國(guó)際青年創(chuàng)新大賽參賽作品-AGV自動(dòng)導(dǎo)向物流車項(xiàng)目(葉成

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1、Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,項(xiàng)目報(bào)告書(shū),項(xiàng)目名稱：,AGV,自動(dòng)導(dǎo)向物流車,參數(shù)人員：葉城富,2013,年,國(guó)際青年創(chuàng)新大賽參賽作品,日 期：,2013.12,1,/28,關(guān)于“我”,我叫葉成富，男，今年,28,歲。,2003,年,6,月畢業(yè)于江蘇淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系，就職于世界電

2、子行業(yè)龍頭,-,三星在中國(guó),-,新加坡合作蘇州工業(yè)園區(qū)的三星電子（蘇州）半導(dǎo)體有限公司，擔(dān)任設(shè)備技術(shù)高級(jí)工程師一職。,工作期間憑借我對(duì)于專業(yè)技術(shù)的孜孜追求、勇于創(chuàng)新，多次代表公司赴韓國(guó)三星總部、香港、上海等國(guó)內(nèi)外各地考察交流，曾多次擔(dān)當(dāng)重大革新項(xiàng)目、改善事例的推進(jìn)，為公司的發(fā)展做出了突出的貢獻(xiàn)，并屢獲表彰。,2012,年,9,月被公司選拔作為優(yōu)秀重點(diǎn)培養(yǎng)人才，參加了開(kāi)創(chuàng)國(guó)內(nèi)校企合作辦學(xué)典范的三星,-,蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院合辦的首屆三星工科大學(xué)（,SIST,），并將進(jìn)行為期,3,年的全脫產(chǎn)、系統(tǒng)化、國(guó)際化的深造學(xué)習(xí)。,2012,年,11,月，蘇州工業(yè)園區(qū)政府下屬的培訓(xùn)管理中心出資設(shè)立了以我的

3、名字命名的“葉成富大師工作室”，專門用于鼓勵(lì)扶持我的創(chuàng)新項(xiàng)目。,2013,年,9,月、,10,月我代表蘇州工業(yè)園區(qū)分別參加了園區(qū)高技能人才競(jìng)賽和“姑蘇杯”技能狀元大賽的選拔，得到了大賽評(píng)審老師的高度評(píng)價(jià)和一致認(rèn)可。,我的口號(hào)：,我要飛得更高！,2,/28,關(guān)于“項(xiàng)目”,2013,年初開(kāi)始我利用自身所學(xué)和刻苦鉆研，歷時(shí),5,個(gè)月獨(dú)立自主地完成了,AGV,自動(dòng)導(dǎo)向物流車的研發(fā)、制作，以單片機(jī)作為控制單元的核心，替代傳統(tǒng)的,PLC,可編程邏輯控制器實(shí)現(xiàn)了對(duì),AGV,自動(dòng)導(dǎo)向物流車的可靠控制和穩(wěn)定運(yùn)行，大幅度降低了,AGV,的制造成本，同時(shí)通過(guò)自動(dòng)機(jī)械手臂的開(kāi)發(fā)，極大地拓展了,AGV,傳統(tǒng)意義上的單純

4、的運(yùn)輸功能，為我公司自動(dòng)化物流運(yùn)輸線的構(gòu)筑提供了強(qiáng)有力的支持，并在可給予其他公司的生產(chǎn)線原輔材料搬運(yùn)或中小型物流倉(cāng)儲(chǔ)單位的貨物移轉(zhuǎn)等借鑒方面，無(wú)疑具有極大的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的市場(chǎng)前景。下面將圍繞該項(xiàng)目，展開(kāi)進(jìn)行詳細(xì)論述。,此次恰逢貴組委會(huì)舉辦“國(guó)際青年創(chuàng)新大賽”，我本著學(xué)習(xí)的態(tài)度提交我的項(xiàng)目，敬請(qǐng)各位評(píng)審老師批評(píng)指正，希望能夠得到各位評(píng)審老師的認(rèn)可！如果我的項(xiàng)目能夠獲得晉級(jí)的機(jī)會(huì)，我想這對(duì)于該項(xiàng)目在社會(huì)上的推廣應(yīng)用將會(huì)起到巨大的推動(dòng)作用，能夠讓更多的公司、中小型物流倉(cāng)儲(chǔ)單位體驗(yàn)到高性價(jià)比的,AGV,物流車的便捷性。,一個(gè)對(duì)于技術(shù)創(chuàng)新懷抱著無(wú)比熱忱的青年期待您的寶貴支持，謝謝！,3,/28,目錄,

