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自动导引小车AGV的结构设计及自主移动规划一、概述自动导引小车（AGV，Automated Guided Vehicle）是一种具备自主导航、定位、移动、避障以及作业执行等功能的智能移动设备。
在现代工业生产和物流领域，AGV以其高效、灵活、精确的特点，被广泛应用于物料搬运、仓储管理、生产线自动化等场景，有效提升了生产效率和物流管理水平。
AGV的结构设计是其实现自主移动和作业功能的基础。
一个典型的AGV通常由车身、驱动系统、导航系统、传感器系统、控制系统以及作业执行机构等部分组成。
车身是AGV的承载平台，驱动系统负责提供动力并实现移动，导航系统确保AGV能够按照预设路径或指令进行自主导航，传感器系统用于感知周围环境并实现避障，控制系统则负责协调各部分的工作，实现AGV的自主移动和作业执行。
自主移动规划是AGV实现高效、准确移动的关键。
AGV需要通过路径规划算法，根据任务需求、环境信息以及自身状态，规划出最优的移动路径。
同时，AGV还需要具备实时避障能力，能够在遇到障碍物时及时调整移动路径，确保安全、顺畅地完成作业任务。
对AGV的结构设计及自主移动规划进行研究，不仅有助于提升AGV的性能和稳定性，还有助于推动工业生产和物流领域的自动化、智能化发展。
本文将从AGV的结构设计和自主移动规划两个方面进行深入探讨，为AGV的研发和应用提供有益的参考和借鉴。
1. AGV的定义与功能自动导引小车（Automated Guided Vehicle，简称AGV）是一种装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的路径自动行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。
AGV是现代物流系统中的一种高效、灵活、智能的运输设备，广泛应用于制造业、仓储业、港口、机场等领域。
运输功能：AGV能够根据系统指令，自动将物料或产品从起点运输到终点，完成物料的搬运工作。
AGV的载重能力可以根据实际需求进行选择，从几百公斤到几吨不等。
导航功能：AGV通过内置的导航系统，如激光导航、电磁导航、视觉导航等，实现精确的路径规划和跟踪。
《物料搬运自动导引车设计及轨迹跟踪控制研究》篇一一、引言随着物流、仓储、制造业等行业的不断发展，物料搬运成为了工业自动化中一个不可或缺的环节。
物料搬运自动导引车（Automated Guided Vehicle，AGV）作为现代物流系统中的关键设备，其设计及轨迹跟踪控制技术的研究显得尤为重要。
本文旨在探讨物料搬运自动导引车的设计原理及轨迹跟踪控制方法，以期为相关领域的研究与应用提供一定的参考。
二、物料搬运自动导引车设计2.1 设计原则物料搬运自动导引车的设计应遵循智能化、高效化、安全化的原则。
在保证车辆稳定运行的前提下，尽可能提高其工作效率，降低能耗，同时确保在运行过程中的人身和设备安全。
2.2 结构组成物料搬运自动导引车主要由车身、驱动系统、控制系统、传感器系统等部分组成。
车身承载整个车辆的重量及搬运的物料；驱动系统为车辆提供动力；控制系统负责车辆的运动规划与控制；传感器系统则用于获取车辆及环境信息，实现精确的定位与导航。
2.3 关键技术物料搬运自动导引车的关键技术包括导航技术、路径规划技术、避障技术等。
导航技术主要涉及GPS、惯性导航、视觉导航等多种技术手段；路径规划技术需根据实际环境，规划出最优的行驶路径；避障技术则要求车辆能够实时感知周围环境，对障碍物进行识别与处理。
三、轨迹跟踪控制研究3.1 轨迹跟踪控制的重要性轨迹跟踪控制是物料搬运自动导引车的重要组成部分，它直接影响着车辆的稳定性和精度。
通过合理的轨迹跟踪控制策略，可以有效提高车辆的自主性及对环境的适应性。
3.2 轨迹跟踪控制策略目前，常用的轨迹跟踪控制策略包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
PID控制具有简单、易实现的特点，适用于线性系统的控制；模糊控制则具有较强的鲁棒性，适用于非线性系统的控制；神经网络控制则能够根据实际环境进行自我学习与优化，具有较高的自主性。
在实际应用中，应根据具体需求选择合适的控制策略。
3.3 轨迹跟踪控制的实现过程轨迹跟踪控制的实现过程主要包括传感器数据采集、路径规划、运动控制等环节。
AGV自动导引小车结构系统全设计AGV自动导引小车是一种能够自主行驶的智能物流搬运设备，通常被应用于仓库、工厂、物流园区等场所，用于搬运货物、零部件或其他物件。
AGV车具有自主导航、避障、自动充电等功能，可以提高物流搬运效率，减少人力成本，提升物流运作的自动化水平。
1.底盘：底盘是AGV车的主体框架，负责支撑整车重量，保证车辆的稳定性和可靠性。
底盘结构通常采用焊接或铆接的方式，材料选择一般为钢材或铝材，具有较好的强度和刚性。
底盘上配备有驱动轮、导向轮和支撑轮，以保证车辆的正常行驶和导航。
2.传感器：传感器是AGV车上的“眼睛”，用于感知车辆周围的环境信息，包括障碍物、地标、光线等。
常用的传感器包括激光雷达、超声波传感器、红外传感器等，通过这些传感器采集到的信息，AGV车可以做出相应的决策，以避开障碍物，完成路径规划。
3.控制系统：控制系统是AGV车的核心部件，负责车辆的自主导航、路径规划、动作控制等功能。
