智能搬运车控制与设计文献综述

 2021-09-25 20:37:04

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智能搬运车研究的背景和目的:运货是各个行业不可或缺的过程,人工运货随着经济的快速发展,不能完全满足市场的需求。世界上许多国家都在积极进行智能车辆的研究和开发设计。移动机器人是机器人学中的一个重要分支,出现于20世纪60年代。当时斯坦福研究院的NilsNilssen和charlesRosen等人,在1966年至1972年中研制出了取名shakey的自主式移动机器人,目的是将人工智能技术应用在复杂环境下,完成机器人系统的自主推理、规划和控制。从此,移动机器人从无到有,数量不断增多,智能车辆作为移动机器人的一个重要分支也得到越来越多的关注。智能搬运车可以安装不同的末端以完成各种不同形状和状态的工件搬运工作,可以广泛应用于机床上下料,冲压机自动化生产线,自动装配流水线,码垛搬运,集装箱等的自动搬运,大大减轻了人类繁重的体力劳动,具有广阔的市场前景。

我国搬运车发展历史较晚。在上世纪50年代,企业搬运活动主要使用落后的人工搬运,费时费力,效率低下。随着战后经济的复苏,科技文化的发展,企业逐渐将高效率作为生产的主题之一。于是政府和企业都认识到了物流对发展的重要性,高效搬运被单独提了出来,搬运物流业从人工搬运转向了机械化搬运。近30年来我国经济发展较快,对搬运车提出了更高的要求,特别是自从电子商务物流的快速发展,让第三方物流行业已经第四方物流行业得到了快速的发展,对搬运车设备提出了更高的要求,在过去的几年中,我国搬运车需求均呈现两位数增长,发展势头良好。国家已经将物流产业加入十大振兴产业规划当中,足见物流在提高社会效益方面的巨大作用。搬运车作用作为物流搬运中的主力军,其作用不容忽视。搬运车的价值正日益凸显,搬运车主要功能是完成搬运物流活动。 搬运车正在向第四代发展,第四代搬运车发展是以自动无人搬运车为代表的,简称AGVS,AGVS预计在本世纪50年代将得到大范围的应用,是当今柔性制造系统(FMS)和自动化仓储系统中物流运输的有效手段,现代的AGV是由计算机控制,多数的AGVS配有系统集中控制与管理计算机,用于对AGV的作业过程进行优化,发出搬运指令,跟踪传送中的构件以及控制AGV的路线,无人搬运车的引导方式主要有电磁感应引导、激光引导和磁铁陀螺引导等方式,可以给无人搬运车编程序输入引导搬运车完成搬运工作,是一种智能化比较高的搬运车。

伴随我国企业和政府对物流的进一步重视,以及经济全球化进程的进一步加快,我国搬运车发展前景非常的好,未来将在一段时间内呈现2到3位数的增长速度成长。自动导引车系统的发展有50多年的历史。迄今为止,其各项技术不断得到改进,性能不断提高。导引技术从最初的电磁导引,到光学磁带识别,再到激光反射测角定位,不断进步,提高了自动导引车行程路径的柔性化以及定位的精度。针对不同的应用需求,出现了各种不同的移载技术,比如推挽式、牵引式、前叉式和后叉式等。相应的驱动技术和电池技术也发展很快。车载计算机的硬软件功能的不断升级使得自动导引车控制系统的智能化程度不断提高。现在的自动导引车可以实现自动导引,自动行驶,优化路线,自动作业,交通管理,车辆调度,安全避碰,自动充电以及自动诊断等操作,甚至可以从网络、无线或红外线接收客户指令。由于自动导引系统的定制化特点,模块化和标准化的设计开发也在不断推广和实施。因此,自动导引车系统的性能从智能化、信息化、柔性化、敏捷化、节能化和绿色化等方面不断提高。

物料的装卸搬运是物流过程中发生频率高,耗用时间长,所需费用大的作业活动。为了降低成本并提高效率,自动搬运技术的实施势在必行,因此受到越来越多的关注。在众多的搬运技术中,因为自动导引车的优越性,使其成为实现物料自动搬运的最佳解决方案。自动导引车系统可以应用在多个领域,典型的应用是在装配线、仓储和拣选系统以及柔性生产系统中,对企业提高生产效率、降低成本、提高产品质量、提高企业的生产管理水平起到了显著的作用。

随着现代化工业的迅猛发展,已有越来越多的生产企业将目光聚焦到生产成本的降低上,以期提高市场竞争力。对于生产企业而言,其加工、转运、流通等各个环节都离不开搬运操作。因此,搬运工作的高效与否将直接影响企业的生产效率,进而影响生产成本。传统搬运方式一般采用人工及半人工搬运方式,这种方法通常会造成人员设备投资高、利用率低下。因此需要设计一种能够实现自动寻迹、自动搬运货物的搬运车,从而对传统搬运方式的智能化和现代化程度进行改善和提升,进而实现降低生产成本的目的。目前,在理论上能实现搬运车自动寻迹的导引方式有很多,例如:电磁感应导引、超声波导引、激光导引、惯性导引以及视觉导引等。这些导引方式虽然都能较准确的完成搬运车的自动寻迹,但其辅助设备多,控制系统相对复杂,且成本较高。针对物流或物流自动化分拣系统,可以设计一种实现自动寻迹、自动转弯、加速、减速、避障、报警以及与上位机通讯等功能的自动搬运车。结合现代控制理论及方法,设计简单,寻迹准确、成本低、实用性强,制造方便。

此外还有一种可自动寻迹、承载能力强的太阳能智能小车。该车采用单晶硅光伏电池作为动力,以MC9S12XS128单片机为整个控制系统的核心,负责处理电机驱动、舵机控制、速度检测、图像采集等各个模块的信息,驱动部分选用直流减速电机,增强了系统的承载能力。还有一种设计主要以STC89C52单片机为控制核心,通过红外传感器利用红外探测法实现小车的自主寻迹避障功能,并且利用多路红外发射器和一体化红外接收头实现小车的红外遥控功能,使小车不但具备自主寻迹避障功能,也能够进行人工控制,使小车的功能得到进一步的完善。详细介绍该智能小车的控制模块、避障模块、寻迹模块、红外接收模块、电机驱动模块。给出各功能实现的程序设计流程图,并进行寻迹、避障、红外遥控及相关实验,通过实验发现基于STC89C52单片机的智能小车系统结构简单,性价比高,易于推广和移植,具有广阔的应用前景。

还可以采用STC89C52单片机作为小车的控制核心;采用TCRT5000红外反射式开关传感器作为小车的循迹模块来识别白色路面中央的黑色引导线,采集信号并将信号转换为能被单片机识别的数字信号;采用驱动芯片L298N构成双H桥控制直流电机,其中软件系统采用C程序,设计电路结构简单,容易实现,可靠性高。基于单片机的智能循迹小车的控制过程,智能循迹是基于自动引导机器人系统,用以实现小车自动识别路线,以及选择正确的路线。智能循迹小车是一个运用传感器、单片机、电机驱动及自动控制等技术来实现按照预先设定的模式下,不受人为管理时能够自动实现循迹导航的高新科技。该技术已经应用于无人驾驶机动车,无人工厂,仓库,服务机器人等多种领域。

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