1總體設(shè)計(jì)
AGV一般由車(chē)體、蓄電池、充電系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)向裝置、精確停車(chē)裝置、車(chē)上控制器、通信裝置、信息采樣子系統(tǒng)、移載裝置和車(chē)體方位計(jì)算子系統(tǒng)等組成。車(chē)體由車(chē)架和相應(yīng)的機(jī)械電氣部件如減速箱、電機(jī)、車(chē)輪等組成，它是AGV的基礎(chǔ)部分。車(chē)架要從強(qiáng)度和剛度上滿足車(chē)體運(yùn)行和加速時(shí)的要求，常用鋼構(gòu)件焊接而成，其外殼為1mm~3mm的鋼板或鋁合金板，車(chē)架空間安置與驅(qū)動(dòng)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(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和降低車(chē)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(chē)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(dòng)力。蓄電池供電應(yīng)達(dá)到額定的安培小時(shí)值，一般應(yīng)保證8h以上的工作需要，對(duì)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(jī)充電和全周期充電兩種方式。隨機(jī)充電采用可任意充電的汽車(chē)免修蓄電池，在AGV的備用停泊站，無(wú)時(shí)間限制地隨時(shí)充電。全周期充電則要求AGV退出服務(wù)，并進(jìn)入指定的充電區(qū)且當(dāng)蓄電池電荷降至指定范圍時(shí)方可充電。此類(lèi)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(dòng)、人工和快速更換的可抽拉式三種。
驅(qū)動(dòng)裝置由車(chē)輪、減速器、制動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)及速度控制器等部分組成。AGV驅(qū)動(dòng)命令由計(jì)算機(jī)發(fā)出，驅(qū)動(dòng)的速度與方向是兩個(gè)獨(dú)立的變量，它們分別由計(jì)算機(jī)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(diǎn)時(shí)要求不同的車(chē)速，直線行走高速度常達(dá)lm/s，拐彎時(shí)為0. 2m/s~0. 6m/s,接近停位點(diǎn)時(shí)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(guò)轉(zhuǎn)向裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。AGV通常被設(shè)計(jì)成三種運(yùn)動(dòng)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(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。
“智能”較高的AGV都有車(chē)上控制器，它類(lèi)似于機(jī)器人控制器，用以對(duì)AGV進(jìn)行監(jiān)控?？刂破饔?jì)算機(jī)通過(guò)通信系統(tǒng)從地面站接受指令并報(bào)告自己的狀態(tài)。通常控制器可完成以下工作:手動(dòng)控制、安全裝置啟動(dòng)、蓄電池狀態(tài)、轉(zhuǎn)向極限、制動(dòng)器解脫、行走燈光、驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向電機(jī)控制和充電接觸器等。某些AGV具有編程能力，允許小車(chē)離開(kāi)導(dǎo)引路徑，駛向某個(gè)示教地點(diǎn)，完成任務(wù)后循原道返回到導(dǎo)引路徑上來(lái)。
AGV的控制指令一般是由地面控制器(車(chē)外)發(fā)出，AGV的狀態(tài)也通過(guò)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(shí)候和相對(duì)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(wú)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(diǎn)(通信點(diǎn))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(lái)說(shuō)，這種通信是通過(guò)感應(yīng)或光學(xué)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。分散通信的一個(gè)明顯缺點(diǎn)是:如果AGV在兩通信點(diǎn)之間發(fā)生故障，AGV將無(wú)法與地面控制站取得聯(lián)系。目前大多數(shù)AGV系統(tǒng)都是采用分散式通信方式，因?yàn)槠鋬r(jià)格較便宜。