5、AGV,概要,AGV,總體設(shè)計(jì)方案,硬件設(shè)計(jì),軟件設(shè)計(jì),項(xiàng)目調(diào)試,硬件實(shí)物圖,項(xiàng)目總結(jié),4,/28,1,AGV,概要,1,2,3,4,5,6,7,AGV,即,Automated Guided Vehicle,自動(dòng)導(dǎo)引物流車，配有裝備如電磁，光學(xué)或其他自動(dòng)導(dǎo)引裝置，可以沿設(shè)定的引導(dǎo)路徑行駛。,AGV,的特點(diǎn)是高度自動(dòng)化和高智能化，可以根據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)貨位要求、生產(chǎn)工藝流程等改變而靈活改變行駛路徑，而且改變運(yùn)行路徑的費(fèi)用與傳統(tǒng)的輸送帶和傳送線相比非常低廉。,AGV,小車一般配有裝卸機(jī)構(gòu)，可與其它物流設(shè)備自動(dòng)接口，實(shí)現(xiàn)貨物裝卸與搬運(yùn)的全自動(dòng)化過(guò)程。此外，,AGV,小車依靠蓄電池提供動(dòng)力，還有清潔生產(chǎn)、運(yùn)行過(guò)

6、程中無(wú)噪音、無(wú)污染的特點(diǎn)。,什么是,AGV,？,5,/28,1,AGV,概要,AGV,的優(yōu)點(diǎn),1,2,3,4,5,6,7,V.S,AGV,搬運(yùn),人力搬運(yùn),AGV,與傳統(tǒng)人力搬運(yùn)相比：,永不疲憊,永不犯錯(cuò),不要工資,工作環(huán)境不挑剔,使命必達(dá)！,6,/28,1,1,2,3,4,5,6,7,AGV,概要,適合使用的場(chǎng)所,以我公司為例，作為半導(dǎo)體集成電路封裝測(cè)試的工廠，生產(chǎn)線的特點(diǎn)就是產(chǎn)品種類繁、批次多、工序多的特點(diǎn)，同時(shí)應(yīng)客戶的要求必須要,TAT,短，即物流一定要快速。以,Front,工程為例，如圖所示，主要包括,L/M,、,B/L,、,Sawing,、,Die Attach,、,Wire Bond

7、,等工序，前道工序生產(chǎn)的材料通常以料盒,Magazine,或,Cassette,（如圖所示）為單位快速流到下一道工序，而下一道工序生產(chǎn)完工后的空,Magazine,或,Cassette,需要快速返回前道工序。另外，我公司在推進(jìn)人力高度化，搬運(yùn)人力大幅度減少，因此穿梭于各個(gè)工序、各條生產(chǎn)線的,AGV,小車的作用便凸顯了出來(lái)。,工序圖,Cassette,7,/28,2,AGV,總體設(shè)計(jì)方案,1,2,3,4,5,6,7,在,AGV,小車的工作工程中如何實(shí)現(xiàn)智能循跡是其核心，也是我在開(kāi)發(fā)的過(guò)程中重點(diǎn)攻關(guān)的難點(diǎn)。傳統(tǒng)的,AGV,使用的是,PLC,控制系統(tǒng)，而,PLC,成本較高，經(jīng)過(guò)論證發(fā)現(xiàn)單片機(jī)完全可以

8、滿足其控制要求，成本僅是,PLC,的幾十分之一，因此我選用了,STC89C51,單片機(jī)（,89C51,最小電路如圖所示），本論文也將主要圍繞基于單片機(jī)的,AGV,小車的智能循跡的控制過(guò)程展開(kāi)論述，智能循跡是指基于自動(dòng)引導(dǎo)系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)識(shí)別路線，以及選擇正確的路線，它運(yùn)用傳感器、單片機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及自動(dòng)控制等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)按照預(yù)先設(shè)定的模式下，不受人為管理時(shí)能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)循跡導(dǎo)航的技術(shù)。,89C51,最小系統(tǒng),89C51,芯片管腳圖,8,/28,2,AGV,總體設(shè)計(jì)方案,1,2,3,4,5,6,7,系統(tǒng)總設(shè)計(jì)圖,9,/28,2,AGV,總體設(shè)計(jì)方案,1,2,3,4,5,6,7,單片機(jī)原理圖,10

