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智能循跡澆水小車論-文庫吧

2024-12-24 08:32 本頁面


【正文】 多學科為一體的性尖端技術(shù)。循跡小車共歷了三代技術(shù)創(chuàng)新變革: 第一代循跡小車是可編程的示教再現(xiàn)型,不裝載任何傳感器,只是采用簡單的開關(guān)控制,通過編程來設(shè)置循跡小車的路徑與運動參數(shù),在工作過程中,不能根據(jù)環(huán)境的變化而改變自身的運動軌跡。 支持離線編程的第二代循跡小車具有一定感知和適應(yīng)環(huán)境的能力,這類循跡小車裝有簡單的傳感器,可以感覺到自身的的運動位置,速度等其他物理量,電路是一個閉環(huán)反饋的控制系統(tǒng),能適應(yīng)一定的外部環(huán)境變化。 第三代循跡小車是智能的,目前在研究和發(fā)展階段,以多種外部傳感器構(gòu)成感官系統(tǒng),通過 采集外部的環(huán)境信息,精確地描述外部環(huán)境的變化。智能循跡小車,能獨立完成任務(wù),有其自身的知識基礎(chǔ),多信息處理系統(tǒng),在結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化的工作環(huán)境中,根據(jù)環(huán)境變化作出決策,有一定的適應(yīng)能力,自我學習能力和自我組織的能力。為了讓循跡小車能獨立工作,一方面應(yīng)具有較高的智慧和更廣泛的應(yīng)用,研究各種新機傳感器,另一方面,也掌握多個多類傳感器信息融合的技術(shù),這樣循跡小車可以更準確,更全面的獲得所處環(huán)境的信息 [1]。 德州職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計論文 5 智能循跡分類 AGV 從發(fā)明至今已經(jīng)有 50 多年的歷史,隨著應(yīng)用領(lǐng)域范圍的不斷擴大,其種類和形式也 變得更加多樣化。一般根據(jù)行駛的導航方式將 智能循跡小車 分為以下幾種類型: (1)電磁感應(yīng)式 電磁感應(yīng)式引導一般在地面上,沿預(yù)定路徑埋電線,當高頻電流通過導線,電線周圍產(chǎn)生電磁場流動, AGV 小車上安裝兩個對稱的電磁感應(yīng)傳感器,他們收到的電磁信號差異可以反映的 AGV 偏離程度路徑的程度。 AGV 自動化控制系統(tǒng),基于這種偏差值,以控制車輛的轉(zhuǎn)向,連續(xù)的動態(tài)的閉環(huán)控制設(shè)置能夠保證 AGV 對設(shè)定路徑的穩(wěn)定自動跟蹤。在目前商業(yè)用途的 AGV 中,特別是大型和中型小車,絕大多數(shù)都采用電磁感應(yīng)導航。 (2)激光式 安裝有可旋轉(zhuǎn)的激 光掃描器的 AGV,可安裝在墻壁或有高反射激光定位標志的支柱上或者路徑上運行, AGV 依靠激光掃描器發(fā)射激光束,然后接收由四周定位標志反射回的激光束,車載計算機,計算出當前車輛的位置和運動方向,通過內(nèi)置的數(shù)字地圖和校準位置相比,以實現(xiàn)自動處理。目前,這種 AGV 類型的應(yīng)用比較廣泛?;谕瑯拥脑恚绻す鈷呙鑳x被紅外線發(fā)射器,或超聲波發(fā)射取代,激光制導的 AGV 小車可以轉(zhuǎn)變?yōu)榧t外引導和超聲引導的 AGV。 (3)視覺式 視覺引導式 AGV 是的迅速發(fā)展和比較成熟的 AGV,這種 AGV 配備 CCD 攝像機,傳感器和車載電腦,在車 載計算機中設(shè)置有 AGV 欲行駛路徑周圍環(huán)境圖像數(shù)庫。