自动控制系统的机械手和AGV的设计与关键技术研究

摘要

传统物流输送系统在信息技术应用上存在弊端，计算机技术的迅速发展和对自动智能搬运工具的迫切需求使得AGV(Automatic Guided Vehicle的简称)应运而生。AGV的概念很简单，根据我国国家标准《物流术语》中的定义，是指装有自动导引装置，能够按规定路径行驶，在车体上具有编程和选择的装置、安全保护装置以及物料移载功能的搬运车辆。机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程以变动的多功能机器，在现代物流输送系统中占据着重要位置。可编程序控制器(PLC)因其可靠性高、编程方便、配置灵活，广泛应用于机械手的电气控制。
　　论文详细论述了PLC控制的优势和PLC的选型依据，实现了三自由度直角坐标机械手技术指标理论体系的关键组成部分。为实现PLC对机械手的水平、上下移动和抓取控制，设计了电气控制原理图并进行梯形图编程。针对机械手关键技术中的动作模型、自由度模型和功能模型，提出光电编码器的位置检测系统优化，并进行上位机监控系统的研究。
　　论文分析了智能搬运设备AGV车载控制系统差速驱动数学模型、AGV的运动学模型和差速转向等关键技术，在此基础上，将磁导引的双转向架差速驱动AGV引入自动控制系统领域，设计本系统技术体系结构及其特征。结合传感器、智能控制和直流电源的关键指标的特点，提出PID纠偏算法作为寻线模式、平移模式和差速平移三种运行模式的切入，纠偏算法关键过程中理论验证。
　　论文搭建了AGV小车实验环境，进行了AGV试验车的机械设计，电气设计与车载程序设计，经运行实验验证，实现了自动全向行驶，RFID可以实时跟踪AGV小车的位置，自动选择岔路，自动切换运行速度，实现了磁带导引的双转向架驱动AGV的停位误差小于±10mm。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 研究现状

1．3 研究热点

1．3．1 AGV国内外发展概述

1．3．2 欧美模式双舵轮驱动AGV磁带导引技术

1．3．3 传感器纠偏问题

1．4 论文结构安排

2 智能搬运设备AGV设计及关键技术研究

2．1 AGV设计要求

2．2 AGV系统整体架构及数学模型推导

2．2．1 驱动单元机械设计

2．2．2 车载控制系统方案设计

2．2．3 驱动结构的数学模型

2．2．4 d值的误差分析

2．2．5 驱动结构的运动学模型

2．3 AGV系统模块设计关键技术研究

2．3．1 AGV差速转向模型

2．3．2 AGV导航和导引技术

2．3．3 直流伺服控制系统设计与实现

2．4 双转向架驱动AGV的磁带导引技术

2．4．1 两种典型的AGV导航／导引技术路线

2．4．2 欧美模式双舵轮AGV的磁带导引技术

2．4．3 双转向架驱动AGV的磁带导引技术

2．5 运动控制与纠偏算法

2．5．1 车载控制系统结构

2．5．2 运行模式及纠偏算法

2．5．3 AGV运行姿态的控制方法

2．6 本章小结

3 基于PLC的机械手控制系统设计及关键技术研究

3．1 PLC的选择标准和选型方法

3．1．1 PLC的选择标准

3．1．2 PLC的选型方法

3．2 三自由度直角坐标机械手

3．3 电气控制系统软件设计

3．3．1 急停

3．3．2 伺服电机正／反转

3．3．3 机械手水平移动控制

3．3．4 机械手抓取上下移动

3．3．5 机械手抓取控制

3．4 PLC电气控制原理图

3．4．1 供电回路

3．4．2 机械手水平移动控制回路

3．4．3 机械手垂直控制回路

3．5 关键技术研究

3．5．1 基于PLC的4台电动机的启／停研究

3．5．2 上位机监控系统技术的研究

3．5．3 光电编码器位置检测系统优化

4 试验结果与分析

4．1 试验车设计

4．1．1 试验车机械设计

4．1．2 试验车电气设计

4．1．3 试验车车载程序设计

4．2 试验车运行试验

4．2．1 手动功能检测

4．2．2 自动功能检测

5 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 研究展望

参考文献

附录

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果