【正文】 評閱人姓名 評閱人姓名 二 ○一 年 月 日 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的研究成果。 學(xué)位論文作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。例如： AGV小車元器件不 兼容 ，通信系統(tǒng)信號不穩(wěn)定 ，物料運輸錯誤， 以及中央管理系統(tǒng) 監(jiān)控信息不全面等等。 (2)通信系統(tǒng)方面 提出 一種方案， 實現(xiàn) PLC 之間及其它控制裝置之間的通訊，不僅可以提升 PLC 控制能力，同時便于計算機對系統(tǒng)裝置的有效管理和對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的有效處理，大大提高設(shè)備自動化程度，為實現(xiàn)工廠 自動化、 智能化提供技術(shù)支持。 AGV 體系 的相關(guān) 技術(shù) 手段與 產(chǎn)品 類型已經(jīng) 發(fā)展成為 生產(chǎn) 流水線、配置操作線、存儲系統(tǒng)化的關(guān)鍵 設(shè)施 與技術(shù)保障 [1]。研究資料顯示： 在生產(chǎn)制造 的 整個 流程 里，只有 遠遠低于 5％的時間是 用在產(chǎn)品加工和生產(chǎn) 中 ，其余 的95％ 都 是 用在了 商品的存儲、運載以及 等待停留中 。 本文所研究的 循環(huán)系統(tǒng)中所涉及的方面眾多，我們這里主要從電氣， 通信，計算機這三個方面優(yōu)化和設(shè)計，通過優(yōu)化與設(shè)計大大提高了工作效率，降低人工成本。 最后 把 結(jié)論全面 推廣 實行，使其被 大眾廣泛使用 。在二十世紀(jì)八十年代初， AGV 的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大并且工作條件也變得多種多樣 [4]。推出本 行業(yè)的 相關(guān) 規(guī)范 ，展開 批量 化 、 模塊化生產(chǎn)加工 的 。 這 類產(chǎn)品在國內(nèi) 僅有的很少一部分的 企業(yè)可以 制造 ， 但是產(chǎn)品的 功能和國外的 比較起來 還 是存在一定的 差距 的 [6]。 國內(nèi) AGV 研究 概況與趨勢 我國的 AGV 技術(shù) 研究及應(yīng)用 開始的比歐美國家要晚一些。 國內(nèi)公司生產(chǎn)的 AGV在 功能 實現(xiàn)方面 還是和歐美 AGV 存在巨大差距的 。 導(dǎo)航技術(shù) AGV 小車的控制技術(shù)已經(jīng)慢慢成熟起來，其導(dǎo)引技術(shù)儼然已成為 AGV小車 是否能夠更好的適應(yīng)復(fù)雜、惡劣工作環(huán)境的關(guān)鍵技術(shù)。除此之外，根據(jù)AGV 牽引 路線 的多種 方式 ，牽引 模式 又被 劃分為兩類 ： 有線方式和無線方式 [10]。 （ 2） 電 磁導(dǎo)引 (Electromagic Guidance) 電磁導(dǎo)引 目前 在 很多 體系中 都有廣泛 的應(yīng)用 ，它 的基本工作 原理是 將 金屬線預(yù)先 安裝 到 AGV 小車 前進 的 路線中 ， 與此同時 ， 負(fù)載牽引 頻率 到 金屬線 中 ， 使用辨別 牽引 頻率 進而 完成 對 AGV 的 牽引工作 。 （ 4） 光學(xué) 導(dǎo)引 (Optical Guidance) 指的是 使用 預(yù)先 涂抹 油漆 或者 貼 色帶在 AGV 運行的路線 上 ， 根據(jù) 對 錄像 機 保存 的 圖像 信息展開 運算 處理 進而 完成 牽引工作 ，其 優(yōu)勢在于 靈活性 、 可操作性對比來說好很多， 路面 軌跡 設(shè)定簡單而且 操作 方便 ， 該項牽引 模式 對 色帶的 破壞 與設(shè)備老舊十分 敏感 ， 同時 對 周圍 環(huán)境 條件 要求 比較高 ， 而且工 作 準(zhǔn)確性與 可 靠性不高 ， 難以完成準(zhǔn)確 定位 的 工作要求 [13]。 （ 6） 慣性導(dǎo)引 (Interial Guidance) 慣性導(dǎo)航 ， 指的是把 陀螺儀 裝配到 AGV 小車中 ， 將 定位 設(shè)備 安置 都工作 區(qū)的路面 上， AGV基本上 是 通過 運算陀螺儀 收集到的數(shù)據(jù) 信號 來 定位 自身的 方位 和 朝向 ， 進而完成 導(dǎo)引 。 （ 8） GPS（全球定位系統(tǒng) ） 導(dǎo) 引 (GPS(Global Positioning System) Navigation) 對于 非固定 道路 體系 里 的 操控 對象 ， 通常 都是在追蹤 與 制導(dǎo) 的時候 使用 衛(wèi)星來實現(xiàn) 的 ， 就目前情況來看 ， 這項 技術(shù) 手段 還不夠成熟，需要 進一步 完善 改進 ，一般 都是 用 在 戶外 遠距離的 追蹤與 制導(dǎo)，其 準(zhǔn)確性是由 衛(wèi)星在 高空中 的 準(zhǔn)確性與數(shù)目 決定的 ， 以及控制對象周 邊的 環(huán)境等因素 。 另外，我國自主導(dǎo)引技術(shù)仍然處在科研攻堅階段，還有許多技術(shù)問題急需解決 [17]。 針對本文中 的 項目使用電磁牽引 模式 。具體來說就是可以控制 AGV在路徑中的位置，定位是 AGV導(dǎo)航中最基本的環(huán)節(jié)，只有準(zhǔn)確掌握 AGV 的實時位置信息，才能在分配任務(wù)時做出最優(yōu)方案 [18]。 AGV 的導(dǎo)引控制就是 AGV軌跡跟蹤。針對不同運行 模式的 AGV，因為它的理論模型不一致，與之對應(yīng)的牽引 操控運算 方法也是不一致 的。 AGV 適用性 AGV 應(yīng)用范圍廣泛，大致可以分為物料搬運，柔性裝配線、加工線，特殊場合使用等幾個方面。 柔性裝配線、加工線 過去 常用 的加工流水線都是使用 一根 連續(xù)的運送 裝置構(gòu)成 ，短 的 有 幾米長，長的 可以達到 幾千米，例如車輛連接 線、發(fā)動機安裝 線等。④連續(xù)的加工 流水 線必須 使用各種 設(shè)備， 前期投資費用 很大 。 廣泛應(yīng)用在 ：車輛連接 線，發(fā)動機 配置 線、 車床生產(chǎn) 線 以及家用電器制造 線等 [24]。 課題來源及研究意義 本課題是來源于機電研究設(shè)計院的項目《 東風(fēng)日產(chǎn)鄭州工廠總裝內(nèi)飾線 KIT裝置 》，重點研究設(shè)計 AGV 的中央管理系統(tǒng)，該項目已經(jīng)成功運用于鄭州日產(chǎn)乘用車總裝車間生產(chǎn)線。 整個循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計使得循環(huán)系統(tǒng)更加高效，便捷，自動化，智能化。論文布局如下： 第一章 :緒論對 AGV 的概念， AGV 的國內(nèi)外研究概況及趨勢， AGV技術(shù)，以及AGV 的實用性做出了一定的說明。 第四章： 通信系統(tǒng)方面提出一種方案， 實現(xiàn) PLC 之間及其它控制裝置之間的通訊，不僅可以提升 PLC 控制能力，同時便于計算機對系統(tǒng)裝置的有效管理和對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的有效處理，大大提高設(shè)備自動化程度， 為 完成 生產(chǎn)制造 廠 的現(xiàn)代化 、自動化、 信息 化 供應(yīng) 相關(guān)的技術(shù) 保障 。本章我們首先研究小車配件，然后研究小車的控制系統(tǒng)中最重的 PLC控制 系統(tǒng)， 最后 研究工位定位系統(tǒng)。 