9、,/28,2,設(shè)計(jì)思路,1,2,3,4,5,6,7,AGV,總體設(shè)計(jì)方案,AGV,小車由車體、蓄電池、驅(qū)動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)向裝置、控制系統(tǒng)等組成。車體由車架和相應(yīng)的機(jī)械電氣部件如電機(jī)、車輪等組成，它是,AGV,的基礎(chǔ)部分。車架要從強(qiáng)度和剛度上滿足車體運(yùn)行和加速時(shí)的要求，采用鋼構(gòu)件焊接而成，其外殼為鋁合金板，車架空間安裝蓄電池部件，車體的前后部分還安裝超聲波傳感器；,AGV,采用,24V,直流蓄電池為動(dòng)力；驅(qū)動(dòng)裝置由車輪、電動(dòng)機(jī)及速度控制器等部分組成；,AGV,驅(qū)動(dòng)命令由單片機(jī)機(jī)發(fā)出；,AGV,的方向控制是由導(dǎo)引系統(tǒng)的方向信息通過(guò)轉(zhuǎn)向裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的；,AGV,的安全系統(tǒng)既要實(shí)現(xiàn)對(duì),AGV,的保護(hù)，又要實(shí)現(xiàn)

10、對(duì)人，或?qū)ζ渌孛嬖O(shè)備的保護(hù)。綜合,AGV,的上述特點(diǎn)，再結(jié)合本次設(shè)計(jì)的具體要求，確定本次,AGV,的研制原則,:,即以最簡(jiǎn)單形式、最少的成本、盡可能可靠的動(dòng)作完成課題要求。,基本控制思路,:,紅外傳感器取得反射信號(hào)送給單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)對(duì)有無(wú)反射信號(hào)進(jìn)行處理，同樣超聲波傳感器也將信號(hào)傳給單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)對(duì)感應(yīng)時(shí)間進(jìn)行處理，結(jié)合路徑圖進(jìn)行綜合分析后輸出控制信號(hào)，控制信號(hào)通過(guò)控制電路放大、輸出到電機(jī)對(duì)小車動(dòng)作進(jìn)行控制。邏輯圖如圖所示。,單片機(jī),串行端口,電機(jī)驅(qū),動(dòng)模塊,超聲波傳感器,紅,外,傳,感,器,據(jù)此確定,AGV,的設(shè)計(jì)總體思路,:,通過(guò)紅外傳感器作為導(dǎo)航，單片機(jī)為控制器，電機(jī)差動(dòng)式實(shí)現(xiàn)

11、轉(zhuǎn)向，根據(jù)預(yù)設(shè)路線，實(shí)現(xiàn),AGV,導(dǎo)航定位策略的方式。需要部件如表所列。,名稱,數(shù)量,超聲波傳感器,1,紅外傳感器,4,車體,1,直流電動(dòng)機(jī),2,蓄電池,2,電源穩(wěn)壓模塊,1,控制電路,1,單片機(jī),1,系統(tǒng)邏輯圖,11,/28,3,紅外傳感循跡,硬件設(shè)計(jì),利用地面顏色與色帶顏色的反差，在明亮的地面上用黑色色帶，在黑暗的地面上用白色色帶。導(dǎo)引車的下面裝有光源，用以照射色帶。由色帶反射回來(lái)的光線由光學(xué)檢測(cè)器（傳感器）接受，經(jīng)過(guò)檢測(cè)和運(yùn)算回路進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果傳至驅(qū)動(dòng)回路，由驅(qū)動(dòng)回路控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作。當(dāng),AGV,偏離導(dǎo)引路徑時(shí)，傳感器檢測(cè)到的亮度不同，經(jīng)過(guò)運(yùn)算回路計(jì)算出相應(yīng)的偏差值，然后由控制回路

12、對(duì),AGV,的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)修正，使其回到導(dǎo)引路徑上來(lái)。因此，,AGV,能夠始終沿著色帶的導(dǎo)引軌跡運(yùn)行。紅外反射式光電傳感器，包括一個(gè)可以發(fā)射紅外光的固態(tài)發(fā)光二極管和一個(gè)用作接收器的固態(tài)光敏二極管（或光敏三極管）。導(dǎo)向原理如圖所示。,紅外尋跡方案選擇利用紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外線，紅外線二極管進(jìn)行接收。采用六組紅外光敏耦合三極管發(fā)射和接受紅外信號(hào)，外面可見(jiàn)光對(duì)接收信號(hào)的影響較小，再用射極輸出器對(duì)信號(hào)進(jìn)行隔離。接收的紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)經(jīng),LM339,進(jìn)行比較，產(chǎn)生高電平或低電平返回給,51,單片機(jī)。當(dāng)小車底部的某邊紅外線收發(fā)遇到黑帶時(shí)輸入電平為低電平，反之為高電平。結(jié)合中斷查詢方式，通過(guò)程序控

