XXXXXXX 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目 AGV 自動(dòng)導(dǎo)引小車的設(shè)計(jì) 英文題目 the Design of AGV Automatic Guided Vehicles 院 系 專 業(yè) 姓 名 年 級(jí) 指導(dǎo)教師 二零一五 年 六 月 本科生畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及 取得的研究成果 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外 本論文中沒有抄襲 他人研究成果和偽造數(shù)據(jù)等行為 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯稿與學(xué)校提交的相似度檢 測(cè)文本完全一致 論文 設(shè)計(jì) 作者簽名 日期 指 導(dǎo) 教 師 簽 名 日期 本科生畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 使用授權(quán)聲明 九江學(xué)院有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 的復(fù)印件 和磁盤 允許畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 被查閱和借閱 本人授權(quán)九江學(xué)院可以將本科畢 業(yè)論文 設(shè)計(jì) 的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索 可以采用影印 縮 印或其他復(fù)印手段保存 匯編畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 論文 設(shè)計(jì) 作者簽名 日期 指 導(dǎo) 教 師 簽 名 日期 摘 要 AGV 是自動(dòng)導(dǎo)引小車 Automated Guided Vehicle 的英文縮寫 它是指 電磁或光學(xué)自動(dòng)導(dǎo)引裝置的設(shè)備 能按照規(guī)定的行駛路徑 并具有安全保護(hù)功 能的作用 本次設(shè)計(jì)主要對(duì)自動(dòng)導(dǎo)引小車的發(fā)展歷史 種類以及小車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 和小車的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行說明 提出 AGV 導(dǎo)引小車設(shè)計(jì)的研究內(nèi)容 然后說明自 動(dòng)導(dǎo)引小車總體設(shè)計(jì) 對(duì)于傳感器的選用及規(guī)格參數(shù)也進(jìn)行詳細(xì)的論述及說明 在自動(dòng)導(dǎo)引小車的機(jī)械設(shè)計(jì)部分中對(duì)車輪軸和軸承的選取和校核進(jìn)行了比較全 面的分析 這也是本次設(shè)計(jì)的主要部分 然后再從小車的結(jié)構(gòu)出發(fā) 用 Pro E 對(duì)小車進(jìn)行三維建模 詳細(xì)伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選取 齒輪的設(shè)計(jì)與選取 還有 驅(qū)動(dòng)方式和車輪的選擇 最后說明傳感器的布置 接著對(duì)自動(dòng)導(dǎo)引小車的驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)和行駛過程也進(jìn)行了比較全面的分析論述 分析小車在行駛過程中的驅(qū)動(dòng) 力 行駛阻力 行駛的附著條件與附著率 以及主減速比的選擇和電源部分選 擇 這些都用來提高小車的性能 最后說明本次設(shè)計(jì)的結(jié)論和展望 在目前自 動(dòng)化的物流系統(tǒng)當(dāng)中 自動(dòng)導(dǎo)引小車將能夠充分發(fā)揮其高效率 高靈活性以及 經(jīng)濟(jì)性比較好的一些優(yōu)點(diǎn) 關(guān)鍵詞 AGV 自動(dòng)導(dǎo)引小車 行走策略 傳感器 電機(jī)驅(qū)動(dòng) I Abstract AGV is homing car Automated Guided Vehicle of English abbreviations It refers to the equipment of electromagnetic or optical automatic guiding device can drive path in accordance with the relevant provisions and have the function of the safety protection function This design mainly development history kinds of automatic guided vehicles and the car structure design and technical parameters of the car research content for the design of AGV guided the car Then explain overall design of automatic guided vehicles for the selection of sensors and the specification parameters are also discussed in detail and instructions In the mechanical design of the automatic guided vehicles parts and check the selection of car axle and bearing has carried on the comprehensive analysis it is also the main part of the design and then from the structure of the car car in Pro E 3 d modeling detailed selection of servo motor gear design and selection and drive mode and the choice of