控制系统通常由嵌入式控制器、电子控制器、通讯模块等组成，通过预先编程的算法和指令，实现车辆的智能控制。
控制系统还可与物流管理系统、仓储管理系统等进行无线通讯，实现对AGV车辆的远程监控和管理。
4.执行系统：执行系统是AGV车的执行部件，负责实现车辆的运动和操作。
执行系统包括电机、减速器、传动装置等，通过接收控制系统发出的指令，实现车辆的前进、后退、转向等动作。
执行系统通常采用电动驱动方式，具有较高的动力和灵活性，以满足多样化的物流搬运需求。
综上所述，AGV自动导引小车的结构系统设计是一个复杂而精密的工程，需要整合底盘、传感器、控制系统、执行系统等多个部件，确保车辆具有良好的稳定性、可靠性和智能性。
未来随着智能物流技术的不断发展和应用，AGV车将会越来越普及，成为物流搬运领域的重要工具。
AGV自动导引小车结构系统全设计引言AGV（Automated Guided Vehicle，即自动导引车）是指通过感应、识别或该车上安装的导航装置自动行驶的无人搬运车辆。
因其可靠、效率高等优点，被广泛应用于物流、制造、医药等领域。
本文旨在介绍AGV自动导引小车的结构设计方案。
AGV结构设计底盘AGV底盘是AGV的核心部位，主要包括车轮、电机、减速机、底盘板等组成。
底盘板是AGV底盘的承载物，一般使用铝合金材料制作，极为坚固。
车轮和电机组成了小车的驱动系统，根据小车的载重量和行驶路面情况来选型。
感应装置AGV的感应装置包括激光导航、地磁导航、视觉导航等系统。
比较常用的是激光导航。
AGV底盘上安装了激光传感器，利用激光雷达扫描环境，并通过预设的地图实现路径规划。
控制器AGV的控制器主要由单片机和驱动电路组成。
单片机采用高性能控制器，可对底盘、感应装置、电机等进行控制，实现车辆的自动化控制。
驱动电路负责将单片机的指令转换为电机控制信号，驱动车轮和减速机的正常运转。
能源装置AGV的能源装置包括电池、供电系统等组成。
电池可选择干电池或锂电池，也可以根据具体使用环境选择太阳能电池、燃料电池等其他新型电池。
附件装置附件装置包括保护装置、报警装置、码表、标志等。
保护装置主要是为了保护AGV在行驶过程中不受到损伤，报警装置主要是为了保证人员和设备的安全。
码表和标志用于标识AGV通过的位置和行驶方向。
，AGV自动导引小车的结构设计是非常重要的，它关乎到自动导引小车的运动性能、控制性能、载重能力等多个方面。
通过合理的层次结构，可以使AGV铰接点处变得更加稳定、方便，整机的使用寿命更加延长。
因此，在设计过程中，需要根据具体使用环境和需求，选用合适的材料和设备，以达到最优的效果。
《物料搬运自动导引车设计及轨迹跟踪控制研究》篇一一、引言随着现代物流行业的快速发展，物料搬运自动导引车（Automated Guided Vehicle，AGV）已成为提升物流效率和降低成本的重要工具。
本文旨在研究物料搬运自动导引车的系统设计及其轨迹跟踪控制技术，以提高AGV的稳定性和作业效率。
二、物料搬运自动导引车设计1. 总体设计物料搬运自动导引车的设计需考虑多种因素，包括机械结构、传感器系统、控制系统等。
整体设计应遵循轻便、高效、稳定的原则。
（1）机械结构：AGV的机械结构应包括车体、驱动系统、承载平台等部分。
车体设计应考虑到载重、稳定性和运动灵活性。
驱动系统则需根据实际需求选择合适的电机和驱动方式。
（2）传感器系统：传感器系统是AGV实现自动导引和轨迹跟踪的关键。
常见的传感器包括视觉传感器、激光雷达、超声波传感器等。
这些传感器能够为AGV提供环境感知和定位信息。
（3）控制系统：控制系统是AGV的“大脑”，负责接收传感器信息、处理指令并控制AGV的运动。
控制系统通常采用微控制器或计算机作为核心处理单元。
2. 关键部件设计（1）导引系统：导引系统是AGV实现自动导引的关键技术之一。
常见的导引方式包括磁条导引、激光导引、视觉导引等。
本文研究的AGV采用激光导引方式，通过激光雷达扫描周围环境，实现精确导航。
（2）驱动与控制系统：驱动系统采用电机驱动，通过控制器实现精确控制。
控制系统则负责接收导引系统的指令，控制AGV 的行驶速度和方向。
三、轨迹跟踪控制研究轨迹跟踪控制是AGV实现精确运动的关键技术之一。
本文采用的控制策略包括经典PID控制和现代智能控制算法。
1. 经典PID控制：PID控制器是一种广泛应用于工业控制领域的经典控制算法。
通过调整比例、积分和微分参数，实现AGV 的轨迹跟踪控制。
PID控制器结构简单、易于实现，适用于大多数基本应用场景。
2. 现代智能控制算法：为提高AGV在复杂环境下的轨迹跟踪性能，本文还研究了现代智能控制算法，如模糊控制、神经网络控制等。
