AGV智能车机械结构及PLC控制系统设计
摘要：AGV智能车是无人驾驶的自动导引小车，小车的控制系统是能让小车沿着预先在地面上黏贴的磁条完成导引工作、识别路径、障碍物检测等功能。小车内部的传感器把信号发送给控制系统，送到PLC内部，再通过PLC所编写的程序使小车内部的电机完成正转或反转，小车就可以进行前进、后退、转向等动作。目前好多公司采用单片机来控制小车。当工厂需要根据工作的环境而改变AGV小车的需求时，小车想要进行完善和改变就变得很不方便，基本上想要修改就需要换点部分硬件。所以，综上可得，考虑小车的通用性高、性价比高、接口简单、编程简单等方面的优点，PLC就可以作为更好的选择。
经过一系列的调试，本文所介绍的AGV智能车能够准确又平稳地在预设的路径和反射带上行驶，具有良好的平稳性和准确性;小车的前进、后退、转弯、避障等方面都能较好的实现。在测试过程中，对于障碍物的检测和躲避功能能够正常实现。使用PLC进行对小车控制系统的设计优点在于可以根据任务的改变和工厂不同的需求进行相应的改变，从而满足各种需求。
关键词：磁导引，AGV，控制系统，PLC
Design of AGV Intelligent Vehicle System Based on PLC
Abstract：The central control system of AGV smart car is to enable the car to follow the reflective belt laid on the ground in advance and stick to the landmark on the ground to complete the tracking movement, landmark identification.The speedcontrol of the two-wheel motor of the car's motion unit is completed according to the required pre-programmed procedures, so as to realize the start and stop of the car. Tracking, derailment control. Moreover, when the factory needs to change the requirements of AGV car according to the working environment, Basically, Therefore, in summary, considering the advantages of high versatility, PLC will be a better choice.
After a series of debugging, the AGV intelligent vehicle introduced in this paper can run accurately and smoothly on the preset path and reflection belt, and has good stability and accuracy. The functions of acceleration, deceleration, turning, bifurcation, obstacle avoidance and acoustooptic control of the trolley can be well realized. During the experiment, In the process of testing, the function of obstacle detection and avoidance can be realized normally. The control system of AGV intelligent vehicle designed in this paper has the advantage that it can be changed according to the different needs of the factory, so as to meet various needs. Basically realized the initial design requirements and achieved the desired results.
Key words: magnetic guidance, AGV, control system, PLC
目录
第一章 绪论 1
1.1 课题的意义及来源 1
1.2 国内外AGV智能车的发展概括 1
1.2.1 国外AGV智能车的发展历程和现状 2
1.2.2 国内AGV智能车的发展历程和现状 2
1.3 本课程主要设计内容 2
第二章 总体方案设计 3
2.1 AGV智能车系统的组成 3
2.2 控制系统设计 4
2.3 小车导引方式选择 4
2.4 驱动方案的制定 5
2.5 供电系统设计 7
2.6 避障方式设计 7
第三章 AGV智能车的机械系统设计 7
3.1 车架主体结构 8
3.2 安全保护装置 9
3.3 轴的设计 9
3.4 齿轮的设计和选取 10
第四章 AGV智能车控制系统设计 11
4.1 硬件系统设计 11
4.1.1 控制系统硬件结构框图 12
4.1.2 元器件的选型 12
4.1.2.1 PLC型号的选取 12
4.1.2.2 磁带导引条的选取 13
4.1.2.3 磁导航传感器的选取 14
4.1.2.4 电池的选取 16
4.1.3 步进电机接线图设计 16
4.1.4 外部接线图设计 17
4.1.5 元器件清单 18
