一種小型AGV運(yùn)輸小車的設(shè)計(jì)

王書劍 周詩薇 鄧文兵 方凱

【摘 要】在柔性制造業(yè)和自動(dòng)化工廠中，自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車（AGV）具有運(yùn)輸效率高、節(jié)能、工作可靠、能實(shí)現(xiàn)柔性運(yùn)輸?shù)仍S多優(yōu)點(diǎn)。論文設(shè)計(jì)一種小型AGV運(yùn)輸小車，以32位微控制器MK60DN512VLQ10作為核心控制單元，采用電感線圈獲取道路信息，通過PID控制算法調(diào)節(jié)速度控制器和方向控制器，實(shí)時(shí)調(diào)整小車的自動(dòng)導(dǎo)向與轉(zhuǎn)角。在柔性制造系統(tǒng)中，其可以提高生產(chǎn)自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率，具有廣泛的應(yīng)用前景。

【Abstract】In flexible manufacturing and automated plants， automatic guided transport vehicle （AGV） has many advantages， such as high transportation efficiency， energy saving， reliable work， flexible transportation and so on. The paper designs a small automated guided vehicle， which takes the 32-bit microcontroller MK60DN512VLQ10 as the core control unit， and adopts inductance coil to obtain the road information. The speed controller and the direction controller are adjusted by PID control algorithm， and the automatic steering and turning angle of the car are adjusted in real time. In the flexible manufacturing system， it can improve the degree of production automation and production efficiency， and has a wide application prospect.

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)導(dǎo)引小車;電磁檢測;路徑識(shí)別;單片機(jī)控制;PWM技術(shù)

【Keywords】automatic guided vehicle; electromagnetic testing; path identification; single chip microcomputer control; PWM technology

【中圖分類號(hào)】TP249? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2018）12-0176-02

1 引言

自動(dòng)引導(dǎo)小車（AGV）是伴隨著柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、自動(dòng)化立體倉庫而產(chǎn)生并發(fā)展起來的自動(dòng)化物流裝備[1]。

隨著企業(yè)對(duì)于大型設(shè)備以及產(chǎn)品的物流運(yùn)輸要求越來越嚴(yán)格，AGV的構(gòu)造和功能也發(fā)生翻天覆地的變化。為了能夠滿足企業(yè)對(duì)于運(yùn)輸大型設(shè)備以及產(chǎn)品的需求，需要一種重載式AGV。重載式AGV運(yùn)輸小車有電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)引裝置，它能夠沿規(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，相比普通的AGV小車更為實(shí)用[2]。

2 設(shè)計(jì)任務(wù)

本課題設(shè)計(jì)了一種小型重載AGV運(yùn)輸小車，以32位微控制器MK60DN512VLQ10為核心控制單元，采用電感線圈獲取道路信息，通過設(shè)計(jì)PID速度控制器和PID方向控制器實(shí)時(shí)調(diào)整AGV運(yùn)輸小車的自動(dòng)導(dǎo)向與轉(zhuǎn)角。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

[智能車系統(tǒng)][硬件系統(tǒng)][軟件系統(tǒng)][電路系統(tǒng)][機(jī)械系統(tǒng)][機(jī)械系統(tǒng)][電路系統(tǒng)]

系統(tǒng)包括電磁傳感器導(dǎo)引模塊、核心控制K60模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、電源模塊?？刂乒δ苣K如圖2所示。

3 AVG運(yùn)輸小車的設(shè)計(jì)

3.1 控制系統(tǒng)

①電磁傳感器導(dǎo)引模塊：選用三極管和LM324芯片進(jìn)行兩級(jí)放大，在該模塊中對(duì)采集到的信息進(jìn)行處理，以此信息來判斷當(dāng)前AVG運(yùn)輸小車行車路徑的變化趨勢和AVG運(yùn)輸小車當(dāng)前速度轉(zhuǎn)角的信息[3]。將處理得到的信息傳給單片機(jī)以決定相應(yīng)控制決策。②核心控制K60模塊：K60單片機(jī)是系統(tǒng)的核心部分。它負(fù)責(zé)接收行車路徑信息數(shù)據(jù)，AGV運(yùn)輸小車的速度等反饋信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚?，形成合適的控制量來驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行控制。③驅(qū)動(dòng)模塊：在該模塊中包括了驅(qū)動(dòng)電機(jī)和舵機(jī)，當(dāng)接收到單片機(jī)的命令后執(zhí)行相應(yīng)的操作，同時(shí)信息采集模塊又采集到電機(jī)和舵機(jī)的狀態(tài)信息，反饋給單片機(jī)[4]。從而整個(gè)系統(tǒng)能夠形成一個(gè)閉環(huán)，保證了AGV運(yùn)輸小車的準(zhǔn)確導(dǎo)引。④ 電源模塊：提供AVG小車運(yùn)行中各個(gè)部件的動(dòng)力。

3.2 機(jī)械平臺(tái)

