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agv小车的总体设计

来源: 时间:2013-04-11 15:49:53 次数:

1总体设计
agv一般由车体、蓄电池、充电系统、驱动装置、转向装置、精确停车装置、车上控制器、通信装置、信息采样子系统、移载装置和车体方位计算子系统等组成。车体由车架和相应的机械电气部件如减速箱、电机、车轮等组成,它是agv的基础部分。车架要从强度和刚度上满足车体运行和加速时的要求,常用钢构件焊接而成,其外壳为1mm~3mm的钢板或铝合金板,车架空间安置与驱动和转向直接有关或重量较大的部件(如蓄电池),以利于机械结构设计和降低车体重心,重心越低越有利于抗倾翻。板上常安置移载装置、液压系统、电控系统、按键、显示屏等。车体的前后部分还安装安全挡圈和超声波传感器。
agv常采用24v或48v直流工业蓄电池为动力。蓄电池供电应达到额定的安培小时值,一般应保证8h以上的工作需要,对二班制工作环境则要求17h以上的供电能力.蓄电池充电可采用随机充电和全周期充电两种方式。随机充电采用可任意充电的汽车免修蓄电池,在agv的备用停泊站,无时间限制地随时充电。全周期充电则要求agv退出服务,并进入指定的充电区且当蓄电池电荷降至指定范围时方可充电。此类电池一般执行4h连续充电,2h冷却的规范。也有的agv采用上述两种充电方式相结合的方式。充电操作有自动、人工和快速更换的可抽拉式三种。
驱动装置由车轮、减速器、制动器、电动机及速度控制器等部分组成。agv驱动命令由计算机发出,驱动的速度与方向是两个独立的变量,它们分别由计算机控制。速度调节可采用不同的方法,如用脉宽调速或变频调速等。agv在直线行走、拐弯和接近停位点时要求不同的车速,直线行走高速度常达lm/s,拐弯时为0. 2m/s~0. 6m/s,接近停位点时为0. lm/s。
agv的方向控制是由导引系统的方向信息通过转向装置来实现的。agv通常被设计成三种运动方式:(1)只能向前;(2)能向前与向后;(3)能纵向、横向、斜向及回转四个方向的运动。
“智能”较高的agv都有车上控制器,它类似于机器人控制器,用以对agv进行监控。控制器计算机通过通信系统从地面站接受指令并报告自己的状态。通常控制器可完成以下工作:手动控制、安全装置启动、蓄电池状态、转向极限、制动器解脱、行走灯光、驱动和转向电机控制和充电接触器等。某些agv具有编程能力,允许小车离开导引路径,驶向某个示教地点,完成任务后循原道返回到导引路径上来。
agv的控制指令一般是由地面控制器(车外)发出,agv的状态也通过通信系统送回地面控制器。通信系统有两种:连续方式和分散方式。连续通信系统允许agv在任何时候和相对地面控制器的任何位置使用射频方法或使用在导引路径内的通信电缆收发信息。如采用无线电、红外激光的通信方法。分散式系统只是在预定的地点(通信点)如agv停泊站等,在特定的agv与地面控制器之间提供通信。一般来说,这种通信是通过感应或光学的方法来实现的。分散通信的一个明显缺点是:如果agv在两通信点之间发生故障,agv将无法与地面控制站取得联系。目前大多数agv系统都是采用分散式通信方式,因为其价格较便宜。
agv的安全系统既要实现对agv的保护,又要实现对人,或对其它地面设备的保护。其安全保护方法可归纳为两类:接触式和非接触式两种保护系统。对自由路径(无固定导引路径)型的agv,还要进行车体方位的计算,它由车体方位计算子系统来完成。agv的方位,即在总体坐标系中的位置与方向,与车体左右轮的运动有一确定的关系,由此可计算出agv的方位。该子系统的功能是根据采样信息,通过积分运算,实时计算出车体方位[x(t),y(t)和θ(t) ]。根据需要,将计算的方位信息通过串行通信传送给车上控制器,然后再通过无线电通信传送给地面监控系统,以实现对agv的监控。地面监控系统也可通过这一通信信路,对车体方位计算子系统进行操作,如初始化、重置车体方位以消除累积误差等。完成车体方位计算的基本输入数据是车轮前进或后退的距离,即通过对驱动车轮的电动机转动角度的周期性采样来获取。
agv的导引方式可分为两大类:(1)车外固定路径导引方式,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来得到导引,如电磁导引、光学导引、磁带导引(又称磁性导引)等。(2)自由路径(无固定路径)导引方式,agv上储存着系统布局上的尺寸坐标,通过识别车体当前方位,自主地决定行驶路径,这类导引方式也称为车上软件—编程路径方式。
综合agv的上述特点,再结合本次设计的具体要求,确定本次agv的研制原则:即以最简单形式、最少的成本、尽可能可靠的动作完成课题要求。  
据此,形成机器人的基本控制思路:红外传感器取得反射信号送给单片机,通过单片机对有无反射信号进行处理,同样超声波传感器也将信号传给单片机,通过单片机对感应时间进行处理,结合路径图进行综合分析后输出控制信号,控制信号通过控制电路放大、输出到电机对小车动作进行控制。整个控制流程中不用光电编码器,即没有电机运动状态的信息反馈,所有信息都由传感器输入,属开环控制。
开环控制的优点是信息源少,需要单片机分析的数据比较少,比较适合使用单片机作为控制器,而缺点就是由于信息源单一,对输入信息没有纠错能力,只要信息源出现错误就会出现状态误判。使用开环控制的前提就是要确保信息源的可靠性。
据此确定机器人的设计总体思路:通过红外传感器作为导航,单片机为控制器,电机差动式实现转向,根据预设路线,实现agv导航定位策略的方式及用最简单的设置、最少的器械部件完成比赛的任务。需要部件如下表所列。
表2-1


名称

数量

超声波传感器

1

红外传感器

4

车体

1

直流电动机

2

蓄电池

2

电源稳压模块

1

控制电路

1

单片机

1

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