机电一体化课程设计自动导引小车（AGV）设计方案目录一、绪论............................................. - 4 -1.1 AGV概述....................................... - 4 -1.2 AGV国内外研究现状............................. - 6 -1.3 AGV的应用范围：............................... - 9 -1.4 AGV的发展趋势分析：.......................... - 11 -1.5 AGV的市场前景分析：.......................... - 12 -二、总体方案设计.................................... - 14 -2.1 设计方案概述： ................................ - 14 -2.2 传感器部分初步设计：........................... - 14 -2.3 机械结构及驱动部分初步设计：................... - 14 -2.4 控制部分初步设计： ............................ - 15 -三、传感器部分设计.................................. - 18 -四、机械结构及驱动部分设计.......................... - 20 -4.1车体的设计：................................... - 20 -4.2车轮及转向装置选择：........................... - 20 -4.3电机的选择：................................... - 21 -4.4驱动部分校核计算：............................. - 24 -4.5蓄电池的选择：................................. - 25 -4.6总体机械结构设计及建模: ........................ - 27 -五、控制部分设计.................................... - 30 -5.1电源模块：..................................... - 30 -5.2驱动模块....................................... - 30 -5.3循迹模块....................................... - 32 -5.4避障模块....................................... - 33 -5.5主控制模块..................................... - 34 -六、项目总结与感悟.................................. - 37 -七、参考文献........................................ - 39 -八、附录............................................ - 40 -8.1 车体结构ANSYS仿真报告: ........................ - 40 -Project ............................................. - 40 -Contents .......................................... - 41 -Units ............................................. - 41 -Model (C4) ........................................ - 41 -Geometry ......................................... - 41 -Coordinate Systems ............................... - 53 -Connections ...................................... - 54 -Mesh ............................................. - 68 -Static Structural (C5) ............................ - 70 -Solution (C6) .................................... - 73 -Material Data ..................................... - 74 -Structural Steel ................................. - 75 -8.2 单片机控制程序: ............................... - 76 -一、绪论1.1 AGV概述(1)AGV的简介：根据美国物流协会定义，AGV（Automated Guided Vehicle）是指装备有电磁或光学导引装置，能够按照规定的导引路线行驶，具有小车运行和停车装置、安全保护装置以及具有各种移载功能的运输小车。
自动仓库运料小车的控制系统设计引言自动仓库运料小车是一种能够自主完成仓库内货物运输任务的智能设备。
其核心是控制系统，通过对车辆的控制和路径规划，实现仓库内货物的高效运输。
本文将详细介绍自动仓库运料小车的控制系统设计。
功能需求1. 车辆控制•小车的基本动作控制，包括前进、后退、转弯、停止等。
•控制车辆的速度，以适应不同的货物运输需求。
•根据运输路径的变化，实时调整车辆前进方向。
2. 路径规划•根据货物的起始位置和目的地，确定最优的运输路径。
