基于fms的自动导引车控制器设计与实现硕士论文(编辑修改稿)

基于fms的自动导引车控制器设计与实现硕士论文(编辑修改稿)内容摘要：

...................................... 33 表 单片机 片内 RAM 分配 ......................................................................................... 36 表 测试项目表 ........................................................................................................ 53 表 自动导引车运行速度测试表 ................................................................................. 53 表 自动导引车负载测试记录表 ................................................................................ 55 南京航空航天大学 硕士 学位论文 1 第一章 绪论 引言 自动导引 车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。 自动导引车只有按物料搬运作业自动化、柔性化和准时化的要求，在中央控制计算机的管理下协调工作，并同其他物流设备实现高度集成，具备相当的柔性，而且通过车载计算机和网上主机与其他设备通讯 ， 构成自动导引车系统 ， 才能真正发挥作用。 自动导引 车是 高技术密集型项目 ，作为 移动式自动导引车的一个分支 ，它 集人工智能、信息处理和图像处理 于 一体 ， 综合了当今科技领域先进的理论和应用技术， 已经在 自动化搬运系统、物流仓储系统、柔性制造系统（ FMS）和柔性装配系统（ FAS） 中扮演着越来越重要的角色。 自动导引 车 代表 了 国内外运载式自动导引车物流自动化系统技术的新方向、新水平，标志着现代化工业城市，现代化工业企业发展的新趋势 与 新高度。 自动导引车在国内外的技术发展及应用 1. 自动导引车国外发展历史 1953 年，美国制造了世界上第一台采用埋线电磁感应式的跟踪路径自动导向车，也被称作 “ 无人 驾驶牵引车 ”，小车跟随一条钢丝索导引的路径行驶，并具有一个以真空管技术为基础的控制器。 1954 年，英国人首先去掉了地面上的导引轨道，采用地板下埋线，组成了以电磁感应引导的简易自动导引车。 1959 年，自动导引车用于仓库自动化和工厂作业上，开始在欧洲得到推广应用。 1960 年，人们开始把计算机技术应用到自动导引车系统的管理和控制上，自动导引车系统从自动化仓库进入到柔性加工系统（ FMS）及生产系统中，从而使自动导引车得到了迅速发展。 虽然自动导引车首先出现于美国，但却是在欧洲迅速得到发展和推广应用，并成为制造和装配过 程中一种流行的物料搬运设备，欧洲各公司统一了托盘的结构和尺寸，使得自动导引车制造厂不需要频繁地根据用户的要求改变自己的产品形式。 由于自动导引车的高效和灵活性，使得自动导引车系统在工业先进国家获得了广泛的应用。 瑞典于 1969 年首次在物流系统中采用了自动导引车，日本也在 1963 年首次引进一台自动导引车。 20 世纪 70 年代中期，在自动导引车中引入了单元化载荷搬运，扩大了自动导引车的使用范围，随机装置增加了许多功能，如附加工作台、移载装置、物流信息接收和转换以及控制部件等， 具有载货功能的自动导引车得到 了 迅速发展和推广 应用，并被引入美国用于自动化仓储系统和柔性装配系统的物料运输。 1973 年，瑞典 VOLVO 公司在 KALMAR 轿车厂的装配线上大量采用自动导引车进行计算机控基于 FMS 的自动导引车控制器设计与实现 2 制装配作业。 从 20 世纪 80 年代初开始，自动导引车 随计算机技术发展而发展，成本降低，性能先进，普及迅速，形成新的产业。 新的导向方式和技术 也 得到更广泛研究和开发 ，如 电磁感应引导、激光引导、磁铁陀螺引导等方式，其中以激光引导方式发展较快，但电磁感应引导和磁铁陀螺引导方式 仍 占有较大比例。 