AGV交互移動(dòng)機(jī)器人

劉宇浩 孫亞培 趙亮亮 趙磊

摘?要：AGV以蓄電池為電源，雙電機(jī)為動(dòng)力，傳感器為控制，萬向輪為轉(zhuǎn)向集合成一整體，從而實(shí)現(xiàn)無人搬運(yùn)的功能。為響應(yīng)應(yīng)用技術(shù)型高校的建立，設(shè)計(jì)并開發(fā)了一種應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室的AGV小車，以提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，滿足校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)的需要。

關(guān)鍵詞：AGV;磁敏傳感器;差速驅(qū)動(dòng)

1 工作環(huán)境

AGV交互移動(dòng)機(jī)器人主要承擔(dān)校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室的物料搬運(yùn)任務(wù)，以我院2107現(xiàn)代制造技術(shù)實(shí)驗(yàn)室一為例，實(shí)驗(yàn)室中共有加工中心、數(shù)控車和線切割三個(gè)加工區(qū)，并設(shè)置有CAD/CAM區(qū)、成品區(qū)和毛坯區(qū)，布局如下圖所示。

因AGV交互移動(dòng)機(jī)器人需由磁條導(dǎo)引，所以地面應(yīng)鋪設(shè)磁條，且場(chǎng)地內(nèi)不能有較大的磁性干擾。AGV小車由CAD/CAM區(qū)下達(dá)指令，從毛坯區(qū)開始取料，將毛坯運(yùn)送至指定加工區(qū)，應(yīng)完成單工序加工或多工序協(xié)同加工中的運(yùn)輸任務(wù)。

AGV交互移動(dòng)機(jī)器人的規(guī)格大小為450mm×300mm;最大載重量20kg。

2 AGV交互移動(dòng)機(jī)器人的轉(zhuǎn)向?qū)ほE運(yùn)動(dòng)

AGV交互移動(dòng)機(jī)器人采用磁敏傳感器進(jìn)行軌跡信息采集，由單片機(jī)進(jìn)行采集信息處理，輔以雙電機(jī)調(diào)速方式進(jìn)行行進(jìn)路線的糾正。如圖所示，小車行進(jìn)方向?yàn)樘摼€所示方向，但行進(jìn)目標(biāo)點(diǎn)在左前方，小車上安裝的磁敏傳感器對(duì)實(shí)際磁條分布信息進(jìn)行采集，并傳至單片機(jī)進(jìn)行處理反饋，驅(qū)使小車按實(shí)線所示軌跡行進(jìn)。此時(shí)，小車左側(cè)驅(qū)動(dòng)輪減速，右側(cè)加速，雙驅(qū)動(dòng)輪形成速度差。進(jìn)而前后全向輪轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)軌跡追蹤，調(diào)整行進(jìn)方向，完成轉(zhuǎn)向?qū)ほE動(dòng)作，并行進(jìn)至目標(biāo)點(diǎn)。

3 AGV交互移動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及3D建模

本次設(shè)計(jì)的AGV交互移動(dòng)機(jī)器人主要應(yīng)用于校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室。整車基于工業(yè)AGV為原型，結(jié)合實(shí)際需求進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。綜合考慮成本及強(qiáng)度需求，骨架采用鋁型材進(jìn)行搭建。導(dǎo)向?qū)ほE方式采用雙電機(jī)差速原理，將雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)差速結(jié)構(gòu)放置于車體中間位置，在實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向?qū)ほE功能的同時(shí)盡可能的節(jié)省空間。為提高車身穩(wěn)定性能，前后選用全向輪設(shè)計(jì)，以減小轉(zhuǎn)向時(shí)車身所受阻力。為驗(yàn)證其實(shí)際設(shè)計(jì)效果，采用三維造型軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)裝配，模型如下圖所示：

4 AGV交互移動(dòng)機(jī)器人的模塊組成

4.1 控制中心模塊

控制中心模塊是AGV的核心部分，在整車中如同大腦作用。用來對(duì)各種反饋信號(hào)的接受處理，以控制AGV能夠正常工作。通過接收來自各個(gè)傳感探頭的實(shí)時(shí)信息，做出處理信號(hào)的輸出，從而來控制AGV行進(jìn)速度和方向，以及位置的調(diào)整。

4.2 信號(hào)采集模塊

采集模塊是AGV的實(shí)時(shí)信息與控制中心的交流溝通模塊，在整車中相當(dāng)于眼睛的作用。通過各傳感探頭對(duì)實(shí)時(shí)路況的感應(yīng)信息采集，將AGV的所處位置情況傳達(dá)至控制中心模塊。例如：尋跡過程中，通過磁敏傳感器對(duì)地面磁條的分布情況采集，以將采集信息傳達(dá)至控制中心以做出轉(zhuǎn)彎的指令判斷。再如避障過程中，通過紅外傳感器對(duì)AGV所行軌跡上有無障礙物的情況采集，以將采集信息傳達(dá)至控制中心從而做出停止或前行的指令判斷。

4.3 轉(zhuǎn)向、驅(qū)動(dòng)模塊

轉(zhuǎn)向、驅(qū)動(dòng)模塊是AGV的各個(gè)動(dòng)作指令的執(zhí)行模塊，在整車中相當(dāng)于是四肢。通過執(zhí)行從控制中心傳來的指令實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，前進(jìn)，停止等動(dòng)作。AGV交互移動(dòng)機(jī)器人的轉(zhuǎn)向，驅(qū)動(dòng)模塊主要由兩個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)輪和兩個(gè)全向輪組成。當(dāng)磁敏傳感器采集到轉(zhuǎn)向動(dòng)作信息時(shí)，將信息傳輸至單片機(jī)，并由單片機(jī)下達(dá)命令控制產(chǎn)生PWM調(diào)壓信號(hào)，改變兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)電樞電壓的“占空比”（接通和斷開的時(shí)間比），從而改變電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速的大小，通過左右兩邊電機(jī)形成的轉(zhuǎn)速差實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向動(dòng)作。

4.4 電源模塊

電源模塊是AGV的各項(xiàng)動(dòng)作的主要?jiǎng)恿碓矗瑸檎麄€(gè)設(shè)備提供動(dòng)力。一般采用蓄電池等組件構(gòu)成AGV的電源模塊。

5 結(jié)論

隨著科技的發(fā)展，技術(shù)的不斷成熟，AGV也變的更為多樣性。AGV的多環(huán)境應(yīng)用，大大減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，加強(qiáng)了工作的準(zhǔn)確性，極大地提高了加工生產(chǎn)的效率。但是，迄今為止，AGV仍有許多難以攻克的問題，如還未完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、無法真正脫離人為控制這一環(huán)節(jié)、存在較大的安全隱患和對(duì)運(yùn)行的環(huán)境仍有較高的要求等。目前的AGV是由各母體企業(yè)自主設(shè)計(jì)研發(fā)的，雖具有較多形式種類，但普遍性不高。

因而將AGV的研究放在大學(xué)創(chuàng)新項(xiàng)目中仍有較大價(jià)值。在提升AGV的研發(fā)進(jìn)度的同時(shí)，豐富高校校內(nèi)實(shí)踐內(nèi)容，提升學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王標(biāo)，張西巍.基于AGV的動(dòng)力總成工廠智能物流系統(tǒng)的設(shè)計(jì).