•考虑仓库内的货架布局、通道宽度等因素，避免路径冲突和碰撞。
•考虑货物的重量、大小和特殊形状等要素，确定合适的运输路径。
3. 碰撞检测与避障•通过传感器实时监测小车周围环境，检测是否有障碍物。
•在检测到障碍物时，及时采取避让措施，避免碰撞。
•根据障碍物的类型和距离，调整车辆运行速度和路径规划，确保安全。
4. 通信与监控•与仓库管理系统进行通信，接收货物运输任务。
•向仓库管理系统发送小车的位置信息和运输状态。
•支持远程监控，实时了解小车的运行情况和异常报警。
系统组成1. 控制芯片控制芯片是自动仓库运料小车的核心，负责实时处理各种指令和信号，控制车辆的运动。
传感器用于感知小车周围的环境，主要包括距离传感器、红外线传感器和摄像头等。
通过传感器的数据采集，可以实现碰撞检测、避障和路径规划等功能。
3. 电机驱动系统电机驱动系统控制小车的运动，包括电机驱动器、驱动电机和车轮等。
通过控制电机的转速和方向，实现小车的前进、后退和转弯等动作。
4. 通信模块通信模块用于与仓库管理系统进行数据交互和通信。
通过无线通信技术，实现小车的远程监控和任务调度。
系统设计1. 车辆控制算法设计车辆控制算法是自动仓库运料小车控制系统的核心。
根据实际需求，选择合适的控制算法，如PID控制算法、模糊控制算法等。
通过调整算法的参数，达到最优的运输效果。
2. 路径规划算法设计路径规划算法是实现货物运输最优路径的关键。
本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：自动引导小车结构及控制系统设计学院：＿＿机械工程专业：机械设计制造及其自动化＿班级：＿＿＿＿＿＿＿学号：＿＿＿＿学生姓名：＿＿＿＿＿＿指导教师：＿＿＿＿2012年6月5日诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的本科毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。
毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。
特此声明。
论文（设计）作者签名：日期：2012.06.05目录摘要 ........................................................................................................................................ I V ABSTRACT .. (V)第一章绪论 (1)1.1 AGV小车简介 (1)1.2 国内外AGV的发展概况 (2)1.3 AGV自动引导车的发展趋势 (3)1.4 自动引导车的关键技术 (3)1.4.1 传感技术 (4)1.4.2 导引跟踪与定位技术 (4)1.4.3路径规划 (5)1.4.4 智能控制技术 (5)第二章系统的总体方案 (6)2.1 国内常见的几款AGV特点及其设计方案的分析 (6)2.1.1 电磁感应引导式AGV (6)2.1.2激光引导式AGV (6)2.1.3视觉引导式AGV (7)2.1.4 惯性导引式AGV (7)2.1.5光学控制带导引式AGV (7)2.1.6 GPS导引式AGV (8)2.2 本设计的基本思路 (8)2.2.1 硬件部分 (8)2.2.2 机械部分 (9)第三章自动导引小车的硬件设计 (10)3.1 硬件系统整体介绍 (10)3.2 硬件的选型原则 (10)3.3 单片机及其扩展 (11)3.3.1 AT89C51主控芯片 (11)3.3.2 程序存储器的扩展 (13)3.3.3 数据存储器的扩展 (16)3.3.4 并行I/O接口电路的扩展 (17)3.3.5译码电路设计 (19)3.3.6 AT89C51的时钟电路 (20)3.3.7 复位电路 (21)3.4 PWM信号发生电路设计 (21)3.4.1 PWM的基本原理 (21)3.4.2 PWM信号发生电路设计 (22)3.4.3 PWM发生电路主要芯片的工作原理 (23)3.5 电机驱动单元 (24)3.6 传感器单元 (26)3.7 电源管理单元 (27)3.8 操作及显示单元 (29)第四章自动引导小车的机械设计 (31)4.1 常用自动导引车的运动机构分析 (31)4.1.1 三轮结构 (32)4.1.2 四轮结构 (32)4.2 自动导引小车轮系结构的设计 (33)4.3 自动引导小车的技术指标 (34)4.3.1 小车的行驶阻力的计算 (34)4.3.2 电机的选择 (35)4.3.3 确定小车的驱动轮直径 (36)4.3.4 确定的小车的最小转弯半径 (36)4.4 整车的机械设计 (36)4.5 小车的轨迹规划 (38)第五章总结 (39)参考文献 (40)致谢 (41)自动引导小车结构及控制系统设计摘要自动导引小车是一种无人操纵的物料搬运设备，是自动化工厂重要的运输工具之一。
自动导引小车（AGV）系统的设计摘要随着工厂自动化、计算机集成制造系统技术的逐步发展以及柔性制造系统、自动化立体仓库的广泛应用，AGV(Automatic Guided Vehicle)即自动导引车作为联系和调节离散型物流系统以使其作业连续化的必要的自动化搬运装卸手段，其应用范围和技术水平得到了迅猛的发展。
AGV是以微控制器为控制核心、蓄电池为动力、装有非接触导引装置的无人驾驶自动导引运载车，其自动作业的基本功能是导向行驶、认址停准和移交载荷。