20 世纪 90 年代以来，自动导引车 进入高智能化，数字化，网络化，信息化， 从仅由大公 司应用正向小公司单台应用转变，而且其效率和效益更好。 到目前为止，全世界已拥有 自动导引车 系统 15000 多个，约 110000 辆 自动导引车 [1]。 2. 自动导引车国内发展历史 自动导引车在我国的研究及应用起步较晚。 20 世纪 70 年代后期，北京起重运输机械研究所研制 的 ZDB1 型自动搬运车是最早的实用型 自动导引车 ； 80 年代后期， 邮电部设计研究院等单位先后开始对 自动导引车 进行研究与实践； 北京机械工业自动化研究所为二汽研制了用于立体化仓库中的自动导引车 ； 沈阳自动化研究所为金杯汽车公司研制了汽车发动机装配用的自动导引车 ； 90 年代，清华大学国家 CIMS 工程中心将从国外引进的自动导引车成功应用于 EIMS的实验研究 ；沈阳自动化研究所为沈阳金杯汽车公司总装线上设计了 9 台 自动导引车 自动装配系统，此后又先后实施多个汽车行业项目； 清华大学计算机技术应用系研制了用于邮政中心的自动导引车 ； 昆明船舶设备研究所 在引进国外最先进 自动导引车 进技术的基础上， 研制了激光导向式自动导引车 ，先后承担了数十个 自动导引车 系统的设计、安装； 吉林工业大学为汽车装配线研制了视觉导向自动导引车等 ，使自动导引车技术得到迅速发展。 进入二十一世纪，昆船公司自主研发的自动导引 车系统及单机系统在国防科工委，云南省科技厅等相关单位的支持下，获得了巨大成功，其性能指标已达到国内先进水平，并可支持各种导引方式 [20]。 3. 自动导引车应用领域 随着科学技术的突飞猛进和经济的全球化，现代物流已应用于世界各国经济生活的各个领域，自动化物流系统已成为现代化工厂不可缺少的重要部分， 随着 仓储、运输、分拣、配送等的技术水平、自动化水平及系统化水平不断提高，应用前景也越来越宽广，自动化物流技术和成套设备的开发研制已经发展成了一个庞大的产业。 中等批量的生产车间里，零件在机床上的时间仅占生产时间的 5%，而 95%的时间消耗在原材料、工具、零件的搬运、等待上，据统计，搬运费用占总生产费用的 30%～ 40%。 自动导引车 是一种用电池供电、无人驾驶的工业货车，可以通过编程进行路径选择和定位，通常与其他自动化系统集成起来使用（如 CNC 机床、工业自动导引车），从而获得集成、柔性自动化的综合效益。 作为 物流的主要组成部分， 与传统的刚性输送系统相比，自动导引小车系统有以下几方面的优势： （ 1）采用自动导引车能够科学地组织作业流水线，并可以根据业务量等情况变化随时调整输送路线，比刚性输送系统具有更大的灵活性。 （ 2）灵巧的无人 驾驶地面搬运车取代了笨重的传送带、传送链等，无需在地面上设置复南京航空航天大学 硕士 学位论文 3 杂的钢结构，可大大改善现场的作业环境。 （ 3）具有投资少、运行费用低、经济效益高的特点。 （ 4）自动导引车是用计算机控制的自动化输送系统，使物流中心实现高度自动化的计算机管理成为可能。 （ 5）噪声小，无环境污染。 目前， 工业级 自动导引车在烟草、印钞、汽车、新闻纸等行业已有大规模应用，呈日益上升的势头，并突破传统行业，出现了一些新的技术和行业应用趋势，以下是其主要应用领域： （ 1） 仓储业 ： 仓储业是自动导引车最早的应用场所， 1954 年 ， 世界上首台自动 导引车在美国 South Carolina 州的 Mercury Motor Freight 公司仓库投入运营，用于实现出入库货物的自动搬运。 目前世界上约有 2 万台各种各样的自动导引车运行在 2100 座大大小小的仓库中。 海尔集团于 20xx 年投产运行立体仓库， 9 台自动导引车组成了一个柔性库内自动搬运系统，成功地完成每天 23400 件出入库货物和零部件的搬运任务。 （ 2） 制造业 ： 自动导引车在制造业的生产线上大显身手，高效、准确、灵活的完成物料的搬运任务 ， 并且可由多台自动导引车组成柔性物流搬运系统，托运路线可以随生产工艺流 程的调整而及时调整，使一条生产线可制造十几种产品，大大提高生产的柔性和企业的竞争力。 1974 年 ， 瑞典的 Volvo Kalmar 轿车装配厂为了提高运输系统的灵活性，轿车自动装配线采用自动导引车为载运工具，装配时间减少了 20%，装配故障减少了 39%，投资回收时间减少了 57%，劳动力减少了 5%。 