the wheel and pointed out the arrangement of sensors Then the drive system and the driving process of automatic guided vehicles is also carried on the comprehensive analysis this paper analysis the car in the driving force in the process of driving driving resistance adhesion conditions of road and adhesion rate as well as the selection of main reduction ratio and the power part these are used to improve the performance of the car Finally II the conclusion and outlook of the design are described In the current logistics system of automation automatic guided vehicles will be able to make full use of its high efficiency high flexibility and economy better some advantages Key words AGV automatic guided vehicle walking strategy sensor motor drive III 目 錄 前 言 1 第一章 緒論 2 1 1 關(guān)于 AGV 的說明及研究 2 1 2 AGV 的種類 2 1 3 國內(nèi)外 AGV 發(fā)展歷史及趨勢(shì) 3 1 4 AGV 的結(jié)構(gòu) 3 1 5 AGV 小車主要的技術(shù)參數(shù) 5 1 6 課題研究內(nèi)容 6 第二章 AGV 總體設(shè)計(jì) 7 2 1 AGV 機(jī)構(gòu)部分 7 2 2 AGV 電控部分 8 2 2 1 傳感器的選用 8 2 2 2 AGV 的控制部分 11 2 2 3 AGV 的執(zhí)行部分 12 2 3 本章小結(jié) 14 第三章 AGV 機(jī)械部分的設(shè)計(jì) 15 3 1 AGV 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 15 3 2 AGV 小車機(jī)械結(jié)構(gòu)與建模 16 3 2 1 三輪布置的 AGV 小車結(jié)構(gòu)與其建模 16 3 2 2 四輪布置的 AGV 小車結(jié)構(gòu)與其建模 18 3 3 伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選取及其參數(shù) 21 3 4 減速器的使用范圍及選取 25 3 5 軸的設(shè)計(jì)及其參數(shù)的計(jì)算 26 3 5 1 軸的設(shè)計(jì)方法 26 3 5 2 驅(qū)動(dòng)后輪軸的設(shè)計(jì) 27 3 5 3 車輪軸的受力分析和校核 28 3 5 4 車輪軸承的受力分析和校核 29 IV 3 6 齒輪的設(shè)計(jì)和選取 31 3 7 驅(qū)動(dòng)方式的選擇和車輪的選擇 33 3 8 本章小節(jié) 34 第四章 AGV 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 35 4 1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的部件 35 4 2 AGV 行駛過程的分析 36 4 2 1 AGV 小車行駛阻力的計(jì)算 36 4 2 2 AGV 小車行駛驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 38 4 3 AGV 行駛的附著條件與附著率分析 38 4 4 主減速比的選擇 40 4 5 電源的選擇 42 4 6 本章小節(jié) 43 第五章 結(jié)論 44 參考文獻(xiàn) 45 謝 辭 47 0 前 言 隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展 自動(dòng)化的設(shè)備越來越得到人們的青睞 首先 自動(dòng) 化的設(shè)備能使企業(yè)的生產(chǎn)操作更加人性化 更加的快捷方便 其次采用自動(dòng)化 的設(shè)備可以把一些比較繁重的體力勞動(dòng)交給自動(dòng)化的設(shè)備來進(jìn)行處理 這樣可 以極大地提高企業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率 降低企業(yè)的生產(chǎn)成本 還有自動(dòng)化設(shè)備有助 于提高社會(huì)生產(chǎn)力 系統(tǒng)推動(dòng)工業(yè)飛速發(fā)展 提高生產(chǎn)能力 工作質(zhì)量 使工 作地的安全性和可靠性都能得到顯著的提高 而且調(diào)整和維修方便 目前 在自動(dòng)化設(shè)備的發(fā)展過程中 企業(yè)越來越看重自己的生產(chǎn)成本與生 產(chǎn)效率 自動(dòng)導(dǎo)引小車就是結(jié)合企業(yè)在自動(dòng)化生產(chǎn)中的這個(gè)需求得到了廣泛的 應(yīng)用和發(fā)展 本次設(shè)計(jì)的課題是 AGV 自動(dòng)導(dǎo)引小車設(shè)計(jì) 主要針對(duì)自動(dòng)導(dǎo) 引小車的傳感器 車輪軸與軸承 伺服電動(dòng)機(jī) 傳動(dòng)齒輪進(jìn)行了詳細(xì)的論述和 分析 對(duì)它們選取過程以及校核等進(jìn)行了說明 其次重點(diǎn)針對(duì)自動(dòng)導(dǎo)引小車行 駛過程中所受到的各種力以及小車行駛條件進(jìn)行了詳細(xì)的說明 這也是本次設(shè) 計(jì)研究的重點(diǎn)問題 更多的細(xì)節(jié)問題將會(huì)在下面的章節(jié)中進(jìn)行更為細(xì)致的討論 1 第一章 緒論 1 1 關(guān)于 AGV 的說明及研究 AGV Automatic Guided Vehicle 自動(dòng)導(dǎo)引 AGV 小車 自動(dòng)導(dǎo)引小車不僅 可以用于物料的輸送 