13、制小車往哪個(gè)方向行走。根據(jù),傳感器應(yīng)用場(chǎng)合不同選擇不同，感覺(jué)的距離范圍不同，可從幾毫米到幾米。選用,FS-359F,反射紅外傳感器，,048W,型封裝。該封裝形狀規(guī)則，便于安裝。激光傳感器雖然性能不錯(cuò)，但價(jià)格較貴。從需要,510cm,垂直探測(cè)距離的要求來(lái)看，普通的紅外反射式傳感器又很難勝任。在對(duì)個(gè)型號(hào)的傳感器測(cè)試后，選用了價(jià)格、性能基本適合的,043W,封裝的反射紅外傳感器。在使用約,40,A,的發(fā)射電流，沒(méi)有強(qiáng)烈日光干擾（在有日光燈的房間里）探測(cè)距離能達(dá),cm,，完全能滿足探測(cè)距離要求。,導(dǎo)向原理圖,1,2,3,4,5,6,7,12,/28,3,超聲波傳感器避障,硬件設(shè)計(jì),避障系統(tǒng)框架圖,超

14、聲波測(cè)距是通過(guò)不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差,然后根據(jù)超聲波聲速求出距離。,由于超聲波也是一種聲波，其聲速與溫度有關(guān)。在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。聲速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。這就是超聲波測(cè)距儀的機(jī)理，其系統(tǒng)框圖如圖所示,。,定時(shí)器,控制,顯示器,調(diào)制器,計(jì)時(shí)器,振蕩器,電聲換能器,接受檢測(cè),聲電轉(zhuǎn)換器,障,礙,物,規(guī)格參數(shù),超聲波傳感器諧振頻率：,40KHz,模組傳感器工作電壓：,4.5V9V,模組接口電壓：,4.5V5.5V,尺寸：,6.48cm

15、*4.07cm,1,2,3,4,5,6,7,13,/28,3,機(jī)械結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng),硬件設(shè)計(jì),車體框架是裝配,AGV,其他零部件的主要支撐裝置，,AGV,整體尺寸設(shè)計(jì)為,0.80.60.6 m(,長(zhǎng),寬,高,),。,AGV,驅(qū)動(dòng)的方式采用兩臺(tái)電機(jī)各置于左、右兩邊，利用兩臺(tái)電機(jī)的動(dòng)作與兩輪差速的方式達(dá)到左右轉(zhuǎn)向，前進(jìn)或停止，即差速型。,制導(dǎo)系統(tǒng)安裝示意圖,AGV,的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)電源、電動(dòng)機(jī)組成。出于直流電機(jī)本身具有控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，調(diào)速方便，不需逆變裝置等優(yōu)點(diǎn)，并且本課題設(shè)計(jì)的,AGV,不需要工作在高速大功率之上，因此采用直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力源。初步選擇電機(jī)的種類為直流伺服電機(jī)，型號(hào)為

16、,ZD6560,，相關(guān)的參數(shù)如表所示。,1,2,3,4,5,6,7,14,/28,3,電源部分和控制系統(tǒng),硬件設(shè)計(jì),小車電源的選用對(duì)比了鎳鎘蓄電池，鎳氫蓄電池、鋰電池和鉛酸蓄電池的優(yōu)缺點(diǎn)，我選擇了用,2,塊,40Ah,的鉛酸蓄電池作為電源，輸出電壓為,12V,?？刂葡到y(tǒng)所需的,5,伏穩(wěn)定電壓由小車電池經(jīng),7805,、擴(kuò)流三極管,TIP32C,三端集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后提供。,本,AGV,選用的驅(qū)動(dòng)芯片為,L293D,L293,是,SGS,公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含,4,通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。其后綴有,B,D,，,E,等，除,L293E,為,20,腳外，其它均為,16,引腳,Vss,電壓最小,4.5V,，最大可達(dá),36V;Vs,電壓最大值也是,36V,。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，,Vs,電壓比,Vss,電壓高，。能通過(guò)的峰值電流是,1.2A,，由于是采用橋式電路驅(qū)動(dòng)一個(gè)電機(jī)，它允許的輸出電流是,686.6mA,。,光電耦合器（,TLP521-4,）如圖所示，它的輸入輸出均為,5V,，其作用是隔離干擾，消除信號(hào)源端的熱噪聲。,光電耦合器,電路的設(shè)計(jì)思路：,（,1,）電路設(shè)計(jì)的主要思想,由于電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分對(duì)前面的數(shù)字系統(tǒng)產(chǎn)生