摘 要

随着自动化技术的发展,自动引导小车（ AGV）逐渐被应用到农业自动化领域中。它是一种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，具有安全保护的无人驾驶自动搬运车辆。针对栽培区中盆栽需频繁搬运的问题，本课题需要以自动导引小车 AGV系统为核心设计一套有序的盆栽运输系统，进一步完善AGV在农业与生活中的应用。

本论文首先在查阅中外文相关资料的基础上，对不同类型的AGV进行了研究与了解，综述了国内外AGV系统技术的发展应用以及开发研制现状，系统地分析了AGV的特点。按照课题中对 AGV的实际应用需求，进一步研究搬运AGV小车的性能要求，并针对其性能与技术要求，综合运用控制工程技术、机械工程技术、磁感应技术等进行AGV的整体设计，提出总体设计方案，包括总体车身结构与布局、各部分机械结构设计、驱动方式、导航与控制系统等等。其中，结合搬运式AGV的特点，对于其执行机构机械手的设计进行了重点介绍。

最后，本论文对盆栽搬运式AGV的总体设计工作进行了总结和展望。

关键词：自动引导小车；搬运；导航；机械手

Design of Robot for Potted Plant

ABSTRACT

With the development of automatic technology, automatic guided vehicle (AGV) is gradually applied to the field of agricultural automation. It is equipped with an automatic guided device such as electromagnetic or optical unit, capable of traveling along a specified guided path, and an unmanned automatic handling vehicle with safety protection. In order to solve the problem of frequent handling in pots in cultivated areas, this paper needs to design an orderly potted transportation system with AGV system as the core to further improve the application of AGV in agriculture and life.

This paper first studies and understands the different types of AGV on the basis of the relevant information of Chinese and foreign languages. It summarizes the development and application of AGV system technology in our country and abroad, and then analyzes the characteristics of AGV systematically. According to the actual application requirements of AGV in the subject, the performance requirements of AGV are further studied, and the overall design of AGV is put forward by using the control of engineering technology, mechanical engineering technology and magnetic induction technology for its performance and technical requirements. Including the overall body structure and layout, the various parts of the mechanical structure design, driving, navigation and control systems and so on. Among them, combined with the characteristics of handling AGV, the mechanical design of the manipulator of its implementation is introduced.

Finally, this paper summarizes and prospects the overall design work of potted transported AGV.

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Key words：Automatic guided car; handling; navigation；manipulator

目 录

1 绪论 1

1.1 本文的研究背景和意义 1

1.2 国内外AGV发展状况 2

1.2.1 国外AGV发展与现状 2

1.2.2 国内AGV发展与现状 2

1.3 AGV的分类 3

1.4 AGV的系统构成 4

1.5 本文主要研究内容 5

2 盆栽用机器人的总体方案设计 7

2.1 盆栽用AGV的设计要求 7

2.2 盆栽用AGV的主要性能参数 7

2.3 盆栽用AGV的系统技术构成 8

2.3.1 盆栽用AGV的车体结构和智能控制技术 8

2.3.2 盆栽用AGV的导引技术 9

2.3.3 盆栽用AGV的传感器技术 10

2.3.4 盆栽用AGV的直流电源技术 11

2.4 本章小结 12

3 盆栽用机器人的机械结构设计与部件选型 12

3.1 盆栽用机器人移动平台AGV结构总体设计简述 13

3.1.1 盆栽用机器人移动平台结构的驱动方案选择 13

3.1.2 盆栽用机器人移动平台机械结构设计 14

3.2 盆栽用机器人机械手结构总体设计简述 16

3.2.1 盆栽用机器人机械手结构的方案选择 16

3.2.2 盆栽用机器人机械手结构的驱动及传动方式 17

3.2.3 盆栽用机器人机械手结构设计 18

3.2.4 盆栽用机器人机械手驱动部件选型 20

3.3 本章小结 25

结 论 26

致 谢 27

参考文献 28

1 绪论

1.1 本文的研究背景和意义

本课题研究的是一种适用于农业中自动搬运农作物盆栽的装置，即移动式盆栽机器人。

当今社会，由于经济全球化，世界的经济都在迅速地发展，农业也走向现代化。在农业生产日常管理中，大规模农作物的播种、栽培、收割等作业都需要大量的人力和时间，增加了工作人员的劳动强度，而且有时会出现栽种密集和稀疏等等现象，在一定程度上降低了生产量，各国对与农业的自动化水平要求也愈来愈高。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。^[18] AGV是一种以充电电池为动力源，可以实现自动引导的无人驾驶型自动化物料搬运设备，具有节省人力、自动化、安全可靠、灵活稳定、便于维护等多种优点。在AGV核心控制系统的管理和监控下，AGV车辆会根据作业任务的要求，选择所规划的最合理的路径，精确行驶，在指定地点停车，完成一系列的工作，如取货、搬货行驶、卸货等。AGV 的设计与研究涉及到机械设计、控制技术、电子技术、导航技术、传感器技术以及无线传输技术等多个学科，是集光、机电、信息和计算机等为一体的高科技智能化产品。现今，世界发生着日新月异的变化，科技越来越进步，人们的创新能力越来越强，AGV 的研究与应用有了更大的发展平台与空间。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。^[17]农业智能AGV系统结合农作物生长环境远程监测系统，利用该机器人的视觉系统、专用执行机构以及多功能末端执行机构可以巡视和检测植株生长的微环境信息，比如光合作用、植株水分含量、根系温度以及电导率等等，即获取植株的生长状态，可以进一步为构建植物生长智能专家系统提供数据支撑。而基于知识决策的智能作物生长专家系统是实现温室作物高品质高产量的基础。^[2]因此本课题基于前任研究的基础上，借鉴国内外成功经验，重点研究AGV在农业上的应用，致力于解决盆栽用AGV的机械结构设计，从而推动AGV在现代化农业中的发展。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、可维护性的AGV具有非常重要的现实意义。

1.2 国内外AGV发展状况

1.2.1 国外AGV发展与现状

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，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。