開啟 /終止 、 急剎車按鍵都是 體系 用作 正常 啟閉 與緊急 剎車 的， 停止 按鍵 使用 AGV 的控制 進行停車，按下 停止鍵之后能夠 使 AGV 普通 停止 ，不需要 切斷 工作 電源，緊湖 北 工 業(yè) 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 17 急 剎車 按鍵用在 突發(fā) 事件中， 快速 切斷 AGV 的 工作 ， 當(dāng)緊急停車 按鈕按下后，AGV 切斷一切設(shè)備的動力供給，啟動制動器并報警，直到排除緊急停車原因且按下啟動按鈕之后 AGV 才重新運行 [29]。 PLC和 PC 機 具備 相似 的 構(gòu)成 方式 ，都是由 工作 電源 、中央 管理 設(shè)備 （ CPU）、 儲存 設(shè)備體系 、 傳輸 端口 、 通訊 板塊 以及系統(tǒng) 功能 板塊 構(gòu)成 。當(dāng) 使用者編程讀取 完 之后 ， PLC就 展開 傳輸 更新 ， 按照 錄入 I/范圍 之內(nèi)所有的 信號 資料， 統(tǒng)計 得出 最終 數(shù)據(jù) 資料 ，并 開啟 外部 設(shè)備 ， 完整 整個邏輯 管理工作 。 輸 入 單 元C P U 單 元 輸 出 單 元電 池 容量 開 關(guān)手 動 控制 按 鈕P L C導(dǎo) 引檢 測避 障檢 測防 撞檢 測工 位檢 測伺 服 驅(qū)動 器 1伺 服 驅(qū)動 器 2伺 服電 機 2伺 服電 機 1聲 光 報警 裝 置在 線 提 示 音 樂 喇 叭 圖 PLC 傳輸 系統(tǒng) 示意 圖 用戶 程序 輸入端子 輸入光耦 輸入暫存區(qū) 輸出暫存區(qū) 輸出狀態(tài)鎖存器 輸出繼電器 輸出端子 外部輸入 輸出 輸入刷新階段 輸出刷新階段 用戶程序執(zhí) 行階段 湖 北 工 業(yè) 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 19 圖 PLC 輸入 /輸出端口接線圖 工位定位控制原理 在汽車裝配車間生產(chǎn)線上， AGV 需完成將裝配工件的料車從集料區(qū)和多個特定的工位間的移載，并在彎道和直線路徑調(diào)整不同的速度，確保 AGV 小車安全平穩(wěn)運行，故 AGV小車需具備識別工位功能，并完成對應(yīng)的啟動或停止、速度調(diào)整、牽引、裝卸等動作。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，路徑明確，各工位位置固定，以及規(guī)劃出何處可以高速行走加快效率，何處需要低速慢行，何處需要停止裝卸貨物等信息，所以站點傳感器只需通過識別地面上已鋪設(shè)好的不同順序的三條磁條實現(xiàn)對小車加速、減速、停止等狀態(tài)的控制 [35]。如 下 圖 所示 就是 本 課題 中 AGV 磁條 工作 原理 圖 [36]。 湖 北 工 業(yè) 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 21 第 3 章 循環(huán)系統(tǒng)中的電氣優(yōu)化 在循環(huán) 系統(tǒng) 中經(jīng)常以為某個工件送錯位置而影響工作效率，進而影響工作進度，甚至導(dǎo)致下面工作無法進行，這一切的源頭是人工掃描工件信息錯誤 （條形碼掃描） ，雖然說人具有很高的能動性，但是恰恰是這樣特性，也導(dǎo)致了出錯幾率更高， 這一章主要從電氣方面進行優(yōu)化，設(shè)計研究 RFID和 AGV 的集成系統(tǒng)，通過自動讀取方式， 降低 掃描出錯率，提高工作效率，使 AGV 小車更好的適應(yīng)循環(huán)系統(tǒng)中的工作 [38]。 湖 北 工 業(yè) 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 22 物 料 區(qū)工 作工 位充 電區(qū) 域A G V 小 車 圖 循環(huán)系統(tǒng)示意圖 RFID 與條形碼的區(qū)別 條形碼和 RFID 方式的不同 主要 在于 ： 讀取數(shù)量，讀取施行，信息容量，二次 使用性，讀 寫水平，可靠 性， 高速讀取能力，正確性，抗干擾能力幾個方面有顯著 差別 [40]，如表 所示。 