盆栽用机器人设计综述
摘要：随着自动化技术的发展,自动引导小车（ AGV）逐渐被应用到农业自动化领域中。它是一种装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护的无人驾驶自动搬运车辆。针对栽培区中盆栽需频繁搬运的问题，本课题需要以自动导引小车 AGV系统为核心设计一套盆栽高通量输送系统。本论文在查阅中外文相关资料的基础上，综述了国内外AGV系统技术的发展应用以及开发研制现状，系统地分析了AGV的特点。按照课题中对 AGV小车的实际需求，本文主要综合运用电机控制方式、磁感应技术研究设计搬运AGV小车，并对其涉及的关键技术进行研究。
关键字：AGV小车 搬运 电机控制 磁感应技术
1 选题的目的及意义
本课题研究的是一种用于农业中农作物自动盆栽的装置，即移动式盆栽机器人。
当今社会，由于经济全球化，世界的经济迅速的发展，各国对农业现代化的要求也愈来愈高。在农业生产日常管理中，大规模的农作物栽种、播种等作业需要大量的人力和时间，增加了工作人元的劳动强度，有时会出现栽种密集和稀疏等等现象，一定程度降低了生产量。目前农业智能AGV车辆的研究已经非常普及，可以找到很多在农业循环和绿色空间环境上的应用，比如修剪草坪，耕作以及播种等等。[13] AGV是一种以充电电池为动力，自动引导的无人驾驶自动化物料搬运设备，他具有无人操作、自动化、安全可靠、灵活稳定、便于施工多和维护等多优点。在AGV管理调度系统的管理和监控下，AGV车辆依照作业任务的要求，选择所规划的最优路径，精确行走并停靠到指定地点，完成一系列的作业任务，如取货、卸货、自动充电等。AGV 的设计与研究涉及到机械电子、机械设计、控制技术、电子技术和无线传输技术等多个学科，是集光、机电、信息和计算机等一体的高科技产品。[6]现今，科技越来越进步，人们的创新能力越来越强，AGV 的研究与应用也有了更大的平台与发展空间。农业智能AGV系统和作物生长环境远程监测系统利用机器人专用执行机构、视觉系统及多功能末端执行机构对植株生长微环境信息（光合作用、 叶面温度、水分含量、 植株生长状态、 根部温度和电导率等）进行巡视和检测，以获取植株生长状态，为构建植物生长智能专家系统提供支撑。基于知识决策的作物生长专家系统为实现温室作物的高品质高产量提供决策辅助基础。[2]AGV小车是整个机器人系统的运输载体，并根据实际需要，在车上搭载了专用农业检测装置和智能灵巧终端，针对农业环境的特殊性，进行特定的路径移动。[12]因此本课题基于前任研究的基础上，借鉴国内外成功经验，重点解决了盆栽用AGV的机械结构设计，不仅推动了AGV在现代化农业中的发展，而且对于完善农业智能AGV系统具有一定的意义。另外，本课题设计对于设计出适应当前市场需求、低价位的、可靠性更高、更良好的柔性、可维护性更好的AGV具有非常重要的现实意义。
2 国内外同类研究现状
AGV是上世界50年代发展起来的智能搬运机器人，成为现代工业自动化物流系统中的关键设备。自从美国福特汽车公司在1913年使用有轨底盘装配车，[6]以及英国在1954年采用地下埋线电磁感应导向车以来，到九十年年代全世界已经拥有10台以上AGV。近年来，AGV在自动化运输中已经起着无可替代的重要作用，凭借其施工简单、路径灵活、不占用空间、较好的移动性、柔性等优点深受自动化运输的青睐，智能移动AGV，也逐渐在航空、航天、军事、农业领域中使用。
世界上第一台AGV是美国Barrett Electric公司1953年成功研发的，它是由一辆牵引式拖拉机改造而成的。[3]1955年，美国首次把AGV系统用于实用的生产线上。1959年，美国首次把AGV用于自动化仓库中。直到60年代和70年代初，AGV仍然使用埋线电磁感应方式导引。
欧洲的AGV技术始于80年代初，通过美国的欧洲公司以许可证与合资经营的方式转移到美国。都1984年以后，通用汽车便成为AGV的最大用户，1986年已经达到1409台，1987年又新增1662台。美国各公司在欧洲技术的基础上将AGV发展到更为先进的水平。他们采用更先进的计算机控制系统，运输量更大，移载时间更短，具有在线充电功能，以便24小时运行。日本的第一家AGV工厂于1966年由一家设备运输设备供应厂与美国公司合资开设。到1988年，日本AGV制造厂已达到20多家。九十年代以来，AGV在农业上的应用越来越多，比如割草机在1990年只有一直在发展，直到近年来利用AGV修剪草坪、种植、播种，机器代替了许多人力工作。
我国AGV研究同世界主要机器人大国相比较，尽管我国在AGV系统的研究起步比较晚，但发展却是很迅速。国内AGV的技术来源主要有两种：一种是直接引进国外先进技术和产品消化吸收；一是自主研发。在直接引进国外先进技术与产品方面：1980年上海石化总厂为涤纶长丝作业车间内从日本大福公司引进了国内外国技术平台第一套AGV系统。其后引进厂商逐步增多，AGV系统规模不断扩大，目前不完全统计单系统含有车数最多的是1996年玉溪卷烟厂引进的韩国三星电磁引导AGV系统，共含有52台。在自主研发方面：1976年，北京起重研究所研制了第一台AGV系统。随后截止到目前主要成果有清华大学的智能移动机器人THMR-III和THMR-V型机器人；中科院沈阳自动化所的AGV自主车；香港城市大学的自动导航及服务机器人；中科院自动化所得全方位移动式机器人视觉导航系统等。机科股份公司作为AGV技术研发的领导者之一，在2001年到2006年，通过引进、消化和吸收，开发了NDC公司进口核心技术平台之上激光导航AGV系列产品系统；2007年到2010年，采用国外的通用PLC控制器作为车载控制器平台，开发了全套自主知识产权的磁点导航技术AGV平台；2011年到2017年将进一步开发适用于不同行业的经济型搬运移动机器人AGV系列产品，在农业自动化领域，使智能机器人进行农业生产的采摘、除草、种植、清洁等，充分发挥智能移动机器人的功能，可以积极推动农业的进步与发展。[9]在国家重点实验室，我们将智能AGV应用于温室盆栽植物的自动输送，实现了盆栽植物的高效输送作业，促进了农业机械化、自动化的快速发展。
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