而且具有裝載貨物的功能 還可以全自動(dòng)移動(dòng)到另一個(gè) 地方 把所載的貨物自行能夠卸下來的一個(gè)智能自動(dòng)化的小車 自動(dòng)導(dǎo)引小車 通常以電池作為其的動(dòng)力的提供者 但現(xiàn)在有些制造商使用非接觸能量傳輸系 統(tǒng)作為 AGV 小車的動(dòng)力源 自動(dòng)導(dǎo)引小車運(yùn)動(dòng)特性跟其它車輛一樣采用的是輪 子 與其它不是以輪子運(yùn)動(dòng)為特性的 爬行或者是步行機(jī)器人 相比較 AGV 小車不管是在其速度上 工作效率上 還是在其結(jié)構(gòu)上優(yōu)點(diǎn)都是比較突出 而 且控制性和操作性比較簡單 安全性方面也是特別可靠的 AGV 小車還有一個(gè) 比較好的優(yōu)點(diǎn)是如果在其使用的路徑上有其它的運(yùn)輸設(shè)備 則這些設(shè)備不需要 另外鋪設(shè)軌道或者是其它的一些裝置 而且小車對(duì)場(chǎng)地的寬度 道路和空間的 使用相對(duì)來說都是比較低的 所以在現(xiàn)在企業(yè)比較自動(dòng)化物流的一些系統(tǒng)中 自動(dòng)導(dǎo)引小車的性能發(fā)揮的特別好 而且顯現(xiàn)出其無人操作的自動(dòng)化的高水平 自動(dòng)導(dǎo)引小車一些自動(dòng)化的動(dòng)作也就是命令 還有它工作過程中行走的路徑都 是由電腦來進(jìn)行操作控制的 有的一些小車以電磁軌道作為它的行進(jìn)路徑 在 現(xiàn)在自動(dòng)化的運(yùn)輸物流過程的系統(tǒng)中 搬運(yùn)和裝卸是無非是一個(gè)比較關(guān)鍵的節(jié) 點(diǎn) 因?yàn)樗谖锪鬟\(yùn)輸過程中使用的次數(shù)是最多的 也是物流費(fèi)用中占比比較 大的部分 正是因?yàn)樽詣?dòng)導(dǎo)引小車的自動(dòng)化程度比較高 不僅能夠充電 而且 外表精巧簡潔 所以可以將企業(yè)的側(cè)面形象提升到另一個(gè)層面 綜上 自動(dòng)導(dǎo) 引小車是作為一種工具 在各種場(chǎng)合都可以配上它來使用 其發(fā)展勢(shì)頭非常好 所以 AGV 小車的發(fā)展的速度也非?？?1 2 AGV 的種類 自動(dòng)導(dǎo)引小車的種類 無軌型和有軌型兩種 在地面上或者在一定的空間中具有機(jī)械式導(dǎo)向的軌道稱為是有軌型的自動(dòng) 導(dǎo)引小車 有軌型的自動(dòng)導(dǎo)引小車的結(jié)構(gòu)比較牢靠 承載的能力也比較大 成 本不高 尤其是無軌型的技術(shù)方面相對(duì)來說比較成熟以及可靠性好 定位的準(zhǔn) 2 確精度較高 在直線或環(huán)線的雙向物流系統(tǒng)中經(jīng)常用到 自動(dòng)沿著電腦預(yù)先設(shè) 置好的路徑工作的小車稱為無軌型的自動(dòng)導(dǎo)引小車 1 3 國內(nèi)外 AGV 發(fā)展歷史及趨勢(shì) 自動(dòng)導(dǎo)引小車首先在美國起源 然后在歐洲發(fā)展 接著在日本發(fā)展 最后 來到了中國 1913 該公司第一次使用美國福特汽車引導(dǎo)車跟蹤 這是 AGV 自 動(dòng)導(dǎo)引車的早期發(fā)展 經(jīng)過美國福特汽車公司以后 AGV 小車在英國得到了很 快的提高 電磁導(dǎo)引的自動(dòng)導(dǎo)引小車就是英國最先研發(fā)出來的 原先得 AGV 小 車需要鋪設(shè)軌道 而電磁導(dǎo)引使用使 AGV 小車擺脫這些缺點(diǎn) 因此 AGV 的運(yùn)用 變得更加的簡單 到了 60 年代初期 自動(dòng)導(dǎo)引小車在歐洲經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)下使其得 到了更好的推廣和應(yīng)用 到了 80 年代 日本對(duì)這一方面進(jìn)行了進(jìn)一步的研究 這樣便推出了擁有磁導(dǎo)航技術(shù)的自動(dòng)導(dǎo)引小車 使得自動(dòng)導(dǎo)引小車的穩(wěn)定性大 大得到了提升 自動(dòng)導(dǎo)引小車也大量運(yùn)用在了汽車領(lǐng)域 而且隨著中日企業(yè)的 深入交流 我們國內(nèi)的很多企業(yè)也感覺到自動(dòng)導(dǎo)引小車不僅能為企業(yè)節(jié)省人力 而且還能節(jié)省不必要的成本 以及提高工作的效率具有非常好的效果 因此近 些年來自動(dòng)導(dǎo)引小車在國內(nèi)也得到了很快的發(fā)展 從自動(dòng)導(dǎo)引小車各個(gè)技術(shù)層 面來看 其最為關(guān)鍵也最為重要的一項(xiàng)技術(shù)自動(dòng)導(dǎo)引技術(shù) 磁感應(yīng)導(dǎo)引現(xiàn)在得 到了非常廣泛的應(yīng)用 現(xiàn)在一些企業(yè)采用的主要是激光導(dǎo)引 而視覺導(dǎo)引也引 起了人們的高度關(guān)注 現(xiàn)在慣性導(dǎo)引 超聲波導(dǎo)引和磁釘一陀螺導(dǎo)引也引起了 人們非常大的興趣和關(guān)注度 1 4 AGV 的結(jié)構(gòu) 引導(dǎo) AGV 小車的原理是通過電腦預(yù)先進(jìn)行編程小車所要行走的路徑 小車 在行走的時(shí)候 當(dāng)電壓由數(shù)字編碼器和預(yù)編程的軌跡的位置被檢測(cè)到偏差信號(hào) 時(shí) 控制器會(huì)根據(jù)檢測(cè)出的偏差信號(hào)對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整 然后偏差將會(huì) 被糾正 這樣會(huì)讓 AGV 小車能根據(jù)預(yù)先設(shè)定的路徑運(yùn)動(dòng) 因此 小車在行駛過 程中 數(shù)字編碼器需要連續(xù)檢測(cè)來調(diào)整電機(jī)的速度 避免出現(xiàn)偏差以對(duì)整個(gè)系 統(tǒng)進(jìn)行很好的控制 自動(dòng)導(dǎo)引小車通過兩個(gè)固定式的后輪驅(qū)動(dòng)使其能夠運(yùn)動(dòng) 轉(zhuǎn)向功能是通過 差速來保證的 萬向輪是兩個(gè)前輪 它的作用除了轉(zhuǎn)向外還有支撐跟平衡的作 3 用 這是四輪結(jié)構(gòu)的形式 自動(dòng)導(dǎo)引小車主要包括車體 車架 車輪 載荷傳 送裝置 驅(qū)動(dòng)裝置以及動(dòng)力系統(tǒng)六個(gè)大的部分 