作为当代物流处理自动化的有效手段和柔性制造系统的关键设备，AGV已经得到了越来越广泛的应用，对AGV的研究也具有十分重要的理论意义和现实意义。
本文介绍了AGV在国内外的发展现状和应用情况，在此基础上，结合毕业设计的课题要求，设计了红外导引AGV小车。
其研究内容主要包括以下几个方面:1.论述了AGV系统的组成、路径导引方式及原理，结合课题要求，选择“红外导引”作为该系统的导引方式。
2.介绍了AGV车体机械结构的设计，并根据小车的驱动方式和工作要求，对底盘、电机、蓄电池等进行了设计和选型。
3.根据AGV系统的控制和工艺要求，确定了控制系统的总体框架结构。
硬件方面，选择合适的传感器、单片机以及电机驱动器，对传感检测电路和单片机控制系统硬件电路进行了设计:软件方面，采用模块化的编程方式来实现系统的各种功能，并实现了单片机与电机控制器之间的串口通信。
4.在总结全文的基础上，对AGV小车的设计和研究提出了展望。
关键词:红外导引；AGV；单片机；驱动控制电路；行走策略；控制策略；串口通信。
THE DESIGN OG AGV SYSTEMABSTRACTWith the growing of Factory Automation, Computer Integrated Manufacture System and extensive application of Flexible Manufacture System、Automatic Warehouse, the application field and technical level of AGV which contact and adjust the discrete logistics system, make the mission continuous, has greatly enlarged and improved.AGV is the unmanned driver automatic guided vehicle which has its untouched guided equipment, its control center is the microcontroller and storage battery is driving power, its basic function of automatic action is guided driving, recognizing the address to stop precisely and remove the load. As the valid measure of contemporary logistics processing automation and the key equipment of flexible manufacture system, the AGV has already got more and more extensive application, so that the research on AGV has very important theory meaning and realistic meaning.The dissertation introduced the applications and developments of AGV at home and abroad. Combining with the request of this graduation project topic, we designed a whole infrared rays guided vehicle.The main work in this dissertation was arranged as follows:1. The constitution of AGV system, the path guided means and their principles were discussed. According to the requests of the topic, infrared rays guided method was used in the AGV system.2. The design of AGV mechanical structure was introduced, in terms of driving manner and working requests, the type of the chassis, electrical motor and storage battery etc. was chosen and designed.3. According to the control and the craftwork requests of the AGVS, the total frame structure of control system was designed. About hardware, the right sensor, MCU and motor controller had been chosen, the sensing circuits and MCU controlling hard