一種小型AGV運(yùn)輸小車的設(shè)計(jì)

王書劍，周詩(shī)薇，鄧文兵，方凱

（湖北汽車工業(yè)學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，湖北 十堰 442002）

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(cāng)庫(kù)而產(chǎn)生并發(fā)展起來(lái)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(lái)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(guò)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。

圖1 AGV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

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。控制功能模塊如圖2所示。

3 AVG運(yùn)輸小車的設(shè)計(jì)

3.1 控制系統(tǒng)

圖2 AGV控制模塊圖

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(lái)判斷當(dāng)前AVG運(yùn)輸小車行車路徑的變化趨勢(shì)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)奶幚恚纬珊线m的控制量來(lái)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(wèn)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(kāi)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(guò)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(guò)松容易打壞齒輪，過(guò)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(tīng)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(shuō)明齒輪間的配合間隙過(guò)大，傳動(dòng)中有撞齒現(xiàn)象；聲音悶而且有遲滯，則說(shuō)明齒輪間的配合間隙過(guò)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(guò)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：?jiǎn)纹瑱C(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(kāi)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(guò)PID調(diào)節(jié)，得到實(shí)際控制的電機(jī)速度，通過(guò)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。

總體程序流程圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件流程圖

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(wú)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。