)雜的系統(tǒng)。期望的目標(biāo)是能設(shè)計(jì)并制作一個(gè)采用自適應(yīng)控制器的基于隱藏在系統(tǒng)內(nèi)部的“智能”，在任何特定的時(shí)間根據(jù)感知和狀態(tài)輸入決定激活哪一個(gè)行為。反應(yīng)和規(guī)劃（自適應(yīng)控制器）組件的結(jié)合形成了一個(gè)混合系統(tǒng)，其結(jié)合了思考和反應(yīng)結(jié)構(gòu)的要素，在傳感器和電機(jī)輸出間有多個(gè)混合方案來協(xié)調(diào)完成任務(wù)。系統(tǒng)只需要從有利于完成任務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)定義進(jìn)行學(xué)習(xí)以完成任務(wù)。這將設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)的主要工作，從描述系統(tǒng)本身轉(zhuǎn)變成定義一個(gè)正常工作的輸出系統(tǒng)上來。介于定義任務(wù)告竣的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)要比完整的系統(tǒng)描述簡單，這將極大地減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作量。5.4 AGV 環(huán)境中的行為與選擇機(jī)制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于接收所有來自傳感器（包括預(yù)處理過的高層傳感器數(shù)據(jù)）、一個(gè)時(shí)鐘以及每一個(gè)行為狀態(tài)的輸出，并生成輸出以選擇當(dāng)前活動(dòng)的行為，然后生成一個(gè)動(dòng)作。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是通過遺傳算法的進(jìn)化而來的，它被用來優(yōu)化描述任務(wù)評估標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)度函數(shù)，如圖 5.1 所示。使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)路徑規(guī)劃可以把環(huán)境障礙等作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自 動(dòng) 裝 卸 AGV 設(shè) 計(jì)19輸入層信息,通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并行處理,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出層輸出所需的方向和速度,引導(dǎo)機(jī)器人避免障礙行駛,直到到達(dá)目的地。該方法具有處理效率高、學(xué)習(xí)能力強(qiáng) [10]、收斂性好等特點(diǎn)。圖 5.1 AGV 環(huán)境中的行為及選擇機(jī)制6. 定位與導(dǎo)航我們需要獲知當(dāng)前位置，并且具有制定到達(dá)目的地的規(guī)劃能力，準(zhǔn)確的定位是建立精確全局地圖的先決條件，也是 AGV 實(shí)現(xiàn)正確路徑規(guī)劃的保證?；谝曈X的自我定位過程是對視覺傳感器捕捉到的環(huán)境特征進(jìn)行提取和分析的過程，并根據(jù)具體的標(biāo)準(zhǔn)建立觀察與環(huán)境數(shù)據(jù)庫的對應(yīng)關(guān)系，從而確定 AGV 自身的姿態(tài) [10]，如圖 6.1 所示。圖 6.1 基于視覺的 AGV 自定位自 動(dòng) 裝 卸 AGV 設(shè) 計(jì)206.1 定位由于行駛環(huán)境多變，所以本設(shè)計(jì)并沒有使用全局傳感器，而且它也限制了 AGV 的自主能力；作為替換選擇使用本體傳感系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)將激光雷達(dá)安裝在 AGV 上，這樣就得到了使用本體傳感器的 AGV。6.2 概率定位所有的 AGV 移動(dòng)和傳感器測量都會(huì)受到一定程度的噪聲干擾。概率定位的目的是在以前所有數(shù)據(jù)和其他相關(guān)分布函數(shù)的基礎(chǔ)上，能夠最好地估計(jì) AGV 當(dāng)前的狀態(tài)。由于其固有的不確定性，最終的估計(jì)將是一個(gè)概率分布。假定 AGV 從 x=0，y=0 處開始沿直線（如沿 x 軸）行駛，執(zhí)行移動(dòng)距離 d 的指令，d 從板載（絕對）定位系統(tǒng)（GPS 接收器）接受傳感器數(shù)據(jù) s。數(shù)值 d 和 （用s????當(dāng)前的位置測量值減去在執(zhí)行行駛命令前的位置測量值），就可能會(huì)偏離真實(shí)位置。x????必須通過大量的實(shí)驗(yàn)來測量機(jī)器人從任意的起始位置的行駛精度，然后由一個(gè)PMF（概率密度函數(shù)）表示出來，例如：??????cdxpbdxpadxp ????1;;1（6.1 ）需要注意的是，此處只能加上或減去一個(gè)單位（如 cm）來變更 AGV 的真實(shí)位置。在可以表示為一個(gè) PMF 之前，必須以類似的方式通過測量得到 AGV 位置傳感器的精度。??????csxpbsxpasxp ????????1;;1（6.2 ）假設(shè) AGV 執(zhí)行 的行駛命令并且完成后，本體傳感器報(bào)告其位置為d?。