circuits was designed, about software, to achieve many system functions, and to realize serial communication between the MCU and motor controller, blocking programming method was employed.4. On the base of summarizing the dissertation, the development prospect of AGV research was put forward.Key words: Infrared rays guided; AGV; MCU; Drive and control circuit; Running strategy; Control strategy;Serial communication.目录摘要………………………………………………………………………………ABSTRACT…………………………………………………………………………目录………………………………………………………………………………第1章绪论………………………………………………………………………1．1 概述……………………………………………………………………1.1.1国外研究状况……………………………………………………1.1.2国内发展情况……………………………………………………1.1.3 AGV系统技术研究方向…………………………………………1．2 AGV系统的构成与AGV的结构…………………………………………1.2.1 AGV系统的构成……………………………………………………1.2.2 AGV的结构…………………………………………………………1．3 AGV导航系统……………………………………………………………1.3.1固定路线方式……………………………………………………1. 4研究课题的提出…………………………………………………………1. 5本章小结…………………………………………………………………第2章 AGV的总体设计……………………………………………………………2. 1总体设计…………………………………………………………………2. 2小车运动分析……………………………………………………………2. 3 传感器的选用……………………………………………………………2.3.1 红外传感器寻迹原理……………………………………………2.3.2红外寻迹方案选择………………………………………………2.3.3具体设计与实现…………………………………………………2.3.4超声波传感器避障原理…………………………………………2.3.5超声波测距模块实物图片………………………………………2.3.6超声波模块具体功能简介………………………………………2.3.7规格参数…………………………………………………………2. 4 本章小结…………………………………………………………………第3章 AGV机械结构和驱动转向系统的设计……………………………………3. 1 AGV机械结构的设计………………………………………………3.1.1 车体尺寸结构设计………………………………………………3.1.2 驱动方式的选择和车轮的选择………………………………3.1.3 传感器的布置…………………………………………………3. 2驱动系统部件的选择与校核………………………………………3.2.1电机的选择………………………………………………………3.2.2行走系统的驱动装置…………………………………………3.2.3 AGV行驶阻力的计算…………………………………………3.3 主减速比的选择………………………………………………3.4 电源部分选择………………………………………………………3.5 本章小节………………………………………………………………第4章控制系统与行走策略…………………………………………………4.1控制系统…………………………………………………………………4.1.1驱动芯片模块………………………………………………………4.1.2电源模块……………………………………………………………4.1.3光电耦合器…………………………………………………………4.2电路的设计…………………………………………………………………4.3行走策略……………………………………………………………………4. 4传感器采样………………………………………………………………4. 5控制策略…………………………………………………………………4. 6动作类型………………………………………………………………4.6.1直线路径行走……………………………………………………4.6.2特殊路径的行走……………………………………………………4.6.3左转弯………………………………………………………………4.6.4右转弯………………………………………………………………4.6.5停车………………………………………………………………第5章总结与展望……………………………………………………………5.2研究展望………………………………………………………………5.1全文总结………………………………………………………………第1章绪论1．1 概述AGV(Automatic Guided Vehicle)——自动导引车是上世纪50年代发展起来的智能搬运型机器人。
