论文总字数：22636字

摘 要

自动导引小车(AGV)是一种利用内外部传感器获取周围信息和自身状态,能够在复杂的情况中自主导引行驶，并实现给定任务的机器人系统。本文以 IAR Embedded Workbench IDE 作为开发环境，以Freescale公司的K60微处理器作为核心控制器，采用数字摄像头鹰眼OV7725获取周围环境信息，由电机和舵机实现对小车速度和方向的控制。针对不同的路况，会分别为AGV小车设定相应的速度，以保障小车能够平稳且安全的行驶。AGV小车同时还将具备一个CAN总线硬件接口，使得小车拥有一定的可扩展性。

论文首先介绍了AGV小车在国内外的发展现状及其研究意义，然后对自动导引小车的关键模块进行选型并简单阐述了原理。在软件设计方面，主要对图像的采集与处理以及对舵机的控制进行了研究，还提出了针对特殊路况的解决方法。论文在结尾处进行了总结和展望，提出了一些还能够继续完善的地方。

关键词：AGV 图像处理 视觉导引 K60

The Design of the Wireless Remote Control in AGV via K60

ABSTRACT

Automatic guided vehicle (AGV) is a robot system which use internal and external sensor to access surrounding information and its state to finish some work given autonomously in a complex condition. The subject based on the IAR Embedded Workbench IDE development environment. Automatic guided vehicle (AGV) use the Freescale K60 microprocessor as the core controller and use the digital camera Eagle ov7725 to get the environment information. AGV’s speed and direction are controlled by the servo motor and the steering engine. According to different situations, core controller can distribute different running speed so that to insure AGV’s optimal steady and safety. CAN bus interface is included in this subject which can provide AGV with a scalable hardware platform.

Firstly, domestic and overseas development situation and the meaning of research about AGV are introduced. Then, model selection and principals of the AGV’s key modules are expounded simply. In the aspect of software design, image capture and processing algorithm and the algorithms which are for special road processing and servo motor’s and steering engine’s controls are introduced. In the end, summary of the subject and outlook of the subject are given. And improved some advice for the subject are also proposed in this thesis.

Keywords: AGV;image processing;visual guidance;K60

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 基本概念及研究意义 1

1.1.1 AGV概述 1

1.1.2研究意义 1

1.2 自动导引小车的发展及现状 1

1.2.1 国外发展历史 1

1.2.2 国内发展历史 2

1.2.3 现状 2

1.3 课题研究内容 3

第二章 总体设计方案 4

2.1 AGV小车控制系统 4

2.2 微控制器 5

2.3 导引系统 6

2.4 执行模块 7

2.4.1 电机控制 7

2.4.2 舵机控制 7

2.5 通讯扩展系统 7

2.5.1 有线通讯 7

2.5.2 无线通讯 8

2.6 本章小结 8

第三章 AGV系统硬件设计 9

3.1 主控制器 10

3.2 图像采集传感器的选择 10

3.3 电源模块电路 11

3.4 电机驱动 13

3.5 舵机驱动 14

3.5.1 舵机的基本结构 14

3.5.2 舵机工作原理 15

3.5.3 舵机选择与接口电路 15

3.6 通讯扩展 17

3.7 本章小结 17

第四章 AGV系统软件设计 19

4.1 系统总体软件设计 19

4.2 图像数据采集与处理 20

4.2.1 摄像头工作原理 20

4.2.2 道路图像采集 21

4.2.3 道路黑线和中心线提取 22

4.2.4 特殊路段处理 24

4.3 电机和舵机控制 25

4.3.1 PID控制算法简介 25

4.3.2 速度控制模型 26

4.3.3 舵机控制算法 27

4.4 无线控制 27

4.5 本章小结 28

第五章 系统总体调试 29

5.1 系统硬件测试 29

5.1.1 舵机测试 29

5.1.2 电机测试 30

5.2 系统软件测试 30

5.2.1 开发环境的介绍 30

5.2.2 上位机调试系统 32

5.3 本章小结 33

第六章 总结和展望 34

6.1 论文总结 34

6.2 课题研究展望 35

参考文献 36

第一章 绪论

1.1 基本概念及研究意义

1.1.1 AGV概述

自动引导小车（Automatic Guided Vehicles）简称 AGV，根据美国物流协会的定义^[1][1],AGV是指装备有电磁或光学等自动导引装置,能够按照规定的导引路线行走,具有小车运行和停车装置、安全保护装置以及各种移载功能的运输小车。

AGV集多学科为一体,是融合了电子技术和机械技术的典型机电一体化产品^[2][2],是现代物流自动化系统中的关键设备。在国外，由于自动化生产水平不断的提高，AGV被普遍的应用在柔性加工制造和自动化物流中^[3][3]。因为AGV在工作时灵活多变，能够在不同的工作环境中自主的调整行驶路线，因此无论在我们的生活还是在各行各业中，AGV的应用都会越来越广泛。

1.1.2研究意义

而今企业的现代化生产发展速度迅猛,相互间的竞争也越演越烈。纵观一个产品的生产过程可以发现,有将近九成的时间都消耗在产品的存储以及装卸运输上，而在物料加工上所消耗的时间只占一成左右,因此，加快物流运输速度，提高货物装卸效率会直接影响企业经济效益的提高^[4][4]。目前AGV 作为一个能够有效提高生产效率的工具，早已被各企业认可。而AGV在物流自动化领域的使用方面，我国任然与欧美和日本等国家有一定的差距。这些差距主要表现在研究起步晚、科技含量较低、应用普及率低这些方面^[5][5]。因此如何使用AGV创造更多的效益,是一个很有意义的课题。

1.2 自动导引小车的发展及现状

1.2.1 国外发展历史

最早出现AGV是由美国的福特汽车公司在1913年制造的，这台AGV被运用到了汽车底盘装配上，使得整个装配时间减少了1小时33分钟。因为没有自主导引的功能，所以那时的AGV并非而今所讲的AGV。世界上第一台具有自主导航功能的AGV是在1953年由美国 Barrett Electric公司研制成功的，它由一辆牵引式的拖拉机改造而成,带有车兜,在一间杂货仓库中,沿着布置在空中的导线运输货物^[6][6]。英国人最先在1954年去掉了AGV的引导轨道,第一台电磁导引式的AGV被研究了出来。

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