下面是每個(gè)部分的介紹 1 車體 由底盤 車架 殼體 控制室和相應(yīng)的機(jī)械電氣結(jié)構(gòu)構(gòu)成了整個(gè)車體 是 AGV 的基礎(chǔ)部分 結(jié)構(gòu)特征與一些電動(dòng)車輛的相似 而且能夠自動(dòng)作業(yè)沒有人 駕駛小車的一些要求 車架焊接一般用鋼構(gòu)件而 如果小車的重心比較低 那 么小車的抗傾翻能力就比較高 2 車架 車架是整個(gè)自動(dòng)導(dǎo)引小車的支架 輪子 光感應(yīng)器 伺服電機(jī)和減速器等 都安裝在車架上 車架設(shè)計(jì)的基本要求是它的強(qiáng)度和硬度都要比較大 所以車 架材料一般選用鑄造鋁合金 以為鑄造鋁合金質(zhì)量比較大 在焊接的時(shí)候性能 也比較好 3 車輪 一般用實(shí)心的橡膠輪胎作為自動(dòng)導(dǎo)引小車的車輪 4 載荷傳送裝置 自動(dòng)導(dǎo)引小車的載荷傳遞裝置是一種平板的結(jié)構(gòu) 通過荷載傳遞裝置運(yùn)輸 箱型的東西到指定位置 也可以運(yùn)輸材料等 5 驅(qū)動(dòng)裝置 驅(qū)動(dòng)裝置是自動(dòng)導(dǎo)引小車的驅(qū)動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng) 能對(duì)小車的速度和制動(dòng)進(jìn)行控 制 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 減速器 電機(jī) 控制與驅(qū)動(dòng)器都是驅(qū)動(dòng)裝置所包含的 其一般 是閉環(huán)和開環(huán)兩種模式 以交流伺服電機(jī)為主的閉環(huán)模式 步進(jìn)電機(jī)為主的是 開環(huán)模式 6 動(dòng)力系統(tǒng) 現(xiàn)在蓄電池是自動(dòng)導(dǎo)引小車動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)能量的來源 用蓄電池的電能轉(zhuǎn) 化為機(jī)械能驅(qū)動(dòng)小車以及車上的附屬設(shè)備按照預(yù)先設(shè)定軌跡行進(jìn) 根據(jù)車型的 不同 以及不同車型的運(yùn)行和載荷量的不同會(huì)有不同功率的蓄電池組合體 一 般交流電壓有 12V 24V 48V 及 72V 4 1 5 AGV 小車主要的技術(shù)參數(shù) 圖 1 1 自動(dòng)導(dǎo)引小車實(shí)物結(jié)構(gòu)圖 1 AGV 小車的額定載重量 車體上總的物體的重量 2 AGV 小車自重 指 AGV 小車與其車上電池加起來的重量 3 AGV 小車的尺寸 是指小車的長度尺寸 寬度尺寸 外部的高度尺寸 這個(gè)尺寸應(yīng)與 AGV 小車所放東西的尺寸以及小車所經(jīng)過的道路的寬窄相兼容 4 停位的精度 指 AGV 小車的停車的位置與預(yù)先設(shè)定好的位置的差值 5 AGV 小車最小轉(zhuǎn)彎半徑 在空載時(shí)的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向 瞬時(shí)轉(zhuǎn)向 中心到汽車縱向中心線的距離 最小轉(zhuǎn)彎半徑是由車輛曲線確定 半徑越小 顯示其良好的可操作性 6 運(yùn)行速度 自動(dòng)導(dǎo)引小車在汽車在額定負(fù)載下運(yùn)動(dòng)達(dá)到的最高速度就 是其運(yùn)行速度 AGV 小車的工作周期多少和效率的好壞都是由運(yùn)行速度來決定 的 7 工作時(shí)間 指自動(dòng)導(dǎo)引小車完成工作周期所需的時(shí)間 8 運(yùn)載類別 指自動(dòng)導(dǎo)引小車所運(yùn)輸?shù)奈锪系念愋?9 移載方式 指自動(dòng)導(dǎo)引小車以其它裝置來進(jìn)行行走和轉(zhuǎn)向功能的一種 運(yùn)動(dòng)形式 10 驅(qū)動(dòng)形式 指自動(dòng)導(dǎo)引小車以其它裝置為其提供驅(qū)動(dòng)行駛和進(jìn)行轉(zhuǎn) 向 5 1 6 課題研究內(nèi)容 自動(dòng)導(dǎo)引小車是智能化的汽車技術(shù) 作為目前一種較為重要的自動(dòng)化設(shè)備 在當(dāng)前企業(yè)物流系統(tǒng)中已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)方面 本次設(shè)計(jì)主要從 AGV 的機(jī)械 部分的設(shè)計(jì)出發(fā) 得出總體設(shè)計(jì)的一些指標(biāo) 然后再對(duì)其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分析 得到驅(qū)動(dòng)方式跟車輪的選擇以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)部件的選擇與校準(zhǔn) 6 第二章 AGV 總體設(shè)計(jì) 2 1 AGV 機(jī)構(gòu)部分 上一章講到載荷傳送裝置 車架 車體 驅(qū)動(dòng)裝置 動(dòng)力系統(tǒng)和車輪是 AGV 的主要組成部分 自動(dòng)導(dǎo)引小車的基礎(chǔ)部分是車架和相應(yīng)的機(jī)械部分和電 氣部分 也就是車體的部分 車架設(shè)計(jì)的基本要求是它的強(qiáng)度和硬度都要比較 大 一般用 1mm 3mm 鋼焊接鋼板或鋁合金板 可以減少汽車的重量 要防側(cè)翻 則取決于小車的重心 自動(dòng)導(dǎo)引小車一般用 12V 24V 48V 及 72V 電池作為其能量以驅(qū)動(dòng)小車 電池要確保其工作至少 8h 多 由于不同的工作和不同的工作環(huán)境的影響 其應(yīng) 該滿足基本的要求 自動(dòng)導(dǎo)引小車驅(qū)動(dòng)命令由計(jì)算機(jī)發(fā)出 驅(qū)動(dòng)的速度大小以 及方向都是由計(jì)算機(jī)來進(jìn)行控制的 在工作的過程中可以用不同的方法來調(diào)整 速度 AGV 小車在不同的工作狀態(tài)下所要求的行駛速度是不一樣的 高速直線 轉(zhuǎn)停 接近站點(diǎn)時(shí) sm 1sm 6 0 2 sm 1 0 一般由地面控制器發(fā)出的控制指令系統(tǒng) 它將通過通信系統(tǒng)返回地面控制 器 