哈爾濱工業大學制造系统自动化大作业——自动导引式物料搬运小车系统设计姓名：刘玉帅学号：1080810524班级：0808105专业：机械设计制造及其自动化日期：2011.06.15目录第一部分设计任务书 (3)一、自动导引搬运小车功能示意图 (3)二、基本要求与参数 (3)三、工作量 (3)四、设计内容及说明 (3)第二部分设计说明书 (4)一、小车轮系结构的设计与分析 (4)二、自动导引方案的设计及传感器的选择与分析 (6)三、小车驱动及运动控制方案的设计与分析 (8)四、控制流程的设计以及控制程序的编写 (8)参考文献 (11)作业一 自动导引式物料搬运小车系统设计第一部分 设计任务书一、自动导引搬运小车功能示意图 自动导引搬运小车结构示意图小车运行线路示意图二、基本要求与参数本作业要求完成一种自动导引式物料搬运小车系统设计。
小车主要实现的功能是自动寻迹并且完成物料的搬运。
如上图所示，小车首先在A 区装载物料，然后开始沿着指定轨迹（黑色导引线）自动运行，导引线宽为20mm ，小车上要求装有相应的传感器用来完成寻迹和小车运行轨迹调节，保证小车始终沿着指定轨迹运行不偏离。
运行到C 区以后停止，卸货后沿原路径返回A 区再次装载物料，如此往复。
A 、C 区各有一条与导引线垂直的黑色边界线，线宽为20mm ，要求小车在A 、C 区停止时，不能超出边界线限定范围。
（小车由蓄电池供电）相关设计参数：（1）小车运动方式：全自动导引式。
（2）小车载重能力:15Kg ，自重不超过15Kg 。
（3）小车运动距离：5000mm 。
（4）小车运行速度：不小于0.5m/s 。
三、工作量（1）小车轮系结构的设计与分析；（2）自动导引方案的设计及传感器的选择与分析；（3）小车驱动及运动控制方案的设计与分析；（4）控制流程的设计以及控制程序的编写；（5）设计说明书一份。
四、设计内容及说明（1）根据要求选择合适的传感器，设计搬运小车的自动导引系统，并进行可行性分析，保证小车能够沿着给定的路径运动。
（2）确定小车的轮系结构，如主动轮与从动轮的个数以及转向方式。
设计小车的驱动方案，确定电机的个数与类型，计算小车载重、行驶速度等技术指标，并分析论证轮系结构与驱动方案的合理性，满足设计要求。
（3）小车控制系统设计，包括确定控制方案、控制核心器件的选择、自动导引功能的实现原理、绘制控制流程框图、编制控制程序。
第二部分设计说明书一、小车轮系结构的设计与分析；1、常用自动导引小车机械结构分析AGV的轮系结构是整个机械部分的核心，也是整个AGV非常关键的部分。
轮系结构设计的合理性不但会影响小车的循迹精度，而且还决定了小车的最小转弯半径、最大运行速度等重要指标。
因此在小车轮系结构设计之前，我先对目前市场上常见的几款同类小车的轮系结构进行了分析和比较，取长补短，设计出一款适合本系统的轮系结构。
轮系结构一般由驱动轮、从动轮和转向机构组成，目前市场上常见的同类AGV的轮系结构按照不同的性能要求主要有三种：三轮结构、四轮结构和六轮结构等，其中三轮结构一般采用前轮转向和驱动，而四轮和六轮一般采用双轮驱动、差速转向或独立转向方式。
(1)三轮结构三轮结构常采用前轮驱动与转向轮合成为一个组合轮、后轮为两个支撑定向轮的方式，其机械结构视觉图如图所示。
三轮结构是一款非常灵活的轮系结构，载荷行走为拖动型，常用于路面比较差的环境。
它的机械构造和控制非常简单，成本低，但是它的缺点也较为明显：首先由于两个从动轮无法定向，一般将导向传感器装在车体后边，因此三轮结构主要用于前进方向行走；其次这种轮系结构是3个轮子支撑车体，所以载重时应把货物放在车体中心或后轮附件的位置，这样才能更好的保证车体平衡性；尤为值得注意的是在行走过程时，当车体运动过快时，在转弯时由于离心力的作用，很容易使重心移向转向轮的两侧，而使车体发生侧翻，因此这种结构更适合于低速的场合。
(2)四轮结构四轮结构是目前最为常见的一种AGV轮系结构之一，它一般采用转向轮为主动轮式和转向轮为从动轮，定向轮为主动轮式两种方式。
①转向轮为从动轮，定向轮为驱动轮式。
这种方式是目前最常见的一种四轮结构，其机械结构视觉图如图所示。
这种车型结构前面两个万向轮为转向轮，使用步进电机来精确控制转向角度，可以用连杆或同步带来做转向传动；后端两个定向轮为驱动轮，可以用一个电机通过安装差速器驱动两个轮子，也可以用两个电机分别驱动，这样可以避免出现一个主动轮悬空空转导致驱动力下降的问题，而且还可以省去安装差速器。
因为驱动轮在小车后端，所以前轮的转动角度就不能太大，但是如果转动精度要求不高，则可以采用连杆传动机构。
这种四轮结构虽然控制简单，而且机械结构也不是很复杂，但是它只适合与单向行驶，而且由于驱动轮在后端，所以最小转弯半径较大。
②转向轮为驱动轮式。
在这种结构中，前面两个为用直流步进电机控制转向角度的转向轮，同时在每个转向轮上安装一个驱动电机以驱动轮子，后面两个轮子为从动轮。
为了保证两个转向轮转向角度的一致，可以使用和汽车结构类似的连杆传动方式，如果要求转弯半径较小，也可采用图中所示的同步带传动方式。
因为这种结构中从动轮部分机械结构较简单，因此可以方便的安装减震系统，而且在小车转弯时，为了使从动轮的内外侧轮子产生速度差，两个从动轮必须独立转动而不可以使用同轴联接。