目前，自动导引车在世界的主要汽车厂，如通用 、丰田、大众等的制造和装配线上得到了普遍应用。 近年来，作为 CIMS 的基础搬运工具，自动导引车的应用深入到机械加工、家电生产、微电子制造、卷烟等多个行业，生产加工领域成为自动导引车 应用最广泛的领域。 （ 3） 邮局、图书馆、港口码头、机场 ： 在邮局、图书馆、港口码头、机场等场合，物品的运送存在着作业变化 量 大、动态性强、作业流程经常调整以及搬运作业过程单一等特点，自动导引车的并行作业、自动化、智能化和柔性化 等 特性能够很好地满足上述场合的搬运要求。 瑞典于 1983 年在大斯德哥尔摩邮局，中国于 1990 年在 上海邮政枢纽开始使用自动导引车完成邮品的搬运工作。 在荷兰特丹港口， 50 辆称为 “yard tractors”的自动导引车完成从船边运送集装箱到几百码以外仓库这一重复性工作。 （ 4） 烟草、医药、食品、 化工 ： 对于搬运作业有清洁、安全、无排放污染等特殊要求的烟草、食品、化工等行业中，自动导引车的应用也受到重视。 在卷烟行业中，如青岛颐中集团、红塔集团、红河卷烟厂等，应用激光引导式自动导引车完成托盘货物的搬运工作。 （ 5） 危险场所和特种作业 ： 在军事上，以自动导引车自动驾驶为基础集成其他探测和拆卸设备，可用于战场排雷和阵地侦查，英国军方正在研制的 Minder Recce 是一辆具有地雷探测、基于 FMS 的自动导引车控制器设计与实现 4 销毁和航路验证能力的自动型侦查车。 在钢铁厂，自动导引车用于炉料运送，减轻工人的劳动强度。 在核电站和利用核辐射进行保鲜储存的场所 ，自动导引车用于物品的运送，避免了辐射危险。 在胶卷和胶片仓库，自动导引车可以在黑暗的环境中准确可靠的运送物料和半成品 [22]。 随着世界经济的发展，自动导引车技术日臻完美，可以预测，未来的几年，因为巨大的经济和社会效益，自动导引车的应用范围和形式会进一步拓宽扩大。 4. 自动导引车研究现状 客观地说，自动导引车系统的应用领域相当广阔，几乎只要有货物需要连续或重复运输的工厂、车间、仓库等都可以使用自动导引车系统。 而目前国内自动导引车系统应用与发达国家（欧美、日本）相比还存在巨大的差距，应用的局限性主要在于：国 内相当多的潜在用户对自动导引车系统不了解，不知道自动导引车是什么，能做什么，以及使用自动导引车有什么好处等。 就目前来说，进口自动导引车系统的价格比较昂贵，虽然现在国产自动导引车系统的价格比进口产品降低了很多，但在劳动力非常廉价的中国市场，很多中小企业仍然难以接受。 目前，一些发达国家对自动导引车的研究趋于单机智能化，即自动导引车系统无固定的行驶路径，在导引技术上，结合了地理信息系统（ GIS）及全球卫星定位系统（ GPS）技术，自动导引车能够对自己行驶区域的周围环境进行图像识别，实现智能行驶。 这是一种具有巨大潜 力的导引技术，但将其应用到自动导引车上还只停留在研究中，目前还未出现采用此类技术的实用型自动导引车。 但可以想象，图像识别技术与激光导引技术相结合将会为自动化工程提供意想不到的可能，如导引的精确性和可靠性，行驶的安全性，智能化的记忆识别等都将更加完美。 在控制技术上，自动导引车将更加智能化，柔性化，数字化，网络化和信息化。 自动导引车的控制模式将不再是单一的集中控制管理，而是将大多数管理功能直接下放到自动导引车车载控制系统，单机之间实现相互通信交流，其优越性具体表现在路径选择及交通管理方面，将现代控制理论（模糊 控制）与古典理论（图论、拓扑）有机地结合起来，可确保自动导引车系统的高效运行。 自动导引车的导引方式 最早期的自动导引车是铺轨式的，车体在预设的铁轨上行驶，利用通信设备控制它的行驶或停止，并没有涉及到传感器。 随着传感器技术的飞速发展，各种各样的传感器被使用在自动导引车中，自动导引车利用传感器感知周围事物的信息，控制机车的运动，从而实现真正意义上的自动导引。 按照导引原理的不同，分为外导式和自导式两大类型。 1. 自动导引车固定路径导引 外导式（固定路径导引）：是指在运行路线上设置导向信息媒介，如导线、 色带等，由于车上的导向传感器检测接收到导向信息（如频率、磁场强度、光强度等），再将此信息经实时处理后用以控制车辆沿运行线路正确地运行，如电磁导引、光学导引、磁带导引等。 南京航空航天大学 硕士 学位论文。