在AGV 的行駛過程中,相機得到的圖像與圖像數(shù)據(jù)庫進行比較,以確定當前位置和車輛周圍的圖像信息并對駕駛下一步作出決定。這種 AGV 小車并不需要設(shè)置任何的人工物理路徑,所以在理論上具有靈活性,在計算機圖像采集,存儲和處理技術(shù)飛速發(fā)展的今天,這種類型的 AGV 實用性越來越強。此外,還有鐵磁陀螺慣性引導式 AGV、光學引導式 AGV 等多種形式的 AGV[2]。 智能循跡小車的應(yīng)用 智能循跡小車發(fā)展歷史及主要應(yīng)用場所 如下 : (1)倉儲業(yè) 1954 年,來自美國南卡羅 來納州的 Mercury Motor Freight 公司成為第一批把 AGV智能循跡澆水小車 6 小車的應(yīng)用到倉庫的使用者,來實現(xiàn)出入庫貨物的自動處理。至今世界上有超過 2100個廠家把大約 2 萬臺大型或小型的 AGV 小車應(yīng)用到自己的倉庫中。中國的海爾集團在2022 年把 9 臺 AGV 小車投產(chǎn)到了自己的倉庫區(qū),形成一個靈活的 AGV 自動數(shù)據(jù)庫處理系統(tǒng),輕松地完成了每天至少 33500 的儲存和裝卸貨物的任務(wù)。 (2)制造業(yè) 在制造業(yè)的的生產(chǎn)線中 AGV 小車大顯身手,快速,精確,靈活的完成材料的運送任務(wù)。由多臺 AGV 小車組成的物流運輸處理系統(tǒng),較人工搬運 系統(tǒng)來說更靈活,運輸路線可以根據(jù)生產(chǎn)過程及時調(diào)整,使一條生產(chǎn)線,生產(chǎn)十幾個產(chǎn)品,大大提高了生產(chǎn)的靈活性,企業(yè)的競爭力。在 1974 年瑞典的沃爾沃卡爾馬的汽車組裝廠,提高了運輸系統(tǒng)的靈活性,使用以 AGV 小車為載運工具的裝配線,采用該裝配線后,減少了 20%裝配時間、減少了 39%組裝錯誤,減少了 57%投資資金回收時間以及減少了 5%的員工費用。目前,在世界主要的汽車生產(chǎn)廠家,如通用、豐田、克萊斯勒、大眾 AGV 小車已被廣泛應(yīng)用。近年來,作為 CIMS(Computer Integrated Manufacturing Systems,直譯為基于計算機的現(xiàn)代集成制造系統(tǒng) )的基礎(chǔ)搬運工具, AGV 已經(jīng)深入到機械加工,家電制造,微電子制造,煙草等行業(yè),生產(chǎn)業(yè)和加工業(yè)已成為 AGV 小車使用最廣泛的領(lǐng)域。 (3)郵局、圖書館、港口碼頭和機場 在郵局,圖書館,碼頭和機場候機樓等人口密集的公眾場所,存在著大量的物品的運送工作,充滿不定性和動態(tài)性強的特點,搬運過程往往也很單一。 AGV 有著可并行工作 、 自動化 、 智能化和處理靈活的特點,可以很好的滿足這些場合的運輸要求。 1983年瑞典的 大斯得哥爾摩郵局 , 1988 年日本東京的多摩郵局 , 1990 年中國上 海的 郵政相繼 開始使用 AGV 小車來完成郵品的搬運工作。在荷蘭的鹿特丹港口, 50 輛被稱為 “院子里的拖拉機 ”的 AGV 小車每天都在把集裝箱 從船邊運送到幾百米以外的倉庫中。 (4)煙草、醫(yī)藥、化工、食品 對于處理一些需要在清潔、安全、無排放污染等其他特殊環(huán)境要求的產(chǎn)品生產(chǎn)如煙草、制藥、食品、化工等產(chǎn)品時應(yīng)考慮 AGV 小車的應(yīng)用。在全國許多卷煙企業(yè),如青島頤中集團、玉溪紅塔集團、紅河卷煙廠、淮陰卷煙廠, 應(yīng)用激光引導式 AGV 完成托盤貨物的搬運工作。 (5)危險場所和特種行業(yè) 在軍事方面,以 AGV 小車為基礎(chǔ)有著自動駕駛和檢測 功能的設(shè)備,可用于戰(zhàn)場偵察和掃雷,英國軍方正在開發(fā) MINDER 偵察系統(tǒng),這是一種具有地雷探測 、 銷毀和路德州職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計論文 7 線驗證能力自動型偵察車。在鋼鐵廠, AGV 小車負責爐料運輸,大大降低了工人們的勞動強度。在核電廠的核儲存地點使用 AGV 小車,以避免輻射的危險。 AGV 小車可在黑暗環(huán)境中,準確 、 可靠的運輸物料 [3]。 智能循跡小車研究中的關(guān)鍵技術(shù) 現(xiàn)在全世界越來越多的國家都在做著研究智能化、多樣化的自動汽車導航的工作。自動汽車導航是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng),它不僅應(yīng)具有正常的運動功能的成分,而且還應(yīng)具有任務(wù)分析,路徑規(guī)劃,信 息感知,自主決策等類似人類的智能行為。 人類可以利用自己的聽覺、視覺、味覺、觸覺等功能獲取事物的信息,人類的大腦再根據(jù)已經(jīng)掌握的知識對這些信息進行綜合分析,從而全面了解認知事物。這樣一個認識事物、分析事物和處理信息的過程稱之為信息融合過程。多傳感器信息融合的基本原理就是模仿人類大腦的這個過程,得到一個對復(fù)雜對象的一致性解釋或結(jié)論。多傳感器信息融合是協(xié)調(diào)多個分布在不同地點,相同或不同種類的傳感器所提供的局部不完整觀測量信息加以綜合,協(xié)調(diào)使用,消除可能存在的冗余和矛盾,并加以互補,以減少不確定性,得到對物體或環(huán) 境的一致性描述的過程 [4]。 多傳感器信息融合具有許多性能上的優(yōu)點: (1)增加了系統(tǒng)的生存能力; (2)減少了信息的模糊性; (3)擴展了采集數(shù)據(jù)覆蓋范圍; (4)增加了可信度; (5)改善了探測性能;(6)提高了空間的分辨力; (7)改善了系統(tǒng)的可靠性 (8)信息的低成本性 [5]。 本文主要由五章組成,第 1 章為緒論,主要講述循跡小車的發(fā)展歷程及在目前所應(yīng)用領(lǐng)域中的作用。第 2 章 為 總體規(guī)劃智能循跡小車系統(tǒng)的設(shè)計,包含主系統(tǒng)流程圖。第3 章是系統(tǒng)的硬件設(shè)計,其中包含單片機電路的設(shè)計,光電傳感器模塊和電機驅(qū)動電路。第 4 章為系統(tǒng) 的軟件設(shè)計,主要介紹的是軟件實現(xiàn)過程的框圖。第 5 章是對硬件和軟件的調(diào)試,最終保證了系統(tǒng)的正常運行。 智能循跡澆水小車 8 智能循跡 澆水 小車總體設(shè)計方案 整體設(shè)計方案 本系統(tǒng)采用簡單明了的設(shè)計方案。通過高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成的傳感器循跡模塊判斷黑線路經(jīng),然后由 STC89C52 通過 IO 口控制 L298N驅(qū)動模塊改變兩個直流電機的工作狀態(tài),最后實現(xiàn)小車循跡。 通過車體上部的光電開關(guān)對植物的檢測反饋給單片機來實現(xiàn)澆水。 系統(tǒng)設(shè)計步驟 (1)根據(jù)設(shè)計要求,確定控制方案。 (2)利用 Proteus 設(shè)計合理的硬件原理圖。 (3)畫出程序流程圖, 使用 C 語言 進行編程 。 (4)將各元件焊接在 PCB 板上,并將程序燒錄到單片機內(nèi)。 (5)進行調(diào)試以實現(xiàn)控制功能。 系統(tǒng)基本組成 智能循跡 澆水 小車 主要由 STC89C52 單片機電路、循跡模塊、 L298N 驅(qū)動模塊、直流電機、小車底板、電源模塊 、光電開關(guān)、澆水單元 等組成。 圖 智能循跡 澆水 小車 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 (1)單片機電路:采用 STC89C52 芯片作為控制單元 。 STC89C52 單片機具有低成本、高性能、抗干擾能力強、超低功耗、低電磁干擾,并且與傳統(tǒng)的 8051 單片機程序兼容,無需改變硬件,支持在系統(tǒng)編程技術(shù)。使用 ISP 可不用編程器直接在 PCB 板上燒錄程L298 電機 驅(qū)動模塊 直流電機 紅外光電循跡傳感器模塊 電源模塊 單片機 控制 電路 路 徑 小車 光電傳感器 澆水 德州職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計論文 9 序,修改、調(diào)速都很方便。 (2)循跡模塊:采用脈沖調(diào)制反射式紅外發(fā)射接收器作為循跡傳感器,調(diào)制信號帶有交流分量,可減少外界的大量干擾。信號采集部分就相當于智能循跡小車的眼睛,由它完成黑線識別并生產(chǎn)高、低平信號傳送到控制單元,然后單片機生成指令來控制驅(qū)動模塊來控制兩個直流電機的工作狀態(tài),來完成自動循跡。 JY043W 型光電管和電壓比 較器 LM393 為核心部分,再加上必要的外圍電路。 (3)L298N 驅(qū)動模塊:采用 L298N 作為電機驅(qū)動芯片。 L298N 具有高電壓、大電流、響應(yīng)頻率高的全橋驅(qū)動芯片,一片 L298N 可以分別控制兩個直流電機,并且?guī)в锌刂剖鼓芏?。該電機驅(qū)動芯片驅(qū)動能力強、操作方便,穩(wěn)定性好,性能優(yōu)良。 L298N 的使能端可以外接電平 控制 ,也可以利用單片機進行軟件控制,滿足各種復(fù)雜電路的需要。另外, L298N 的驅(qū)動功率較大,能夠根據(jù)輸入電壓的大小輸出不同的電壓和功率,解決了負載能力不夠 的 問題。 (4)直流電機:采用雙直流電動機。直 流電動機的控制方法比異步電 動 機簡單,只需給電機兩條控制線加上適當?shù)碾妷壕湍苁闺姍C旋轉(zhuǎn),在正常工作電壓范圍,電壓越高直流電機轉(zhuǎn)速越高。直流電動機調(diào)速方法分為兩種:一種是直接調(diào)整電壓,另一種通過PWM 調(diào)速。 PWM 調(diào)速就是使加在直流電機兩端的電壓波形為 矩形波 ,改變 矩形波 的占空比就能實現(xiàn) 電壓的改變,從而實現(xiàn) 電機轉(zhuǎn)速的改變。 (5)電源模塊: 有 4 節(jié)可充電電池組成的兩個不同電壓的電源分別給單片機和直流電機及直流水泵供電。 ( 6)光電開關(guān):采用漫反射式光電傳感器操作簡便、實用性強、受外界環(huán)境影響小等特點。 ( 7) 澆水單元:采用直流水泵為動力裝置,直流水泵壽命長,噪音低可達 35dB 以下,電機的定子和電路板部分采用環(huán)氧樹脂灌封并與轉(zhuǎn)子完全隔離,可以水下安裝而且完全防水,水泵的軸心采用高性能陶瓷軸,精度高,抗震性好。 整體控制方案確定 圖 為循跡小車的系統(tǒng)控制框圖 。 引導線是
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