激光导航运载机器人

1上海大学本科学士学位毕业设计论文激光导航运载机器人运行环境和引导环境的中文动态画面输入软件作者：查嵩炜学号：99103666专业：计算机科学与技术指导老师：朱颖2目录3摘要AGV系统是集光，机，电，计算机与一体的高新技术，是柔性化，智能化程度极高的输送系统，可广泛应用于生产线、仓库、商场、机场等物资运输场所。自从AGV问世以来，各种各样的制导方式相继被用在AGV上，这些制导方式可归纳为固定线路和非固定线路两类。目前在工业上实用的制导方式主要有下面几种：固定路线（磁性、光学、电磁感应）。非固定路线——激光扫描。随着生产力和工业自动化水平的日益提高，物流系统中所蕴藏的巨大潜力将越来越引起人们的重视，开发物流潜力，提高生产的总体效益已经成为现代化生产的重要标志之一。AGV系统可划分为两个组成部分，上位机模块——确定运载小车的行为，并提供监控服务；下位机模块——实施对运载小车的物理控制。本系统是基于Windows平台，运行于上位机的软件系统，采用VISUALBASIC6.0编写，实现了对运载小车运行环境、行走轨迹的实时创建、修改和管理。使AGV系统变得更科学、合理、方便，提高了企业的管理效率。同时为了使系统的使用者能够方便得使用软件，系统的用户界面简单、明了、美观大方、容易操作使用。通过对软件系统从无到有，逐渐建立起来的过程的介绍，读者还可以体会到采用软件工程思想的必要性以及用类的思想创建软件的优越性。4ABSTRACTTheAGVsystemisanewtechnologywhichcollectedoptics,machine,electricity,computer,andisaflexible,hasextremelyhighintelligentdegreeconveyersystem.Itcanbeapplytothegoodsandmaterialstransportfieldsextensively,suchasproductionline,warehouse,marketandairportetc.SincetheAGVsystemcomesout,variousguidancewaysareusedonitinsuccession.Theseguidancewayscanbesummedupfortwokinds,theregularcircuitandnon-regularcircuit.Atpresent,twokindsofguidancewayunderpracticalusedintheindustryare:Regularroute(magnetic,optics,electromagneticinduction);Non-regularroute--Laserscanning.Improvedaybydaywithproductivityandindustrialautomationlevel,materialflowsystemcontainedenormouspotentialitycatchpeople'seye.Developingthematerialflowpotentiality,theoverallbenefitofimprovingproductionhasalreadybecomeoneoftheimportantsignofmodernproduction.AGVsystemcanbedividedintotwocomponents,goestothelocationmachinemodule--Confirmthatcarriesthebehaviorofthecar,andofferserviceofcontrolling;Gotothelocationmachinemodule--Controlphysicswhichcarriesthecar.ThissystemisbaseofWindowsplatform,runonthe??,developedbyVISUAL6.0BASIC.Realizetocarrycarrunningenvironment,walktheestablishing,fixandmanagesinrealtimeoforbit.MakeTheAGVsystembecomemorescience,rational,convenientandalsoimprovetheefficienciesofmanagementofenterprises.Atthesametime,inordertomaketheuserwhousesthissystemcanusesoftwaresoconveniently,thesystematicuserinterfaceissimple,clearelegantinappearanceandeasytooperateanduse.Throughtheintroductionofthecourseofthesoftwaresystemestablishing,Readercanalsorealizethenecessityofusingsoftwareengineeringandtheadvantageofusingclasstoestablishsoftwaresystem.5关键词AGV系统制导方式激光扫描上位机下位机6第一章绪论1.1什么是AGV系统AGV是自动导引小车（AutomatedGuidedVehicle）的英文缩写。根据美国物流协会定义，AGV是指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，具有安全保护以及各种移载功能的运输小车。AGV是现代物流系统中的关键设备之一，它以电池为动力，非接触导引，根据实际需要可配备不同的移载机构，完成相应的操作任务。1.1.1AGV系统的组成在大体上，AGV系统可划分为两个主要的组成部分：上位机模块和下位机模块。