連續(xù)模式和分散模式是通信系統(tǒng)中兩種主要的模式 連續(xù)模式的通信系統(tǒng) 可以在任何位置以允許自動(dòng)導(dǎo)引小車在任何時(shí)間相對(duì)地面控制器可以使用射頻 的方法 或在通信電纜導(dǎo)向路徑中發(fā)送和接收信息 如用紅外激光通信法 分 散模式的通信是系統(tǒng)在 AGV 小車計(jì)劃好的地方與地面控制器傳送 其一般通過 感應(yīng)光或者是利用光學(xué)的方法來實(shí)現(xiàn) 當(dāng) AGV 小車與地面控制站得不到聯(lián)系的 時(shí)候說明兩者通信之間存在故障 之所以現(xiàn)在很多車用這個(gè)原因是由于分散模 式相對(duì)于連續(xù)模式價(jià)格比較便宜 對(duì) AGV 自動(dòng) 導(dǎo)引小車安全性來說 其安全 性首先關(guān)系到 AGV 小車本身的一些基本防護(hù) 最主要的是對(duì)人不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的 狀況 還有就是對(duì)一些地面設(shè)備和物品的保護(hù)到位 自動(dòng)導(dǎo)引小車的導(dǎo)引方式可分為兩大類 一類是配備一個(gè)路徑的導(dǎo)引裝置到 小車上 而把引導(dǎo)傳感器放置在小車所要運(yùn)行的路徑上 其中電磁導(dǎo)引的方式 就是這樣的 另一類是沒有固定方式的自由路徑進(jìn)行導(dǎo)引 通過計(jì)算機(jī)的控制 AGV 小車自動(dòng)調(diào)節(jié)方位 然后自主地決定所要行駛路徑 7 2 2 AGV 電控部分 2 2 1 傳感器的選用 1 紅外線傳感器的選用 1 下面是紅外傳感器導(dǎo)引路徑原理 由于地面的顏色和色帶的顏色是不一樣的 把地面顏色和色帶的顏色對(duì)比 黑 色帶選擇在光線明亮的地面 白色帶選擇在光線灰暗的地面 自動(dòng)導(dǎo)引小車配 備的光源可以照亮色帶 根據(jù)下圖 2 1 可以形象的看出 小車上的光源經(jīng)過反 射后 通過光傳感器進(jìn)行接收 然后由傳感器到達(dá)檢測(cè)回路進(jìn)行檢測(cè) 當(dāng)檢測(cè) 到小車行走的路徑有偏差時(shí) 再到運(yùn)算回路進(jìn)行偏差的計(jì)算 最后到達(dá)驅(qū)動(dòng)回 路進(jìn)行控制然后對(duì)小車的運(yùn)行路徑的偏差馬上進(jìn)行一個(gè)糾正回到原來的位置 因此 自動(dòng)導(dǎo)引小車其可以始終沿著設(shè)定好的色帶的軌跡運(yùn)行 固態(tài)紅外發(fā)光 二極管和固態(tài)光敏二極管 或光敏三極管 都屬于紅外線光電傳感器 圖2 1 光學(xué)導(dǎo)引原理圖 2 紅外線導(dǎo)引路徑的方法 方法一 發(fā)光利用的是發(fā)光二極管 接收利用的是光敏二極管 黑帶用來吸收可見光 所以發(fā)光二極管發(fā)出的光到黑帶將會(huì)被吸收 輸出 端的電平比較低的原因是光敏二極管檢測(cè)到的信號(hào)為高阻抗所導(dǎo)致的 光敏二 極管接收到反射的可見光信號(hào)后其為低阻抗 輸出端此時(shí)為高電平 這個(gè)可見 光是由發(fā)光二極管發(fā)出的 由于環(huán)境對(duì)可見光光敏二極管有一定的影響 所以 其電路的穩(wěn)定性不是很好 方法二 可見光用光敏電阻接收進(jìn)行檢測(cè) 8 該電路采用T型網(wǎng)絡(luò) 可以避免比較大的反饋電阻 也可以提高其輸入的阻 抗 可見光信號(hào)由光敏電阻檢測(cè) 光敏電阻的檢測(cè)到黑帶輸出端的電平相對(duì)較 低 光是電路的輸出是比較高的 信號(hào)反饋給單片機(jī) 由點(diǎn)偏激控制小車的轉(zhuǎn) 向 由正負(fù)電源 加上環(huán)境對(duì)光敏電阻的影響 其電路的穩(wěn)定性也不是很好 方法三 紅外線發(fā)射用紅外發(fā)射管 接收用紅外線二極管進(jìn)行 耦合發(fā)射和接收紅外線信號(hào) 外面的可見光紅外光敏三極管接收到的信號(hào) 和輻射源輸出隔離信號(hào)影響不大 變成電壓信號(hào)以后 通過LM399紅外信號(hào)接收 機(jī)進(jìn)行比較 具有的高電平或者低電平最后回到了單片機(jī) 3 具體設(shè)計(jì)的要求 根據(jù)價(jià)格便宜 易于實(shí)現(xiàn) 可靠性好的這三個(gè)原則 因此通過方法三 AGV 小車的穩(wěn)定性能得到提升 當(dāng)出現(xiàn)較低的電平說明紅外收發(fā)器遇到了黑帶 要 不然就是較高的電平 由程序控制AGV小車的方向是在中斷查詢的模式下進(jìn)行的 不同的傳感器會(huì)有不同的應(yīng)用程序 其檢測(cè)即感應(yīng)的范圍從幾毫米到幾米 遠(yuǎn)的范圍 通過合理的選擇 使用 反射式紅外線傳感器 因?yàn)檫@個(gè)FS359 傳感器相對(duì)于其它傳感器安裝比較簡單 并且為了滿足垂直距離 的檢測(cè)10cm 5 目的 通常來說一般的紅外線傳感器做到這一點(diǎn)是比較難的 在電流 發(fā)A4 射過程中使用 沒有強(qiáng)烈的陽光 房間里的熒光燈 距離可達(dá)8cm進(jìn)行干擾檢測(cè) 完全可以滿足探測(cè)距離要求 2 超聲波傳感器的選用 1 超聲波感器避免碰撞的原理 超聲波發(fā)射后當(dāng)遇到障礙物時(shí) 其波將會(huì)被反射回來 通過把超聲波發(fā)射 波和接收被反射回來波的總的時(shí)間 測(cè)得 則可求出距離 此距離就是t Ct 2 S 超聲波所測(cè)的距離 其中 為超聲波的波速 我們知道由于溫度的變化會(huì)影C 響超聲波的波速 所以在使用的時(shí)候 超聲波波速保持基本不變的前提溫度 變化的范圍比較小 否則就要加以糾正 一般用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ枰约m正溫度 下圖2 2是超聲波測(cè)距儀原理框圖 9 圖2 2 超聲波測(cè)儀原理圖 2 超聲波模塊功能介紹 1 根據(jù)三種不同的測(cè)距模式來選擇跳線 1J 短距 左右 中距 左右 可調(diào)距 其范圍由可調(diào)cm80 cm40 8 節(jié)參數(shù)來選擇 前兩種模式都由由被測(cè)物表面的材料來進(jìn)行選擇 2 單模組和多模組的使用 單模組的使用 應(yīng)用于測(cè)量與障礙物之間距離的實(shí)驗(yàn) 它是單傳感器 多模組的使用 根據(jù)模組上提供的接口 由幾個(gè)模組串聯(lián)在一起組65J 