AVG運(yùn)輸小車的機(jī)械結(jié)構(gòu)包括AVG運(yùn)輸小車車體、電磁導(dǎo)引傳感器、編碼器、舵機(jī)和電機(jī)。

①電磁傳感器。電磁傳感器主要考慮的問題有：固定電磁傳感器的材料，安裝位置和安裝高度[5]。固定材料選擇了硬度較好而且使用靈活的三通塑料連件。安裝位置剛開始我們把傳感器支架固定在車的前半部分，導(dǎo)致傳感器支架擺動(dòng)在高速是晃動(dòng)，并使得小車重心靠前。經(jīng)過多次反復(fù)的實(shí)驗(yàn)最終確定了傳感器離地面的高度為11cm，支架固定在車體的后部。? ②速度編碼器。采用龍邱編碼器，安裝時(shí)應(yīng)注意調(diào)整好齒輪間隙。齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)車模的驅(qū)動(dòng)能力有很大的影響。齒輪傳動(dòng)部分安裝位置的不恰當(dāng)，會(huì)大大增加電機(jī)驅(qū)動(dòng)后輪的負(fù)載。調(diào)整的原則是：兩傳動(dòng)齒輪軸保持平行，齒輪間的配合間隙要合適，過松容易打壞齒輪，過緊又會(huì)增加傳動(dòng)阻力，浪費(fèi)動(dòng)力;傳動(dòng)部分要輕松、順暢，不能有遲滯或周期性振動(dòng)的現(xiàn)象。判斷齒輪傳動(dòng)是否良好的依據(jù)是，聽一下電機(jī)帶動(dòng)后輪空轉(zhuǎn)時(shí)的聲音。聲音刺耳響亮，說明齒輪間的配合間隙過大，傳動(dòng)中有撞齒現(xiàn)象;聲音悶而且有遲滯，則說明齒輪間的配合間隙過小，或者兩齒輪軸不平行，電機(jī)負(fù)載變大。調(diào)整好的齒輪傳動(dòng)噪音很小，并且不會(huì)有碰撞類的雜音，后輪減速齒輪機(jī)構(gòu)就基本上調(diào)整好了。③小車車體。小車車體設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵是重心的調(diào)整，包括重心高度的調(diào)整和前后的調(diào)整。重心的高度是影響小型重載AGV運(yùn)輸小車穩(wěn)定性的因素之一。當(dāng)重心高度偏高時(shí)，AGV運(yùn)輸小車在轉(zhuǎn)彎過程中會(huì)不穩(wěn)定。合理的底盤剛度和底盤高度調(diào)節(jié)會(huì)提高小型重載AGV運(yùn)輸小車的加速性能。AGV運(yùn)輸小車的重心應(yīng)該保持較低，降低地盤是實(shí)現(xiàn)重心下降的較為直接的方式[6]。

3.3 程序設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)需要配置單片機(jī)各個(gè)模塊寄存器數(shù)值，使單片機(jī)各個(gè)模塊正常工作。初始化中包括：單片機(jī)時(shí)鐘配置、I/O口配置、PWM模塊配置、A/D模塊配置、PIT實(shí)時(shí)中斷配置、脈沖捕捉模塊配置[7]。當(dāng)初始化完畢后，開始對(duì)傳感器輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，當(dāng)完成一次采樣后將采樣值輸入控制算法，控制算法經(jīng)過PID調(diào)節(jié)，得到實(shí)際控制的電機(jī)速度，通過改變PWM模塊內(nèi)部寄存器數(shù)值可以得到不同占空比的方波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)節(jié)與控制。

4 結(jié)論

本課題設(shè)計(jì)了小型重載AGV運(yùn)輸小車，是以微控制器為控制核心、蓄電池為動(dòng)力、裝有非接觸導(dǎo)引裝置的無人駕駛自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車，其自動(dòng)作業(yè)的基本功能是導(dǎo)向行駛、認(rèn)址停準(zhǔn)和移交載荷。作為物流處理自動(dòng)化的有效手段和柔性制造系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，AGV自動(dòng)導(dǎo)引小車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般由機(jī)械部分、控制部分以及信息處理部分構(gòu)成。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了小車自動(dòng)按設(shè)定的軌跡行走，能夠在柔性制造系統(tǒng)中自動(dòng)運(yùn)輸工件。

【參考文獻(xiàn)】

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【4】周文軍， 吳有明.基于AGV和工業(yè)機(jī)器人的智能搬運(yùn)小車的研究[J]. 裝備制造技術(shù)， 2016（11）：89.

【5】賀美華， 廖敏， 公茂震，等.裝配型重載全向移動(dòng)AGV控制系統(tǒng)[J]. 自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用， 2018（2）：66.

【6】盧敬銘.重載倉儲(chǔ)自動(dòng)引導(dǎo)車底盤的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[D]. 廣州：華南理工大學(xué)， 2017.

【7】賀修好，周威，方凱.一種模塊化可變形搜救機(jī)器人的設(shè)計(jì)[J].卷宗，2015（5）：88.