RFID 技術(shù) 從 基本 原理 方面 分析 ， RFID 可以 說是一種條碼，條碼技術(shù) 指的是把 已編碼完善 的條形碼 粘附在 目標(biāo) 物質(zhì) 上，并且 運用專門 的掃描 設(shè)備使用 光信號 把 數(shù)據(jù) 資料 由條形磁 轉(zhuǎn)到 讀寫 設(shè)備 中； RFID 則 是 利用 專門 的 RFID 讀寫 設(shè)備 以及 特別 的 能夠 粘附在目標(biāo) 物質(zhì) 上 的 標(biāo)簽， 使用 頻率 數(shù)據(jù)把數(shù)據(jù)資料 由 RFID 標(biāo)簽 轉(zhuǎn)到 RFID讀寫 設(shè)備 中 [41]。 RFID 標(biāo)簽的 閱讀設(shè)備 是使用天線 和 標(biāo)簽 開展 無線 通訊 工作的， 能夠 完成對標(biāo)簽 數(shù)據(jù) 碼 以及 內(nèi)存 信息 的 讀寫 工作 。這樣 以來 ，就能夠 快速讀取錄入標(biāo)簽的數(shù)據(jù)， 如 下 圖 所示，相關(guān) 的 模塊名稱 詳見 下 表 。 2) RFID和 AGV集成系統(tǒng)預(yù)計實現(xiàn)的效益： 由于 AGV自身的柔性型 ，以及 RFID手段在數(shù)據(jù) 收集 領(lǐng)域的優(yōu)勢，本次 合成體系 計劃為物流分配 公司 在節(jié)約人力資源，提高 貨物 數(shù)據(jù)的讀取 水平 ，減少工作 量等方面 發(fā)揮出 重要 的作用。然而 AGV對物品 是 沒有認(rèn)識的，也可以說它只能被動的接受物品，不能 自動 的 讀取 數(shù)據(jù)。 4) RFID 和 AGV 集成系統(tǒng)實現(xiàn)條件： AGV的核心就是控制系統(tǒng)。 RFID 和 AGV 集成系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn) 根據(jù)上文所述的設(shè)計方案 與 實際情況 ， 在 下文中筆者主要 通過功能要求、系統(tǒng)配置、標(biāo)簽選型以及頻率選用四個方面 完成 對本 次合成 體系 的設(shè)計 工作 。因此本次 合成體系 實現(xiàn)的首個功能就是完成物品的搬運與裝載 作業(yè) 。 湖 北 工 業(yè) 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 26 2) 系統(tǒng)配置 按照上文中 描述 的兩個 基本功能要求 ，開始 本合成體系 的配置 工作。這里 使用 的標(biāo)簽都是被動式標(biāo)簽。第二，必須在托盤中 粘附 相關(guān) 的 電子標(biāo)簽 。一類 是閱讀設(shè)備 錄入 ，另一類是上文 所述 的 RFID 與 AGV 合成 體系 的錄入。按照上文 中所描述 的 使用了被動式的數(shù)據(jù)標(biāo)簽，但 被動式 標(biāo)簽通常 劃分 為低頻、高頻與超高頻三類。因此， 在 本文 中，集成體系 里的 讀取設(shè)備 的天線安裝在 AGV 小車的正前端。 圖 綜合 體系的工作 示意 圖 實驗 結(jié)果 下面我們用安裝傳統(tǒng)掃描條形碼的方式的 AGV 小車和安裝 RFID 與 AGV 集成系統(tǒng)的 AGV 小車，同時運行 1筆數(shù)據(jù)， 10 筆數(shù)據(jù)， 100 筆數(shù)據(jù)， 200 比數(shù)據(jù)進行湖 北 工 業(yè) 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論。 湖 北 工 業(yè) 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 27 集成系統(tǒng)實現(xiàn)圖示 如 下 圖 所示， RFID 閱讀設(shè)備的接口 與 AGV 關(guān)系 體系 的接口 開始 通信 工作 ，這樣一來 ，使用 閱讀設(shè)備 收集 到的信息 就 可以使用對應(yīng)的通信 規(guī)定 傳輸 到A