成陣列式的傳感器組 它是陣列式的傳感器 3 應(yīng)用方便 可用于小范圍內(nèi)的距離的測(cè)量 機(jī)器人檢測(cè) 障礙物檢測(cè) 可用于驗(yàn)證汽 車倒車?yán)走_(dá)及家居安全系統(tǒng)驗(yàn)證中的應(yīng)用方案 3 規(guī)格參數(shù) 超聲波傳感器的諧振頻率 KHz40 模組傳感器中的工作電壓 V9 5 模組接口的電壓 尺寸 cm0748 6 如下圖 2 3 所示是自動(dòng)導(dǎo)引小車導(dǎo)引系統(tǒng)傳感器的安裝位置 本次設(shè)計(jì)使 用五個(gè)紅外線傳感器 AGV 小車用于跟蹤白色導(dǎo)引線的紅外線傳感器下圖中間 的 2 號(hào) 3 號(hào)和 5 號(hào) 取黑色導(dǎo)引線寬為 100mm 那么灰度傳感器 2 號(hào) 3 號(hào)和 5 號(hào)之間的距離也為 100mm 這樣有利于更好的接收信息 當(dāng)自動(dòng)導(dǎo)引小車處于 垂直交叉路口或者在拐彎的地方時(shí)由左右兩邊的號(hào)和 4 號(hào)兩個(gè)紅外線傳感器檢 10 測(cè)來傳遞信息 圖 2 4 所示導(dǎo)引系統(tǒng)局部放大圖 右 前 輪左 前 輪 號(hào) 灰 度 傳 感 器黑 色 引 導(dǎo) 帶 圖 2 3 導(dǎo)引系統(tǒng)安裝位置圖 圖 2 4 導(dǎo)引系統(tǒng)局部放大圖 2 2 2 AGV 的控制部分 自動(dòng)導(dǎo)引小車的控制過程分析 當(dāng)紅外傳感器接收到反射信號(hào)將被立即傳 送給單片機(jī) 再由單片機(jī)判斷有無反射信號(hào)然后進(jìn)行處理 與此同時(shí)超聲波傳 感器也將信號(hào)傳送給單片機(jī) 感應(yīng)的時(shí)間通過單片機(jī)分析后進(jìn)行處理 根據(jù)輸 出的控制信號(hào)路徑的綜合分析 然后 AGV 小車的動(dòng)作通過控制電路對(duì)控制信號(hào) 進(jìn)行一定的放大后輸入到電機(jī)后調(diào)整 整個(gè)控制過程無需光電編碼器 在電動(dòng) 機(jī)狀態(tài)沒有反饋的狀態(tài)下 通過傳感器輸入整個(gè)信息 這個(gè)過程屬于開環(huán)控制 其電控系統(tǒng)示意圖如圖 2 5 所示 圖 2 5 電控系統(tǒng)示意圖 信息源的多少是由開環(huán)控制的 在這里信息源和單片機(jī)分析分?jǐn)?shù)據(jù)都是不 11 怎么多的 通常把單片機(jī)作為控制器普遍使用 單一的信息源造成輸入的信息 是沒有糾錯(cuò)能力是開環(huán)控制的主要的缺點(diǎn) 那么只有保證信息源的可靠性是開 環(huán)控制很好的一個(gè)方法 本次設(shè)計(jì)所使用的單片機(jī)是 AT89C51 其實(shí)物圖如圖 2 6 所示 AT89C51 單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是指令簡單 外圍電路和 I O 輸入 輸出操 作也比較簡單 硬件設(shè)計(jì)方便 無方向寄存器 資源豐富 而且價(jià)格便宜 比 較容易購買 最后使整個(gè)自動(dòng)導(dǎo)引小車完成所設(shè)計(jì)的控制任務(wù) 圖 2 6 AT89C51 單片機(jī) 由此確定自動(dòng)導(dǎo)引小車的設(shè)計(jì)總體思路 通過紅外傳感器作為導(dǎo)航 單片機(jī) 為控制器 電機(jī)差動(dòng)式實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向 根據(jù)預(yù)設(shè)路線 實(shí)現(xiàn) AGV 導(dǎo)航定位策略的方 式及用最簡單的設(shè)置 最少的器械部件 需要部件如下表 2 1 所示 表 2 1 名稱 數(shù)量 紅外傳感器 4 超聲波傳感器 1 車體 1 交流電動(dòng)機(jī) 2 蓄電池 2 電源穩(wěn)壓模塊 1 控制電路 1 單片機(jī) 1 2 2 3 AGV 的執(zhí)行部分 車輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是在車輪驅(qū)動(dòng)速度知道的前提下 通過小車的運(yùn)行速度和 車輪角速度運(yùn)動(dòng)的機(jī)制來分析的 由自動(dòng)導(dǎo)引小車汽車底盤結(jié)構(gòu)的形式我們可 以確定小車的導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)兩個(gè)系統(tǒng)不能單獨(dú)分開工作 本次自動(dòng)導(dǎo)引小車的設(shè) 12 計(jì)采用的底盤為四輪式的底盤 后面的兩個(gè)主動(dòng)輪通過差速來進(jìn)行小車的驅(qū)動(dòng) 以及進(jìn)行小車的導(dǎo)向 在這個(gè)過程中 車輪的轉(zhuǎn)速是通過控制兩個(gè)交流伺服電 機(jī)的電壓來控制的 而這兩個(gè)交流伺服電機(jī)是用來驅(qū)動(dòng)兩個(gè)主動(dòng)輪 即小車后 面的兩個(gè)輪子 轉(zhuǎn)向是通過兩個(gè)輪子的速度的不同來實(shí)現(xiàn)的 自動(dòng)導(dǎo)引小車如 果需要停車時(shí)只需按下小車操作面板的緊急制動(dòng)按鈕開關(guān)來對(duì)車輪進(jìn)行制動(dòng) 小車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是通過使用紅外線導(dǎo)引技術(shù)來執(zhí)行的 以下分析自動(dòng)導(dǎo)引小車 的轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng) 圖 2 7 是 AGV 小車在轉(zhuǎn)彎時(shí)的情況分析 假設(shè) AGV 小車質(zhì)量分布是均勻的 并且以速度 勻速進(jìn)行轉(zhuǎn)彎 距離是 是 AGV 小車兩個(gè)主動(dòng)輪的間距 AGV 小VD 車轉(zhuǎn)彎半徑 為轉(zhuǎn)彎圓心與兩主動(dòng)輪中心的距離 車輪半徑為 為兩R r21N 輪的轉(zhuǎn)速 是車重 為小車與行駛路面的摩擦系數(shù) 可有 G RVDrNgR2 2 12 取 小車質(zhì)量 約為 取摩擦系數(shù) 取smV 1 Gkg500196 通過后面章節(jié)選取 R0 圖 2 7 小車轉(zhuǎn)彎分析圖 