AGV小车设计及应用方向.doc

技术交流报告书 技术交流报告书 AGV小车设计及应用 1. AGV小车的发展背景 在现代化工业的发展中，提倡高效，快速，可靠，提倡将人从简单的工作中解放出来。机器人逐渐替代了人出现在各个工作岗位上。机器人具有可编程、可协调作业和基于传感器控制等特点，自动导向小车（Automated Guided Vehicle 简称AGV）便是移动机器人的一种，是现代化工业物流系统中的重要设备，主要为储运各类物料，为系统柔性化、集成化、高效运行提供了重要保证。 AGV小车构成系统图 AGV小车有三个关键系统，运行系统、导引系统、控制系统，其它还包括有路线系统及安全保护系统等。本文着重介绍AGV小车的三个关键系统。 2.AGV小车运行系统 AGV小车运行系统是由车轮、减速器、制动器、电机及速度控制器等部分组成。AGV小车常设计成三种运动方式：只能向前；能向前与向后；能纵向、横向、斜向及回转全方位运动。本次研究的AGV小车是能够前进、后退及回转全方位运动。AGV小车能够进行回转运动需要有转向装置。转向装置的结构也有三种： 前轮转向后轮驱动三轮车型。 车的转向和驱动分别由两个不同的电动机带动，车体的前部为转向车轮，车体后部为驱动电机驱动的两个轮。其结构简单、成本低，但定位精度较低。 前轮转向后轮驱动三轮车型 差速转向式四轮车型。 车体的中部有两个驱动轮，由两个电机分别驱动。前后部各有一个转向轮(自由轮)。通过控制中部两个轮的速度比可实现车体的转向，并实现前后双向行驶和转向。这种方式结构简单，定位精度较高。 差速转向式四轮车型 全轮转向式四轮车型。 车体的前后部各有两个驱动和转向一体化车轮，每个车轮分别由各自的电动机驱动，可实现沿纵向、横向、斜向和回转方向任意路线行走，控制较复杂。 全轮转向式四轮车型 从成本及系统应用考虑，本文着重介绍差速转向式四轮车型。两驱动车轮由两伺服驱动器控制，伺服驱动器通过改变两车轮的速度大小、方向，实现AGV小车的前进、后退、加减速及转向动作。 AGV小车通过伺服控制，很容易实现前进、后退及加减速，但如何通过改变两驱动轮的速度差，实现AGV小车的转向及纠偏？下面，我们首先了解一下差速转向式四轮车的运动模型。 VrVl Vr Vl AGV小车运动状态及偏差示意图 图中虚线表示的车体为初始位姿，实线表示的车体是在和初始时差为Δt时的位姿。AGV车子的左轮运行速度为Vr、右轮为Vl，AGV小车沿着A点作圆弧运动，转弯半径为d。可以得： ① AGV小车运动偏移弧度为Δθ，容易得： ② 由??式可得AGV小车运动偏移弧度Δθ与左右轮的速度关系式： ③ AGV小车在做圆弧运动时，在X轴上的变化量是ΔX，在Y轴上的变化量是ΔY，ΔX、ΔY与转弯半径d的关系为： ④ ⑤ 将①式代入④⑤式，可以得出ΔX、ΔY与左右轮运行速度的关系式： ⑥ ⑦ 所以，通过改变Vr及Vl可以实现AGV小车纠偏，转向等运动控制。驱动轮的变速控制，有多种方法可选择，包括变频器控制、步进控制、伺服控制等。其中变频器控制及伺服控制除了有高精度的速度控制外，还能提供灵活的转矩控制。在AGV小车的运动模型中，其有干摩擦力矩、惯性转矩、粘性摩擦力矩、重力力矩、弹性力矩等。所以AGV小车在运行过程中，驱动器需要提供不同的力矩，AGV小车才能运行得更稳定。而伺服控制比变频器拥有更高的速度控制精度、更小的安装位置、更高的IP防护等级以及更好的停车制动功能。所以，伺服控制器作为AGV小车的运动控制系统使用是更为适合。 AGV小车导引系统 AGV小车能自动运行，需要有导引装置。常用的导引方式分为两大类：车外预定路径和非预定路径方式。下面对两种方式分别作介绍。 1）车外预定路径导引方式是指在行驶的路径上设置导引用的信息媒介物，AGV通过检测出它的信息而得到导向的导引方式，如电磁导引、色带导引、磁带导引(又称磁性导引)等。