實(shí)際位置 x 的概率如下，其中 n 作為歸一化因子：??0,??ydxs???nan xpdpxsp???? ????????1 0,|1|（6.3 ）??????nbn xpdxpdspx???? ???????1 0,||（6.4 ）自 動(dòng) 裝 卸 AGV 設(shè) 計(jì)21??????ncn xpdxpdxspdx???? ?????????1 0,|31|（6.5 ）由于 PMF 對于所有偏差值大于 1（加或減）的概率為 0，因此 AGV 執(zhí)行行駛距離為 的命令后，位置只有可能是位置 、位置 、位置 。因此，這三個(gè)概率d? ??d?1??d加起來應(yīng)當(dāng)?shù)扔?1，我們可以根據(jù)這個(gè)事實(shí)來確定歸一化因子 n：cban???????（6.6 ）6.3 AGV 的可信度根據(jù) 5.1.1 的計(jì)算可以求出三個(gè)位置的概率，它反映了 AGV 的可信度????cbadxpcbadxp????????????11因此，概率最大的位置就是 AGV 最可能出現(xiàn)的位置，但它仍會(huì)記住這個(gè)階段所有的概率。當(dāng) AGV 執(zhí)行第二個(gè)行駛命令，假設(shè)這一次使 ,但執(zhí)行指令后其傳感器仍然報(bào)d??告 。AGV 將根據(jù)條件概率重新計(jì)算其位置的可信度，用 x 表示 AGV 行駛后的真ds??實(shí)位置，用 表示行駛前的位置。x???????cban cbacbaadxpdxdxpsnp???? ?????? ???????????? ????????? ??????2 00]11,|1,|[1（6.7 ）自 動(dòng) 裝 卸 AGV 設(shè) 計(jì)22???????cban cbacbadxpdxdxpsndxp???? ?????? ???????????? ????????? ??????2 00]11,|,|[|（6.8 ）??????cban cbacbadxpdxdxpsndxp???? ?????? ???????????? ???????? ??????2 00]11,|1,|[1（6.9 ）由于 AGV 的真實(shí)位置與傳感器的讀數(shù)偏差只能為 1，因此只能計(jì)算出1,???dx的情形來。之后，將概率歸一化??????????????22222222 222111cbadxpcbadxpcn cbanbanba???????????? ?????????????????（6.10 ）自 動(dòng) 裝 卸 AGV 設(shè) 計(jì)23這些最終的概率是合理的，因?yàn)?AGV 的傳感器比其推算結(jié)果更加準(zhǔn)確。另外，通常 AGV 在 的位置的可能性很小，而這正是它在可信度上的表現(xiàn)。??1???dxp這個(gè)方法最大的問題是所工作的空間必須是離散的，即 AGV 的位置只能離散的表示?？梢酝ㄟ^將離散值設(shè)置為行駛命令和傳感器的最小分辨值。在本設(shè)計(jì)中，我們期望的行駛和傳感器精度不能超過 10mm，可以通過讓所有的距離以 10mm 遞增。但同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生大量的測量值和大量的使用個(gè)別概率的離散距離值。為了解決這個(gè)問題，可以使用一種稱為粒子濾波器的技術(shù)，它允許使用非離散的配置空間。它可以將 AGV 的位置的可信度表示為為 N 個(gè)粒子的集合 M，每個(gè)粒子包含有一個(gè) AGV 的配置 x 與權(quán)重 。??1,0??行駛后，AGV 借助第一次采樣得到的 PDF（probability density function，概率密度函數(shù)） 更新第 j 個(gè)粒子 的構(gòu)型，典型的 是高斯分布。在此之后，??jjdp?,| jx??jjxdp?,|AGV 為第 j 個(gè)粒子賦予一個(gè)新的權(quán)重 。然后，權(quán)重歸一化使得權(quán)重總和為?jjxs|?1。最后，重新采樣并保留最有可能的粒子。標(biāo)準(zhǔn)的重新采樣算法如下：M={}R=rand(0,1/N)c=w[0]i=0for j=0 to N-1 dou=R+j/Nwhile uc doi=i+1c=c+w[i]end whileM=M+{x{i},1/N}/*add particle to set*/end for6.4 坐標(biāo)系與一般 AGV 不同，本設(shè)計(jì)具有相當(dāng)?shù)淖杂赡芰?，并沒有采用固定路線引導(dǎo)，故首先，在未知環(huán)境中建立一個(gè)地圖或者在已知環(huán)境中規(guī)劃路徑是很重要的，而這需要在全局或者世界坐標(biāo)下進(jìn)行定義。將 AGV 的本體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化成全局坐標(biāo)是一個(gè)二維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，為了匹配兩個(gè)坐標(biāo)系，需要一個(gè)平移和一個(gè)旋轉(zhuǎn)變換。設(shè)本 AGV 具有全局位置坐標(biāo) 和全局方向 。其本體坐標(biāo)是 ,然后按照??yxr,???yxo?如下的公式可以計(jì)算其全局坐標(biāo):????yxyxyx oRtrTanso??,,, ?（6.11 ）