上位机模块主要由图形监控系统、控制系统、无线通信系统和信号采集系统构成，确定运载小车的行为，并提供监控服务；下位机模块主要由运载小车、导航系统和自动充电系统构成，实施对运载小车的物理控制。下面的图中展示了各个系统之间的关系：1.1.2AGV系统的工作原理AGV在其运行区域内，规定有通信区和非通信区。在通信区域内，AGV通过其车载通信装置与系统控制计算机通信，报告其位置及状态，并接受高度和工作指令。在非通信区域内，AGV按照小车控制器中的预定程序独立行驶，不与系统控制计算机发生联系。其工作过程为：当接收到货物搬运指令后，小车控制器就根据所存储的运行地图和AGV当前位置及行驶方向进行计算、分析，选择最佳的行驶路线，通过驱动放大器自动控制AGV的行驶和转向，到达装载货物目标点准确停位后，移载机构动作，完成装货过程。然后AGV起动，驶向目标卸货点，准确图形监控系统控制系统无线通信系统信号采集系统运载小车导航系统自动充电系统上位机下位机7停位后，移载机构动作，完成卸货过程，并向控制计算机报告其位置和状态。随之AGV起动，驶向待命区域。接到新的指令后再作下一次搬运。AGV行驶过程中，车上的导航系统不断地从导航设施中获得数据，由定位计算机算出AGV当前在全局坐标系中的X、Y坐标，和当前行驶方向与该坐标系X轴的夹角，实现准确定位和定向。1.1.3导航自从AGV问世以来，各种各样的制导方式相继被用在AGV上，这些制导方式可归纳为固定线路和非固定线路两类。目前在工业上实用的制导方式主要有下面几种：固定路线（磁性、光学、电磁感应）。非固定路线——激光扫描。激光扫描技术是瑞典NDC公司于90年代初研制成功的一项技术。由于它的先进性，突出的灵活性和适应性，完备的功能保障和技术支持，已被世界许多AGV生产厂家所接受。激光导航的原理利用激光的不发散性对运载机器人所处的位置进行精确定位来指导机器人行走。激光头是安装在运载机器人顶部的一台设备，每隔数十毫秒旋转一周，发出的激光束是经过调制的，具有很强的抗干扰的能力。在收到经特制的反射板反射光时，经过解调，即可得到有效的信号。激光头的下部有一个角度数据的编码器，计算机可以及时读入当时收到反射信号时激光器的旋转角度。在运载机器人的工作场所预先安置了具有一定间隔的反射板，其坐标预先输入了计算机。激光头坐标点和车体倾斜角的计算见下图：在激光器扫描一周后，可以得到一系列反射板的反射角，如选取其中三个反射角（如上图），则有可供计算的三点坐标和二个夹角，经过计算机计算，即可算得激光旋转中心的坐标。同时，根据以上数据，亦可算出车体激光旋转头的零度角相对于X轴的夹角，即为倾斜角。81.1.4激光导航小车系统的组成激光导航小车（LGV：LaserAutomaticGuidedVehicle）是采用激光作为导航系统的AGV系统。激光导航小车由下面几个部分组成：处于核心位置的主控制器；伺服驱动器、手动控制器、驱动转向系统；底盘系统、车体系统、装载系统、电源系统、安全防撞系统；激光扫描器、无线电通信装置；主控操作面板。这些系统设施之间的关系如下图所示：由于激光导航小车系统与其它的AGV系统仅在导航方式上有所不同，因此其上位机部分并没有发生太大的变化，仍然由图形监控系统、控制系统、无线通信系统和信号采集系统构成。激光导航与其他引导方式的技术优势对照表：项目LGV激光导航AGV(电磁、磁、光)引导沿引导线的测定位精度精度高，1CM。是连续的绝对地址。精度低。靠磁钢和其它传感器定位补充，间断不连续。对引导线的偏差距离测试精度高，1CM。精度低，3－5CM。易受环境干扰。车体倾斜角测试精度高，1度。2度。车体纠偏角测试精度高，1度。估算精度很低，10度。行进路线设置简单方便。预贴反射板后，软件可设置行进路线，并可随时更改。复杂，工程大，不易更改。电磁：地下预埋。磁：地面预贴，易吸引其它铁磁物体。光：地面预贴，易受色污染。岔道设置简单方便。软件设置，并可随时更改。复杂，工程大。电磁：分频引导磁：没有好的解决方法光：分色引导，增加滤色镜，系统复杂9程序启动时的自适应可以实行开机自适应初始化。不能进行。必须手动输入初始位置。探测设备单一探头系统，维修方便多探头、多方式系统，维修复杂。抗干扰抗干扰能力强。可采用激光调制解调技术。抗干扰能力弱。走行运动精度高，1CM。较低，3CM。1.2课题的来源与意义课题“运行环境和引导环境的中文动态画面输入软件”来源于上海富洋科技发展有限公司。上海富洋科技发展有限公司原隶属于上海太平洋化工集团溶剂厂技协。上海太平洋化工集团溶剂厂是国家大型企业、国家二级企业，经过企业改革，重组后富洋科技公司属民营企业，是经上海市科学技术委员会批准，专门从事物流输送的科工贸一体化专业公司。公司虽小但起点高，依托与上海电气自动化研究所、上海交大、上海大学、北京科大等高校、研究所的技术合作，开发成功有轨无人电动车新闻纸全自动输送系统、彩色集中全自动供墨系统、运载机器人(AGV)暨物流自动控制系统等产品，已推广使用。其中《插腿式运载机器人》达到九十年代国际先进水平。该公司为上海新民晚报报业集团、杭州日报报业集团、北京日报报业集团，开发的有轨无人电动车新闻纸自动输送系统已正常使用多年；广州羊城晚报报业集团、青岛日报报业集团无轨运载机器人新闻纸自动输送系统也投入生产线并正常运行。目前，公司正致力于对LGV系统的研究和开发，整个项目由以下11个部分组成：a)国产（高抗干扰型）旋转激光头的研制和生产b)激光导航的基本工作方法和测试各反射板的测试原理。c)激光发生接收器的电路光路和机械结构。d)坐标、引导角、偏移量的快速计算数学模型。e)激光导航运载机器人车运行状态控制的软件方法f)激光导航运载机器人过引导线岔道的软件控制方法。g)程序启动时或记忆丢失时的运载机器人坐标的智能模糊判断h)非对称性场景设置研究i)激光导航与原电磁引导运载机器人及系统的接入和改造问题j)运行环境和引导环境的中文动态画面输入软件k)激光导航运载机器人