物流AGV小车的转向控制系统设计毕业论文

 2021-04-21 09:04

摘 要

AGV小车即自动牵引车,它是一种以汽车电子为背景的轮式机器人,涵盖了控制技术、识别技术、计算机技术、传感技术、机械等学科。它可以完成路径识别、自动行驶及自动转向等一系列行驶策略,对于提高物流效率和降低搬运成本具有重要意义。

本文以MK60单片机为主控模块,路径识别和车速的检测相结合,通过对传感器采集的数据进行处理来完成转向舵机的控制,使AGV小车达到自动转向控制的目的。整个转向系统包括前期小车机械结构调整,转向系统的硬件电路设计及软件控制算法和后期的系统调试等多个方面。其中硬件电路和软件设计是本文的核心部分。硬件电路主要包括小车的主控模块、电源供电模块、电磁检测模块、舵机及电机驱动模块。软件主要包括PID控制算法,基于PWM信号产生程序,利用位置式PD算法调整PWM信号占空比来完成单片机对舵机的控制。从调试实验可知,本文设计的PD算法控制的舵机转向具有较强的稳定性与可操作性,有一定的参考价值。

关键词:AGV;MK60;转向控制;PWM;PID控制

Design of steering control system of logistics AGV

ABSTRACT

AGV is automated guided vehicle, which is a wheeled mobile robot based on vehicle electronics and covers disciplines such as control technology, identification technology, computer technology, sensing technology, machinery. It can complete a series of driving strategies, such as path identification, auto driving and automatic steering, which is of great significance to improve logistics efficiency and reduce handling costs.

In this paper, with the MK60 one-chip computer as the main control module and combining the path identification and vehicle speed detection, the steering control is completed by processing the data collected by sensors, so that the AGV car can realize the purpose of automatic steering control. The whole steering system includes the adjustment of the mechanical structure in the early stage, the hardware circuit design of the steering system, the software control algorithm and the system debugging in the later stage. Hardware circuit and software design are the core parts of this paper. The hardware circuit mainly includes the main control module, power supply module, electromagnetic detection module, steering engine and motor drive module. The software mainly includes the PID control algorithm, PWM-based signal generation program, the position PD algorithm is used to adjust the duty ratio of the PWM signal to complete the control of the steering gear, from the debugging experiment, it can be seen that the steering gear controlled by the PD algorithm designed in this paper has strong stability and operability, which has certain reference value.

Key words: AGV; MK60; Steering control; PWM;PID control

目 录

1 绪论 1

1.1 课题背景及研究意义 1

1.1.1课题提出的背景 1

1.1.2 课题研究的意义 2

1.2 国内外AGV发展现状 3

1.2.1 国内研究现状 3

1.2.2 国外研究现状 4

1.3 AGV驱动转向机构发展现状 6

1.4 本文的主要工作 7

2 转向系统总体设计 9

2.1 总体设计思路 9

2.2 系统硬件结构 9

2.3 系统软件结构 10

2.4 小车机械结构 11

2.4.1 前轮定位调整 12

2.4.2 转向舵机选择 13

2.4.3 电机的选择 14

2.5 舵机的工作原理及安装 15

2.5.1 舵机的工作原理 15

2.5.2 舵机的安装 17

2.6 编码器的安装 18

3 系统硬件设计 20

3.1 硬件系统设计 20

3.2 主控模块 20

3.3 电源电压转换模块 22

3.4 电磁检测模块 24

3.5 舵机驱动模块 24

3.5.1 舵机供电电路 24

3.5.2 舵机控制电路 25

4 系统软件设计 27

4.1 软件整体设计 27

4.2 PID控制介绍 27

4.2.1 位置式PID算法 29

4.2.2 增量式PID算法 30

4.2.3 PID参数整定 31

4.3 PWM产生程序 31

4.4 基于位置式PD的舵机控制程序 32

5 系统软硬件调试 34

5.1 软件开发环境:IAR Embedded Workbench 34

5.2 路径探测模块调试 34

5.3 最小系统输出PWM调试 35

5.4 转向舵机调试 37

5.5 系统调试 39

6 总结与展望 40

6.1 本文工作总结 40

6.2 论文的不足与展望 40

致谢 42

参考文献 43

1 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.1.1课题提出的背景

现代社会人数的不断增长,企业改革升级和经济模式的改变,传统的物流方式已经无法满足人们生活和工作的需求。人工智能技术,互联网信息技术对传统物流的操作模式产生了较大的影响,对传统物流行业造成了一定的冲击。德国就此提出了工业4.0的概念,以此解决信息技术和传统物流技术的矛盾,除此之外,美国还在德国工业4.0的基础上提出了“工业互联网”的概念,对制造业的未来进行了科学的规划,面对如此发展形势,针对我国现有物流行业状态,结合我国的现有国情,我国制定了“中国制造2025计划”的方针,该方针为我国制造业的未来指明了发展方向并对物流行业的发展提供了一定的保障。我国现有的制造业和传统物流行业起步较晚,人工成本较高,效率低下。为解决这类问题,需要AGV小车来降低企业人工参与度,提高生产效率。AGV具有人工智能化,负载强度高,不易出错等优点,其广泛的应用于实际生产中。AGV是一种能够自动行驶的轮式机器人,是一种由电池供电的设备,配备安全保护装置,自动导引设备,它可以在PC机的指令下进行管理和控制,可以预先在PC端设置操作指令,AGV小车会根据PC下达的指令来进行工作,能够完成拣选货物,输送货物,智能充电等一系列任务。基于AGV小车的各项优点,AGV小车被广泛使用在制造的生产应用中,AGV小车可根据生产需求实时调整搬运路线,将车间货物统一划分运输,将属于同一车间的货物统一分装,实现同一车间同一流水线能同时量产不同的产品,提高了企业生产效率,降低了因搬运而产生的人工成本,提高了企业的竞争力。AGV在制造业的应用只是其中的一种,随着信息时代得发展,AGV的应用范围也更加广泛[1]

物流行业作为我国的支柱产业,装卸搬运成本在整个物流环节中占用了较高的时间和成本,装卸搬运成本的居高不下严重限制了我国物流行业的发展。在美国,装卸搬运成本约占物流总成本的25%。在德国,仓储和物流业的成本占营业额的33%。在日本,物流和运输成本约占国民生产总值的10%。在中国,货物装卸和运输成本约占加工成本的16%。现代物流行业中,装卸搬运主要是通过人力完成,所以要降低装卸搬运成本必须要降低人工成本。现代物流设备使用率研究表明,人工拣选设备在物流仓储占比为57%,人工智能化设备占比为40%,分拣设备人工智能只占其3%[2]。随着物流行业在国民经济中的地位的逐步提升,物流成本的降低势在必行。AGV小车作为降低装卸搬运成本的关键,国家和企业都意识到了AGV的重要性。据前瞻产业研究院统计,我国物流行业AGV小车的使用量在持续上升。在2011-2013三年期间,我国AGV每年增长的较为平缓,同比增长约为25%。2014-2017年期间,我国AGV的发展速度得到飞速提高,每年的同比增长量都要高于往年的同比增长量。基于这四年的发展趋势,对2018年的AGV新增量进行估计约为14500台,相比于2017年将增长52.63%[3]。图 1.1 为 2011-2019年中国AGV市场发展情况趋势。

您需要先支付 80元 才能查看全部内容!立即支付

课题毕业论文、开题报告、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找,优先添加企业微信。