计算机控制自动导向小车(AGV)的设计与实现

1.2 AGV 在国内外的技术发展及应用
AGV 技术的发展历史有两个来源：一个由叉车技术发展而来，一个由机器人 技术发展而来。但是这两个来源的目标都是实现货物的自动搬运。 1.2.1 AGV 在国外的技术发展及应用 在国外，1913 年美国福特汽车公司将有轨引导的 AGV 代替输送机用于底盘 装配上。1953 年美国 Barrett Electric 公司制造了世界上第一台采用埋线电磁 感应方式跟踪路径的自动导引车。直到 20 世纪 60 年代和 70 年代初，AGV 仍采 用这种导引方式。1955 年，在英国首先出现了把 AGV 系统用于实用的生产线上。 1959 年，在美国首次出现了把 AGV 用于自动化仓库中。1973 年瑞典 VOLVO 公司
multi-disciplinary and advanced technologies, and possesses higher practical value of application. The AGV developed according to the design and implementation of this paper met well the design requirements, arrived at the expected objective, and has been successfully applied in many modern logistics training systems.
Key Words：AGV, positioning, gyroscope, wireless communication,
digital map, system integration
III
上海交通大学 学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：卢冬华
指导教师签名：谢康林
日期：
2006 年 7 月 8 日
日期：
2006 年 7 月 8 日
上海交通大学工程硕士研究生学位论文
第一章Fra Baidu bibliotek绪论
1.1 AGV 概述
AGV 是自动导引小车（Automated Guided Vehicle）的英文缩写。根据美国 物流协会的定义，AGV 是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导 引路径行驶的运输小车，同时它还具有编程装置、安全保护装置以及各种移载功 能。它以电池为动力，进行非接触式导引。它能够根据给定的起点和终点在无人 干预的情况下，安全驶向指定的目标，从而完成各种给定的任务。[3] AGV 是柔性化、智能化程度极高的输送系统。它具有不固定占用地面面积、 自动化程度高、应用灵活、安全可靠、无人操作、施工简单及维修方便等优点， 因而广泛应用于汽车制造业、烟草行业、工程机械行业、机场等物资运输场所。 AGV 同时也广泛应用于柔性生产系统 （FMS） 、 柔性搬运系统和自动化仓库中。 AGV 是现代物流系统的关键设备， 它的设计开发对于提高生产自动化程度和提高生产 效率有着重要意义，AGV 已成为物流自动化研究的热点之一。AGV 的研制与开发 涉及到计算机、 自动控制、 信息通讯、 机械设计和电子技术等多个学科， 是集光、 机电及计算机于一体的高新技术。
上海交通大学 硕士学位论文 计算机控制自动导向小车（AGV）的设计与实现 姓名：卢冬华 申请学位级别：硕士 专业：计算机技术 指导教师：谢康林;周乃恒 20060701
上海交通大学工程硕士研究生学位论文
摘 要
自动导引小车 AGV（Automated Guided Vehicle）是一种自动化物料搬运设 备，它具有自动化程度高、应用灵活、安全可靠、无人操作、施工简单及维修方 便等诸多优点，因而广泛应用于汽车制造业、烟草行业、工程机械行业、机场等 物资运输场所。AGV 同时也广泛应用于柔性生产系统（FMS） 、柔性搬运系统和自 动化仓库中。AGV 是现代物流系统的关键设备，它对于提高生产自动化程度和提 高生产效率有着重要意义。 本文分析了 AGV 各种导引技术、陀螺仪、运动控制和无线通信技术；建立了 AGV 的运动数学模型，推导了 AGV 的航位推算公式；给出了通过陀螺仪定向、编 码器反馈及光电定位的创新组合导引定位的设计方法； 推导了 AGV 设计中的三个 主要算法：通过角速率陀螺仪信号计算 AGV 的运动方向角的算法、AGV 直线行走 纠偏算法以及 AGV 电子地图上设定路径到 AGV 运动命令字符串的生成算法； 论述 了 AGV 控制系统和驱动转向系统的设计方案；设计并开发了 AGV 主控机、车载机 及其控制系统的软件系统，并且阐述了 AGV 主要软件模块即陀螺仪信号处理、路 径规划、电子地图、无线通信协议的具体设计及实现方法；研究设计了 AGV 硬件 系统，讲述了 AGV 合理的硬件总体布置图及车体结构、可靠的三级安全保护机制 和简单实用的电源装置的实现方法； 对 AGV 直线运动距离偏差及 AGV 原位旋转角 度偏差进行了试验，给出了实验数据并对其进行了分析 , 并且通过实例说明了 AGV 系统与现代物流实训系统的集成应用效果。 AGV 的研发是一项综合多学科、具有多种先进技术的创新应用项目，具有较 高的实际应用价值。 按照本文所述的设计与实现方法而研制的 AGV 满足了设计要 求，达到了预期的效果，并且已成功地应用于多个现代物流实训系统中。
II
上海交通大学工程硕士研究生学位论文 and the simple but practical wireless communication protocol were also discussed. The experiments for AGV straight movement distance deviation and revolving movement angle deviation were carried out, and the experiment results were given and analyzed. An example was given to explain the integrated application effect of AGV system and modern logistics training system. AGV is an innovative application project integrated with
关键词：AGV, 定位, 陀螺仪, 无线通信, 电子地图, 系统集成
I
上海交通大学工程硕士研究生学位论文
Abstract
The Automated Guided Vehicle (AGV) is a kind of automatic materials-carrier which possesses the advantages such as high-degree of automation, flexible application, good safety and reliability, unmanned operation, simple construction, convenient maintenance, etc., therefore, it has been widely used in materials transportation systems in vehicle factories, tobacco industry, mechanical engineering industry and airports. AGV has also been used in flexible manufacturing system (FMS), handling systems and automatic warehouses. As the key equipment in modern logistics system, AGV plays a significant role in improving the automation level and production efficiency of manufacturing processes. This paper analyzed various technologies for AGV navigation, gyroscope, motion control and wireless communication. Mathematical model of AGV movement was set up and AGV track calculating equation was derived. An innovative navigation design method was proposed which combined the gyroscope direction indicator, the distance feedback of encoder and the photoelectric position sensors. Three main algorithms in AGV design were given: AGV movement direction angle calculation through the signal of angular velocity gyroscope, deviation rectification algorithm for AGV straight movement, and algorithm for getting the AGV movement command string from a path given at AGV digital map. In this paper, the design scheme for AGV control system and AGV driving/turning system was also included. The software systems for AGV’s main control computer, in-vehicle computer and its control system were developed. Furthermore, detailed design and implementation for AGV’s main software modules such as gyroscope signal processing, path planning, digital map and wireless communication protocol were thereby explained. The AGV’s hardware system was studied and designed. The implementation methods for proper AGV overall hardware layout, the reliable three-level protection mechanism
学位论文作者签名：卢冬华
日期：
2006 年 7 月 8 日
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