这种结构在驱动和转向控制上都非常灵活和简单，而且能满足较小的转弯半径，但是正如上面所述，由于它的轮系结构需要增加很多机械部件的支持，否则会造成致命的缺陷，这样就增加了机械部分的复杂性，从而也增加了小车的自重和成本。
2、自动导引小车轮系结构的机械设计在确定本设计AGV的轮系结构前，必须确定小车是单向行驶还是双向行驶，因为这将直接关系到小车轮系结构的选择。
鉴于本设计小车要求双向行驶，我们选定了六轮结构，中间两轮驱动，其它为万向轮型的轮系结构，其机械视觉图如图所示。
从图中可以看出，这款小车的轮系结构和上面提到的几种结构有很大的区别。
首先它采用了六轮的底盘，中间两个定向轮为驱动轮，前后四个万向轮为从动轮。
当电机正转或反转时，小车可以前进或后退；通过内外侧两个驱动轮的速度差实现小车转弯；而当一个电机正转，一个电机反转时可以实现小车原地转弯。
这种轮系结构不但控制简单，而且机械结构也没有上述轮系结构那么复杂，同时它不需要很多的机械部件的支持，这样不但节省了成本，也减少了控制难度。
但是这种六轮结构有一个缺点,当小车行驶到不平的路面时，主动轮很容易被两侧的从动轮抬离地面，而使驱动轮不能驱动小车行驶，因此需要在从动轮上安装减振弹簧等机械部件，使得六个轮子能与地面充分接触，保持和地面的摩擦力。
3、自导引小车的性能要求首先选择合适的驱动电机，因为电机的性能参数直接决定着整辆小车的运动速度和驱动力。
在选型过程中，主要考虑电机的额定电压和额定功率这两个参数。
电机的输出功率和小=⨯⨯⨯,式中P为电机功率，μ为摩擦系数，m为小车的重量之间存在以下关系：Pμm g v车重量，g为重力加速度（9.8m/s2），v为小车的最大速度。
按照小车的最大重量（承重加自重）为30kg，摩擦系数按照0.15，最大行驶速度为0.5m/s计算，电机总的最大输出功率为22.05W，因为小车使用了两个驱动电机，因此每个电机的额定功率必须要大于11W。
考虑到为了便于其它控制电路的取电，电机的额定电压取24V，这样两个12V10Ah的蓄电池串联即可作为整个系统的电源。
在满足上面要求的条件下，为了节省成本，我们采用一款额定电压为24V，功率为15W，转速为128圈每分钟的直流减速电机。
在确定了电机型号和小车的行驶速度后，小车轮子的直径也可以确定，小车驱动轮的直径和电机转速之间的公式如下：nπdv60,式中v为小车的最大行驶速度，n为电机每分钟的最大转速，d为驱动轮的直径，而我们选定的电机的最大转速是128r/m，v为0.5m/s，因此可以得到驱动轮直径d约为0.075m。
根据小车的设计要求得出小车机械指标表：小车各项机械技术指标二、自动导引方案的设计及传感器的选择与分析1、常见的AGV特点及其设计方案的分析①电磁感应引导式AGV电磁感应式引导是最早成功应用于无轨AGV的导引方法，也是目前无轨AGV主要采用的导引方式。
该方式需要在预先设定的行驶路径上埋设专门的电缆线，当高频电流流经导线时，导线周围产生电磁场，此时安装在AGV车体两端的电磁传感器通过电磁感应原理产生感应信号。
由于根据传感器偏离轨迹的远近程度可产生强度不同的电磁信号，因此系统可以通过采样传感器的电磁信号，从而软件调节驱动机构，实现引导。
该方法可靠性高，经济实用，主要问题是：AGV的行驶路径改变非常困难，而且埋线对地面要求较高，一旦电缆出现问题，维护非常困难。
同时，该方式实现的成本也很高。
②激光引导式AGV这种方法是在AGV上安装有可旋转的激光扫描器，在运行路径沿途的特定位置处安装高反光性的反射镜面，AGV在运行途中，不断用激光扫描器发射的激光束照射这些镜面，利用入射光束与反射光束提供的夹角信息、入射光束与反射光束的时间差信息等，根据数学模型计算出AGV当前的位置以及运动的方向，通过和内置的数字地图进行对比来校正方位，从而实现导引。
这种导引方式的特点是当提供了足够多反射镜面和宽阔的扫描空间后，AGV导引与定位精度十分高，且提供了任意路径行走和规划的可能性。
但是该方式成本昂贵，传感器电路、反射装置的安装都十分复杂，且算法也很复杂。
③视觉引导式AGV视觉引导方式是一种正在快速发展和成熟的AGV导引方式，这种方法在AGV上装备CCD摄像机和传感器，在AGV运行线路上建立色标，在主控芯片中存储有AGV欲行驶路径周围环境的图像数据库。
在AGV行驶过程中，摄像机动态的获取车辆周围环境图像信息，利用图像处理技术进行特征识别，并与图像数据库进行比较，从而确定当前位置，并对下一步行驶做出决策。
这种AGV由于不要求人为设置任何物理路径，因此具有最佳的引导柔性，适应性非常强。
但是该方法对照明和色标清洁度有一定要求，而且这类AGV造价非常昂贵，同时由于CCD传感器开发非常困难，算法复杂度高，一般的8位，16位MCU都无法进行开发。
由此可见，目前市场上存在的几款AGV虽然各有特点，但是由于他们造价高昂、维护困难、柔性较低、工艺复杂，导致它们不能在国内企业中得到广泛的应用。
对于本次设计的小车，这里采用红外导引的方式，应用红外模块完成小车的循迹。
该模块主要由一对红外收发传感器组成。
红外信号在碰到深色（如黑色）的物体时将被大部分吸收，而碰到浅色（如白色）的物体时将被大部分反射，利用这一特点，将小车行驶地面设置成浅色调，而轨迹设置成深色调。
红外发射传感器发射的红外信号在深色轨迹上产生微弱的反射信号，而在浅色地面上产生很强的反射信号；红外接收传感器根据接收到的反射信号强度的不同，产生不同的输出电压；主控芯片采样该电压值，从而调节小车左右电机的速度差，使小车能够沿着轨迹行驶。