4.2 软件系统设计 18
4.2.1 I/O地址分配 19
4.2.2 控制系统流程图 19
4.2.3 梯形图 21
第五章 系统调试 26
5.1 小车检测障碍物调试 26
5.2 小车寻线启动调试 27
第六章 总结与展望 27
致谢 28
参考文献 28
毕业设计附录 29
第一章 绪论
1.1 课题的意义及来源
AGV小车又称为自动导引小车，它是由蓄电池提供动力的自动化小车[1]，且在小车的前端装有导引装置，它可以保证无人驾驶的情况下沿着预设的路径进行自动行驶。它可以自动沿着轨道行驶、障碍物检测、安全保护等其他功能，并且能在监控下，按照接收到的命令能沿着预先铺设的磁条通过磁导引传感器检测自动行驶，然后到达目的地[2]。AGV的最大的特点是使用方便，应用范围广自动化水平很高，AGV小车的行驶路径可以根据工作环境的改变而灵活改变，并且改变行驶路径相较于传统的输送带相比性价比要高很多运行起来也方便快捷很多。AGV的动力来自于蓄电池，并且行进中几乎没有噪声和污染。可以在很多场合投入使用。
随着AGV技术的不断发展，很多AGV新产品很快就开发出来了。自动化生产效率有很大的提高。出于目前社会对于现代化生产的逐渐重视，因此也广泛提高对AGV设计和应用，AGV小车的使用和发展即将飞速发展。这不仅是AGV在社会上的广泛应用和需求，更主要是AGV的应用范围广和自身的优越性所决定的。
在许多应用AGV小车进行运输的生产线中，AGV小车能快速、准确的实现对货物的搬运工作。并且可以好多台小车配合起来搬运，形成一个智能化流水线，可以减轻许多工人的压力。可以根据工厂对搬运的要求而随时改变小车的搬运路线，大大提高了生产的效率和企业的竞争力。目前，许多世界上知名的汽车厂家都普遍使用AGV小车作为生产流水线，如国外知名的汽车公司等广泛的应用了AGV技术。
目前AGV小车的研究技术越来越成熟，已经在很多场合广泛的使用，如自动仓库、医疗、运输等行业。AGV小车在很多方面都广泛的应用了。比如，在工业生产线上，他可以在恶劣的环境下代替人类完成货物的搬运、检查设备等任务；在战场上，可以代替人类在危险的地方侦察等任务；在生活中，可以引导盲人们走路。现阶段智能小车有很大的发展潜力。
1.2 国内外AGV智能车的发展概括
1.2.1 国外AGV智能车的发展历程和现状
20世纪50年代，第一台AGV小车在美国的Basrrett公司开发出来了，它是一种牵引式小车系统，小车是跟着一条钢丝索行进的，可以与其他物流系统自动连接，大大地提高劳动生产率，实现了自动化。世界上第一台电磁感应导向的AGV于1954年在英国被开发出来了，然后小车迅速得到了应用和推广，正是因为小车的显著的特点。
在80年代初期，欧洲的AGV小车技术转移到了美国。美国的公司在欧洲公司原先的技术上进行了改进。他们采用计算机控制系统，用这种方式控制比原先的控制更为先进，使得操作性更强，续航能力强。此时，美国生产AGV的厂家迅速增加，随后美国通用汽车公司开发了一个柔性装配系统，之后通用公司就成了AGV小车的最大厂家。
90年代以来，大多公司开始研制更高水平的传感器，自动导引AGV小车技术就快速发展起来了。目前随着时代的发展，自动化技术也在飞速地发展着，AGV技术也在迅速的提高，制造AGV的厂家也越来越多。AGV的市场正向二极化方向发展，一个是向高档市场发展，其自动化技术更高；另一个是向物流、车间等以人为接点的低档市场发展。
1.2.2 国内AGV智能车的发展历程和现状
我国发展AGV小车的历史比较短，但一直都在不断地在往这方面发展，为了增快我国发展AGV技术的速度及提高技术。经过我国工程师们不断地探索和研究，终于取得了一些显著的成效，北京起重运输机械研究所、清华大学、中国科学院沈阳自动化所、国防科技大学和华东工学院等高等院校都在进行研制不同类型的AGV小车并逐渐尝试着进行小批量的生产。 在国内AGV的主要技术来源一般是两种：一种是学习国外先进技术，寻找自身技术的不足进行改善；另一种是自己慢慢探索和研究。随着AGV技术的飞速发展，两种技术水平没有多大差别。国内的AGV技术已经迅速地发展起来了。目前已有越来越多的合作伙伴。
最近几年，哈工大研制出能无缆行走、自动避障等功能的轮式智能机器人，这也是AGV技术的应用。目前，我国越来越多的工厂采用AGV技术作为自动化仓库、汽车装配等领域。我国AGV的应用和市场正变得越来越大。
1.3 本课程主要设计内容
本课程的研究设计主要包括以下几个章节：
第一章：所选课题的意义及国内外AGV小车的发展和现状。
第二章：AGV小车系统主要有哪几个部分组成。
第三章：AGV小车的机械结构及如何设计和选取。
第四章：AGV小车的硬件设计和软件设计。
第五章：进行控制系统调试
第六章：总结与展望
参考文献
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[2] 黄杰.基于模糊控制的智能车辆设计[J].中国科技信息，2010年20期.
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[4] 陈刚.机电一体化技术.清华大学出版社，2010年3月.
[5] 廖常初.PLC编程及应用.机械工业出版社，2008年1月
[6] 吴黎明.数字控制技术.科学出版社，2009年1月.
[7] 李翰霖等.智能小车研究与设计[J].科技致富向导，2011年26期.
[8] 刘南平.电子产品设计与实践[J].科学出版社，2008.
[9] 张国亚.自动导引小车的设计与实现[D].武汉科技大学，2008.
[10] 宋小春.郭武强.西门子S7-200+PLC技术与应用.人民邮电出版社，2007
毕业设计附录
1.车架结构图
2.锥齿轮结构图
3.主电路图
4.外部接线图
5.控制系统流程图
6.PLC程序梯形图
7.任务书
8.开题报告
9.中期检查表
