物料搬运移动机器人的优化设计

1、第一章绪论11.1课题的背景和意义11.2国内外移动机器人平台简介21.3物料搬运移动机器人的发展趋势51.4智能车间介绍61.5本文主要内容 7第二章移动机器人悬架设计82悬架的机械结构82.1.1弹性元件122.12减振器132.13导向机构132.2道路功率谱函数142.3 MATLAB仿真模型152.3.1 MATLAB SIMULINK 仿真模块152.32建立系统运动方程172.4参数调试和仿真结果202.5悬架减振性能改善实验验证212.5.1实验原理与步骤212.5.2实验情况与分析222.6本章小结23第三章基于PLC的控制系统设计243.1基于触摸屏的人机交互243.2无线

2、手柄控制293.3限速控制313.4本章小结33第四章物料搬运移动机器人与智能生产线的系统集成344.1无线通信方案设计344.1.1无线通信方案的选择344.1.2多PLC间的无线组态384.13 PLC通过 Wi-Fi通信的编程424.2智能生产线控制系统编程504.2.1组态王与PLC进行连接50V第2.2集成系统界面的编程514.3物料搬运移动机器人的导航及避障574.3.1物料搬运移动机器人的红外导航与转弯 574.3.2物料搬运移动机器人的超声波避障574.4本章小结60第五章总结与展望 615总结615.2展望61插图清单图1. 1KUKA-youbot移动机器人平台2图1.2O

3、TTO高负载物料运输车3图1. 3 Adept的Pioneer-LX离级移动平台3图1.4規道移载输送型AGV4图1.5背驮式举升型运载机器人4图 3. 1CPU1217C DC/DC/DC 例图25图3. 2CPU1217C设备组态图25图3. 3触摸屏实物图26图3. 4触摸屏接口26图3. 5触摸屏主界面编辑 27图3. 6登录界面27图3. 7触摸屏主界面显示28图3. 8触摸屏速度实时读取画面28图3. 9无线手柄实物图29图3. 10无线手柄按键设置30图3. 11无线手柄控制程序31图3.12触摸屏限速界面32图3. 13程序流程图33图4.1短距离无线通信技术的体系划分35图4

4、. 2802.11协议发展历程36图 4. 3CPU1217C DC/DC/DC 例图38图 4. 4CPU1212C DC/DC/DC 例图38图4. 5主从路由器的选择39图4. 6主从路由器LAN 口 IP地址设置 40图4. 7从路由器在WDS中搜索主路由器的SSID40图4. 8从路由器在WDS中输入主路由器的无线密码并进行桥接41图4. 9 PLC和路由器的组态连接 41图4. 10智能生产线控制器间的无线通讯组态配置42图 4. 11 TCP/ISO-on-TCP 通信指令43图4. 12系统位与时钟位44图4. 13建立两个CPU的逻辑连接45图4. 14 PLC_1调用发送指

5、令TSEND_C45图4. 15 PLC的“TSEND_C”连接参数46VII图 4. 16PLC_1 的“TSEND_C”变量表47图4. 17PLC的发送数据块DB47图4. 18定义发送数据区为字节类型的数组48图4. 19定义TSEND_C接口参数48图4. 20PLC无线通信实验49图4. 21组态王添加西门子PLC50图4. 22组态王与PLC通过TCP连接50图4. 23站点列表画面51图4. 24机器人电量变量表52图4. 25机器人电量变量表和报警值 52图4. 26拖入按钮并进行动画连接53图4. 27插入视频监控控件53图4. 28摄像按钮的命令语言连接54图4. 29组

6、态王上位机控制移动机器人54图4. 30报表画面56图4. 31移动机器人的导航方式57图4. 32HC-SR04超声波传感器时序图58图4. 33管脚图58图4. 34超声波传感器安装测试59图4. 35超声波传感器安装实物59表格清单表3.1输入框对应关系28表3. 2机器人动作按键映射表30表4.1近距离无线通信主要参数表34表4. 2(EEE 802.11通信标准参数37表4. 3TCP和ISO-on-TCP协议的特点42表4. 4传输数据长度与支持协议关系43VIII第一章绪论1.1课题氏背景和意义本论文选题来源于合肥工业大学研呢平台建设项目，基于激光和视觉导航的 物料搬运移动机器人

7、的研制。在制造业的生产车间，不可避免地涉及到各类原材料、零部件及成品的搬运工 作。如果由人工来完成往往费时费力，而且人力的承重范围十分有限，也带来人力 资源的极大浪费，因此借助机器完成物料的搬运工作很早就得到广泛地应用，随着 时间推移，这些应用的设备也被不断地更新、拓展，变得越来越丰富，应用的场合 也越发广泛。现阶段常用的几种物料搬运设备有输送机，其中包括轮式、链条式和 皮带式三种，这种输送机多用于生产车间的自动化流水线中，但是一般占地面积较 大、只能在固定路线上实施搬运，不够灵活，此外结构较为复杂，维修难度大。特 别是在需要对生产线进行改造时，这种输送机缺乏灵活性，需要资金重复投入，造 成资

8、源浪费。有轨穿梭车相比于这种固定式输送机显得较为轻便、灵活，但行驶路 线固定，无法实现自主路径规划和自动避障。当生产车间内运输路线调整时，需重 新埋设引导线、铺设导轨，费时费力。现在应用较多搬运设备还有叉车，其灵活性 高，承载能力大，但是需要配备熟练的工人进行操作，人力资源需求较大。随着社 会发展，人力资源成本将不断提离，这样也带来企业生产成本的增加。此时，快速 发展的柔性自动化生产线和自动化立休仓库对可靠、自主、智能的新世运输工具提 出迫切需求。自从美国人George C. Devol在1954年制造出世界上第一台真正意义上的机 器人开始，机器人技术已经经历半个多世纪的发展并取得长足的进步I】。工业4.0 的提出，带来了 “智能工厂”和“智能生产”的两大发展主题，传统工业正在经 受着一场自动化和智能化的变革，伴随着计算机技术的高速发展，机器人越来越 趋向模块化、智能化发展，对人们的生活带来极大影响，工业机器人己在越来越 多的场合代替了人类的劳动，极大地提高了生产力。物料搬运移动机器人作为一种新型的智能型运输工具，可以实现根据预先设 定好的任务完成运输工作并自主规划路径、自动避障。现阶段，随着柔性制造系 统和自动化立体仓库被越来越多地应用于生产中，物料搬运移动机器人扮演着不 可取代的蘆要角色，物料搬运机器人与智能制造生产线的系统集成成为了至关重 要的一环。本项目