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1. 研究目的与意义

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. 国内外研究现状分析

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。

3. 研究的基本内容与计划

本课题本着经济、可靠的原则，着力于借鉴国内外的成功经验，规划设计一种采用由微机控制、直流电机驱动、视觉引导的agv系统平台，重点解决agv小车的机械结构设计，并且理解直流伺服驱动电机控制的关键技术，研究直流伺服系统的控制方法，考虑电器如摩擦式制动器以及控制器的影响。

agv需要运动灵活，转向自由，适应力强，工作范围大，所以一般采用蓄电池供电，因此多采用直流电动机。[7]车体搭载了48v蓄电池组，运动驱动采用无刷直流电机以确保驱动系统具有较高的可靠性、比较高的机电能量转换效率和良好的环境适应性（耐高温、 高湿和霉菌）。 运动控制器接收中央控制器发送来的移动机器人运行指令，检测电机的速度、 角度（位置）信号，以便实现对无刷直流电机的高动态响应、 精确定位控制。[4]

接下来便要按照课题对盆栽搬运 agv 的性能和技术要求，对盆栽搬运 agv 的总体方案进行设计。首先，按照agv的载重力与工作的实现，可以确定小车的基本结构以及相关参数，也就是确定小车的性能参数。接着，利用 ug 或者proe等三维软件便可设计画出小车的机械结构和轮组。agv主要由门架、行走机构、机械手机构和控制系统和传感系统组成。门架一般采用结构钢材焊接而成，行走机构用来驱动agv沿运行轨道水平运动，主要包括主动车轮组、被动车轮组、水平轮组、驱动装置和安装在下横梁上的运行缓冲器等等。[1]行走机构采用小惯量直流伺服电机驱动，转动惯量小，反应快，速度均匀性好，电机采用摩擦式制动器，一般制动器都是通过其中的固定元件对旋转元件施加制动力矩，是后者的旋转角速度降低，同时依靠车轮与路面的附着作用，产生路面对车轮的制动力以使汽车减速，电磁式制动器具有作用滞后小、易于连接且接头可靠等优点但成本过高，目前广泛使用的仍为摩擦式制动器。[8]机械手是agv提取盆栽的执行机构，安装在门架两侧，做垂直升降运动。[1]传感系统主流采用激光传感器、超声波传感器、光电传感器、磁传感器等等，最高级的采用gps定位。[7]初选agv 的导航方式为磁导航，这样便可以使用磁传感器来实现小车的导向行驶。为使设计更加实用，需要熟练掌握软件设计以及力学原理，考虑驱动电机等电器所起的作用，才能使所设计的agv现能够沿着预定的路线行驶。

4. 研究创新点

通过对国内外研究现状的分析,本论文将在前人研究的基础上，参与导师和研究生学长学姐的课题研究，掌握课题研究方法及经验，熟悉并掌握有关agv小车的运用。

为保证agv小车能够安全稳定的工作，必须对agv小车当前位置、速度、行车姿态等等进行实时监控，并反馈给控制器，这样agv小车才能够正常完成指定任务。

有效获取内外环境状态，是保障agv安全性的必要条件，这些都需要智能化传感器来加以实现，按照监控agv小车内外环境的需求，基本也可将传感器分为内部和外部两类，各自用于监控小车自身和外部环境。