AGV的安全系統(tǒng)既要實(shí)現(xiàn)對(duì)AGV的保護(hù)，又要實(shí)現(xiàn)對(duì)人，或?qū)ζ渌孛嬖O(shè)備的保護(hù)。其安全保護(hù)方法可歸納為兩類(lèi):接觸式和非接觸式兩種保護(hù)系統(tǒng)。對(duì)自由路徑(無(wú)固定導(dǎo)引路徑)型的AGV，還要進(jìn)行車(chē)體方位的計(jì)算，它由車(chē)體方位計(jì)算子系統(tǒng)來(lái)完成。AGV的方位，即在總體坐標(biāo)系中的位置與方向，與車(chē)體左右輪的運(yùn)動(dòng)有一確定的關(guān)系，由此可計(jì)算出AGV的方位。該子系統(tǒng)的功能是根據(jù)采樣信息，通過(guò)積分運(yùn)算，實(shí)時(shí)計(jì)算出車(chē)體方位[x(t)，y(t)和θ(t) ]。根據(jù)需要，將計(jì)算的方位信息通過(guò)串行通信傳送給車(chē)上控制器，然后再通過(guò)無(wú)線電通信傳送給地面監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)AGV的監(jiān)控。地面監(jiān)控系統(tǒng)也可通過(guò)這一通信信路，對(duì)車(chē)體方位計(jì)算子系統(tǒng)進(jìn)行操作，如初始化、重置車(chē)體方位以消除累積誤差等。完成車(chē)體方位計(jì)算的基本輸入數(shù)據(jù)是車(chē)輪前進(jìn)或后退的距離，即通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的周期性采樣來(lái)獲取。
AGV的導(dǎo)引方式可分為兩大類(lèi):(1)車(chē)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(guò)檢測(cè)出它的信息來(lái)得到導(dǎo)引，如電磁導(dǎo)引、光學(xué)導(dǎo)引、磁帶導(dǎo)引(又稱(chēng)磁性導(dǎo)引)等。(2)自由路徑(無(wú)固定路徑)導(dǎo)引方式，AGV上儲(chǔ)存著系統(tǒng)布局上的尺寸坐標(biāo)，通過(guò)識(shí)別車(chē)體當(dāng)前方位，自主地決定行駛路徑，這類(lèi)導(dǎo)引方式也稱(chēng)為車(chē)上軟件—編程路徑方式。
綜合AGV的上述特點(diǎn)，再結(jié)合本次設(shè)計(jì)的具體要求，確定本次AGV的研制原則:即以最簡(jiǎn)單形式、最少的成本、盡可能可靠的動(dòng)作完成課題要求。
據(jù)此，形成機(jī)器人的基本控制思路:紅外傳感器取得反射信號(hào)送給單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)對(duì)有無(wú)反射信號(hào)進(jìn)行處理，同樣超聲波傳感器也將信號(hào)傳給單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)對(duì)感應(yīng)時(shí)間進(jìn)行處理，結(jié)合路徑圖進(jìn)行綜合分析后輸出控制信號(hào)，控制信號(hào)通過(guò)控制電路放大、輸出到電機(jī)對(duì)小車(chē)動(dòng)作進(jìn)行控制。整個(gè)控制流程中不用光電編碼器，即沒(méi)有電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的信息反饋，所有信息都由傳感器輸入，屬開(kāi)環(huán)控制。
開(kāi)環(huán)控制的優(yōu)點(diǎn)是信息源少，需要單片機(jī)分析的數(shù)據(jù)比較少，比較適合使用單片機(jī)作為控制器，而缺點(diǎn)就是由于信息源單一，對(duì)輸入信息沒(méi)有糾錯(cuò)能力，只要信息源出現(xiàn)錯(cuò)誤就會(huì)出現(xiàn)狀態(tài)誤判。使用開(kāi)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(jī)器人的設(shè)計(jì)總體思路:通過(guò)紅外傳感器作為導(dǎo)航，單片機(jī)為控制器，電機(jī)差動(dòng)式實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，根據(jù)預(yù)設(shè)路線，實(shí)現(xiàn)AGV導(dǎo)航定位策略的方式及用最簡(jiǎn)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(chēng) |
數(shù)量 |
|
超聲波傳感器 |
1 |
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紅外傳感器 |
4 |
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車(chē)體 |
1 |
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直流電動(dòng)機(jī) |
2 |
|
蓄電池 |
2 |
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電源穩(wěn)壓模塊 |
1 |
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控制電路 |
1 |
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單片機(jī) |
1 |
