AGV交互移动机器人设计与制造

作者:未知

  摘要:随着国际工业4.0及智能制造的大趋势形成,AGV行业如雨后春笋般迅速发展。伴着全面建设应用技术型高校的号召,基于工业AGV机器人设计并研发了一款应用于大学实验室的AGV小车。该小车集差速转向,开源程序编译系统等拥有实际教学应用的模块于一体。在便于实验室实际应用的同时满足高校学生的学习需求。
  关键词:AGV;工业4.0;差速驱动;开源程序编译
  AGV搬运机器人是近代自动控制领域出现的一项高新技术,涉及到了力学,机械学,电器液压气压技术,自动控制技术,传感器技术,单片机技术和计算机技术等学科领域,已成为现代机械制造生产体系中的一项重要组成部分。AGV搬运机器人目前仅应用于世界上规模较大的生产企业,且由企业自主定制研发,形成了一套适用于母体企业的定制化设备,并不能适用于其他生产企业的实况。在我国高等教育的实验室中并无实体设备的应用教学,不利于国家应用型技术人才的培养。由于企业中设备的工业性与学校场地的局限性,高校学生对此技术仅停留在理论上。
  一、设计任务
  该项目是基于AGV技术,设计的一种应用于实训车间的AGV交互移动机器人。其主要功能是实现车间内各生产加工区坯料的智能传递,并将成品工件运送至指定区域。如在加工中心加工区与数控车加工区之间设置特殊地标导航,由AGV搬运机器人自动将工件按照要求运输至指定待加工区,实现机床与机床之间的交互式加工。该AGV搬运机器人的设计实现了对企业生产型设备教学化的制作。AGV交互移动机器人涵盖了大多数企业的 AGV搬运机器人的基本功能,且具有较高教学价值。有利于响应国家重点培养应用型技术人才的号召,丰富高校学生的校内实践课程。此外AGV交互移动机器人的控制系统设计为开源系统,这样能够使学生通过个人或者团队进行控制程序编写,并在实验室中开展运行调试。该设计完成了基于现代工业柔性制造及社会生产具体运输需求。针对不同运输路线拟定相应运输方案并完成具体运输任务AGV交互移动机器人。首先从功能上能够满足人类对装卸对象的基本运输;其次AGV交互移动机器人能针对不同复杂实况进行判断,具有检障避障功能。
  二、AGV交互移动机器人的设计
  (一)控制系統设计
  1.信息采集模块:AGV小车选用磁敏传感器进行实况轨迹信息的采集,需要在实验室地面铺设特定的磁条,小车在运行过程中将采集到的信息传输给控制模块进行处理,从而以此信息来判断当前AGV小车的行车路径变化趋势和转角信息。
  2.检障避障模块:选用红外传感器,通过安全距离的设置对小车行进轨迹上的障碍物进行自动检测。当设定轨迹安全距离内有异物时,红外传感器将检障信息传给控制模块,进行停车报警动作,从而达到自动检障避障效果。
  3.核心控制模块:该AGV小车选用51单片机作为控制系统的核心部分。单片机作为最小的计算机系统,通过控制程序可将磁敏传感器和红外传感器接收到的信息数据进行处理,从而通过电机驱动器控制小车行进及转向电机按特定要求运动,有效控制AGV运输小车的行进方向。
  4.驱动模块:该模块包括两个驱动电机,当接收到控制模块发出的命令后执行相应的操作,同时驱动电机上增设有信息采集模块,可将采集到电机的实时状态信息反馈给控制模块,从而使整个系统能够形成一个闭环控制系统。
  5.电源模块:选用直流24V锂电池作为AGV小车的整车能量来源,为小车提供动力来源。
  (二)机械结构设计
  AGV交互移动机器人主要应用于校内实验室,在满足实验室应用的同时与实际生产接轨,满足学生对社会实践能力学习的需求。AGV小车基于工业AGV为原型,结合设计任务需求进行改进。为在减轻整车重量的同时满足预设强度要求,AGV小车车架采用铝型材进行搭建。采用差速转向结构来实现小车的循迹转向动作,通过改变PWM 模块内部寄存器数值可以得到不同占空比的方波信号,实现电机的调节与控制。例如当小车欲向左转向时右侧车轮速度大于左侧车轮速度,形成速度差实现小车左转弯动作。转弯缓急可由左右两轮速度差大小来变向调节。将双电机驱动差速结构置于车体中间位置,在实现导向寻迹功能的同时尽可能的节省空间。此外辅以前后全向轮设计提高车身稳定性的同时方便转向动作的顺利完成。
  (三)控制程序设计
  AGV交互移动机器人主要承担校内实验室的物料搬运任务,以我院现代制造技术实验室为例,实验室可分为加工中心、数控车和线切割三个加工区,并设置有CAD/CAM区、成品区和毛坯区,规定各工位分别为站点A,B,C,D等。通过控制地面磁条面积来改变采集到的轨迹信息,从而在编译的控制程序中给定不同磁感面积分别为不同工位,完成各工位之间的搬运任务。
  (四)整车参数及使用环境要求
  AGV交互移动机器人的规格大小为450mm×300mm;最大载重量20kg。选用磁条导引方式,不可用于有较大磁场干扰场所。小车底盘离地高度为30mm,不适用于场地坡度大于15°以上的场所。
  三、结语
  本项目设计的AGV交互移动机器人,它是以单片机为控制核心、24伏锂电池为动力电源、磁敏传感器和红外传感器为信息交换桥梁,可实现循迹导向,检障避障,定点停车,传递工件的功能,基本满足高校实验室的使用要求。但AGV仍有较高的研究价值,在高校教学这块仍有很大欠缺。本设计开源系统的制作在满足实际应用的同时丰富了高校学生的实践课程。对建设应用型技术高校有较大意义。
  参考文献:
  [1]刘波峰.传感器与检测技术[M].西安:西安交通大学出版社,2015
  [2]周长武.AGV小车的设计与教学应用研究[J].教育研究,2019/第一期:68-69
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