下面是自動(dòng)導(dǎo)引小車在行進(jìn)過程中的動(dòng)作 1 直線行進(jìn)時(shí) 直線路徑一般是小車在比較長的直線通道上的快速行進(jìn) 直線上的行走能 13 夠節(jié)省時(shí)間 當(dāng)檢測(cè)到有彎道時(shí)將結(jié)束 2 特殊路徑的行進(jìn) 用于特殊路徑的慢速前進(jìn) 如在小車的行走中 由于導(dǎo)航白線折彎 前置 傳感器丟失了白線 小車減速行走 當(dāng)中置傳感器檢測(cè)到白線后 根據(jù)時(shí)間的 長短來判定 使小車向探測(cè)到白線的哪一個(gè)中置傳感器方向轉(zhuǎn)彎 直到兩個(gè)前 置傳感器回到白線上 當(dāng)前置傳感器檢測(cè)到白線將結(jié)束此過程 其特點(diǎn)是兩個(gè) 前置傳感器同時(shí)在線外的時(shí)候 小車自動(dòng)旋轉(zhuǎn)尋回直線 3 左轉(zhuǎn)彎時(shí) 用于向左的轉(zhuǎn)彎 當(dāng)小車在行進(jìn)過程中需要左轉(zhuǎn)彎時(shí) 此時(shí)小車左邊的中 置傳感器探測(cè)到白線 會(huì)使小車向左轉(zhuǎn)彎 直到兩個(gè)前置傳感器回到白線上 前置傳感器檢測(cè)到白線將結(jié)束整個(gè)過程 4 右轉(zhuǎn)彎時(shí) 用于向右的轉(zhuǎn)彎 當(dāng)小車在行進(jìn)過程中需要右轉(zhuǎn)彎時(shí) 此時(shí)小車右邊的中 置傳感器探測(cè)到白線 會(huì)使小車向右轉(zhuǎn)彎 直到兩個(gè)前置傳感器回到白線上 前置傳感器檢測(cè)到白線將結(jié)束整個(gè)過程 5 停車時(shí) 用于停車 最后結(jié)束 2 3 本章小結(jié) 本章是自動(dòng)導(dǎo)引小車總體設(shè)計(jì) 主要針對(duì)機(jī)構(gòu)部分和電控部分作了詳細(xì)的 說明 電控分別對(duì)傳感器 控制部分和執(zhí)行部分進(jìn)行了討論和分析 以及紅外 傳感器和超聲波傳感器的選擇以及確定詳細(xì)的規(guī)格進(jìn)行了說明 還有傳感器的 布局參數(shù)分析 14 第三章 AGV 機(jī)械部分的設(shè)計(jì) 3 1 AGV 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 自動(dòng)導(dǎo)引小車在機(jī)械設(shè)計(jì)的總體規(guī)劃根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合 它的外觀造型 是尤為重要 如果小車的造型完美大氣 那么在工作場(chǎng)合會(huì)給繁忙的人們一種 很好的親和力和一定的安全感 緩解人們緊張的心里狀況可能會(huì)有所幫助 所 以在小車機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中 需要注意它的外觀造型 自動(dòng)導(dǎo)引小車的整車框架是用來裝配零件的主要的支撐支架 也是小車在 運(yùn)行過程中比較重要的一個(gè)裝置 其主要分為兩部分 第一部分是主框架結(jié)構(gòu) 是一個(gè)垂直的用于各種控制和通信設(shè)備的安裝框架 也就是立體型的框架結(jié)構(gòu) 第二個(gè)部分是副框架結(jié)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)和各種傳感器 還有小車的輪子就安裝 在副框架上 為了維修和拆卸的方便 主框架結(jié)構(gòu)和副框架結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)結(jié)是 可拆卸的 自動(dòng)導(dǎo)引小車的整車框架小車的主要部分 其對(duì)小車的整個(gè)車的精 度有非常大的影響 所以在設(shè)計(jì)過程 AGV 小車應(yīng)保證 1 整個(gè)車的強(qiáng)度和剛度應(yīng)該符合其加速和承載時(shí)的要求 2 確保小車強(qiáng)度和剛度的前提下來降低車身重量 這樣一來可以更多加大 小車的承載貨物的多少 3 為了使不發(fā)生側(cè)翻或者危險(xiǎn)的側(cè)傾 盡量降低小車的重心 4 防止與其他物體發(fā)生碰撞 小車外面輪廓盡量不要出現(xiàn)突出的部分 所以為了更好地滿足實(shí)際任務(wù)的需要 自動(dòng)導(dǎo)引小車設(shè)計(jì)參數(shù)及性能指標(biāo) 設(shè)計(jì)為 外型尺寸 m306920 額定載重 kg5 承載高度 行走車速 最高時(shí)速設(shè)定為 s 1 正常運(yùn)行時(shí)速設(shè)定為 sm 83 0 2 機(jī)械傳動(dòng)方式 三輪布置結(jié)構(gòu)和四輪布置結(jié)構(gòu) 本次設(shè)計(jì)采用四輪布置結(jié) 構(gòu) 15 充電方式 外置充電器 車輪直徑 mD250 自動(dòng)導(dǎo)引小車體外部其它一些輔助系統(tǒng)安裝會(huì)對(duì)小車行駛和轉(zhuǎn)向造成一定 的影響 為了使不發(fā)生側(cè)翻或者危險(xiǎn)的側(cè)傾 盡量降低小車的重心 圖 為1 3 車體實(shí)物外型 圖 3 1 小車車體實(shí)物外型 3 2 AGV 小車機(jī)械結(jié)構(gòu)與建模 自動(dòng)導(dǎo)引小車機(jī)械結(jié)構(gòu)尤為重要的部分 也是其核心的部分是它的輪系結(jié) 構(gòu) 小車的最大運(yùn)行速度 最小轉(zhuǎn)彎半徑以及小車的運(yùn)行在導(dǎo)引路徑的精度的 準(zhǔn)確性等都受到了其輪系結(jié)構(gòu)的直接影響 驅(qū)動(dòng)輪 從動(dòng)輪和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是 AGV 小車輪系結(jié)構(gòu)的主要組成部分 現(xiàn)在的 AGV 小車的常見結(jié)構(gòu)根據(jù) AGV 小車不同 的適用場(chǎng)合的不同以及性能的要求的不同現(xiàn)在比較常見的輪系結(jié)構(gòu)有三輪布置 的結(jié)構(gòu)和四輪布置的結(jié)構(gòu) 利用前輪來進(jìn)行轉(zhuǎn)向和驅(qū)動(dòng)輪的小車其輪系結(jié)構(gòu)是 三輪布置的結(jié)構(gòu) 利用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪 差速轉(zhuǎn)向或者前面兩個(gè)輪子進(jìn)行轉(zhuǎn)向的小 車其輪系結(jié)構(gòu)是四輪布置的結(jié)構(gòu) 3 2 1 三輪布置的 AGV 小車結(jié)構(gòu)與其建模 三輪布置結(jié)構(gòu)的自動(dòng)導(dǎo)引小車的結(jié)構(gòu)布局具有優(yōu)點(diǎn)是其機(jī)構(gòu)的組成比較簡 單 只要考慮車體的重心位置的合理性就可以了 而且車輪與地面的是否可以 接觸不需要特殊的其它設(shè)備來保持 主要原因是三輪布置結(jié)構(gòu)的小車前輪是一 個(gè)自由輪 兩個(gè)后輪差速進(jìn)行驅(qū)動(dòng) 如圖 3 2 所示 16 圖 3 2 三輪布置結(jié)構(gòu)圖 用三維軟件 Pro E 對(duì)小車建模 1 打開 pro e 軟件 點(diǎn)擊 文件 新建 零件 實(shí)體 mmns part solid 確定 然后選擇 FRONT 作為草繪基準(zhǔn)平面 通過拉伸 特征建立如圖 3 3 所示車架的實(shí)體結(jié)構(gòu) 圖 3 3 2 選擇合適的基準(zhǔn)平面 通過拉伸特征 鏡像特征建立如圖 3 4 所示的 車輪 支架 軸的實(shí)體結(jié)構(gòu) 圖 3 4 3 選擇選擇合適的基準(zhǔn)平面 通過拉伸特征 鏡像特征 旋轉(zhuǎn)特征 掃描 伸出項(xiàng) 特征建立如圖 3 5 所示的轉(zhuǎn)向輪電機(jī) 前輪 皮帶輪 主 動(dòng)輪電機(jī) 梯形帶 軸承支架實(shí)體的結(jié)構(gòu) 17 圖 3 5 三輪布置效果圖 三輪布置的結(jié)構(gòu)的實(shí)體效果圖如圖 3 5 其一般用兩個(gè)后輪作為其定向輪 保持不變 前面的一個(gè)輪子不僅用來驅(qū)動(dòng) AGV 小車的行駛 而且還用來 AGV 小 車的轉(zhuǎn)向功能 可以 轉(zhuǎn)動(dòng)的萬向輪 所配備的兩個(gè)電機(jī) 一個(gè)裝配在萬 180 向輪是用來驅(qū)動(dòng)小車的交流減速電機(jī) 另一個(gè)裝配在車架上的是用來控制小車 方向的精度比較高的步進(jìn)電機(jī) 所以三輪布置的前輪可以說是一個(gè)組合輪 由上我們可以得知三輪布置結(jié)構(gòu)的小車的輪系結(jié)構(gòu)機(jī)動(dòng)性比較好 這種結(jié) 構(gòu)通常用在路面不好的地方 其行走的方式以拖動(dòng)型為主 三輪布置的優(yōu)點(diǎn)是 機(jī)械構(gòu)造和控制系統(tǒng)都比較簡單 單價(jià)不怎么高 但是由于兩個(gè)從動(dòng)輪不能夠 定向 通常把導(dǎo)向傳感器裝在整車的后邊 向前的行走通常是三輪布置結(jié)構(gòu) 其次由于三輪布置的結(jié)構(gòu)是由 3 個(gè)輪子來支撐整車 因而在載重的時(shí)候應(yīng)把貨 物放在盡量放在小車的中心或者是后輪方向的地方 便能比較好的保持小車在 行進(jìn)過程中的平衡性 但是三輪布置的缺點(diǎn)是如果 AGV 小車在運(yùn)行的過程中速 度相對(duì)比較快 那么小車會(huì)受離心力的作用很容易發(fā)生側(cè)翻的危險(xiǎn) 所以三輪 布置的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于低速場(chǎng)合將比較合適 3 2 2 四輪布置的 AGV 小車結(jié)構(gòu)與其建模 目前很多自動(dòng)導(dǎo)引小車其輪系結(jié)構(gòu)采用的是四輪布置的結(jié)構(gòu) 其通常以從 動(dòng)輪作為為轉(zhuǎn)向輪 驅(qū)動(dòng)輪作為定向輪或者轉(zhuǎn)向輪為驅(qū)動(dòng)輪兩種方式 跟三輪建模一樣 打開 pro e 軟件 點(diǎn)擊 文件 新建 零件 實(shí)體 mmns part solid 確定 選擇 FRONT 作為草繪基準(zhǔn)平面 然后選 擇選擇合適的基準(zhǔn)平面 通過拉伸特征 鏡像特征 旋轉(zhuǎn)特征 掃描 伸 出項(xiàng) 特征建立四輪布置結(jié)構(gòu)的小車 第一種 從動(dòng)輪為轉(zhuǎn)向輪 驅(qū)動(dòng)輪為定向輪 如圖 3 6 所示 18 圖 3 6 四輪布置結(jié)構(gòu)圖 1 從動(dòng)輪作為為轉(zhuǎn)向輪 驅(qū)動(dòng)輪作為定向輪這種布置的四輪輪系結(jié)構(gòu)是現(xiàn)在 比較多的一種結(jié)構(gòu) 圖 3 7 是這種輪系結(jié)構(gòu)的效果圖 與普通汽車的車身結(jié)構(gòu) 在圖中我們可以看出小車前面兩個(gè)輪子為萬向輪 它在這里作為轉(zhuǎn)向輪來使用 在這里小車的轉(zhuǎn)向角度通過步進(jìn)電機(jī)來進(jìn)行比較精確的控制 其轉(zhuǎn)向傳動(dòng)可以 用傳動(dòng)帶或者連桿 小車后面兩個(gè)輪子為兩個(gè)定向輪 在這里其作為驅(qū)動(dòng)輪來 使用 這兩個(gè)定向輪的驅(qū)動(dòng)可以用兩個(gè)電機(jī)分別進(jìn)行 也可以在一個(gè)電機(jī)上安 裝差速器來實(shí)現(xiàn) 使用兩個(gè)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)小車在運(yùn)行的過程中有一個(gè)主動(dòng)輪 沒有接地空轉(zhuǎn) 那么另外的一個(gè)電機(jī)提供的驅(qū)動(dòng)力可以使小車?yán)^續(xù)正常工作 圖 3 7 四輪布置效果圖 1 由于小車的后面兩個(gè)輪子是驅(qū)動(dòng)輪 那么兩個(gè)前輪轉(zhuǎn)向的角度不要過大 但在小車轉(zhuǎn)向角度要求不高時(shí)候可以用連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來進(jìn)行轉(zhuǎn)向 采用這種四 輪布置結(jié)構(gòu)的 AGV 小車的操作控制很簡單 機(jī)械結(jié)構(gòu)也不怎么復(fù)雜 但它一般 用于單向的運(yùn)行 再加上后端作為驅(qū)動(dòng)輪 所以四輪布置結(jié)構(gòu)的小車最小轉(zhuǎn)彎 半徑是比較大的 第二種 轉(zhuǎn)向輪為驅(qū)動(dòng)輪 如圖 3 8 所示 19 圖 3 8 四輪布置結(jié)構(gòu)圖 2 以轉(zhuǎn)向輪為驅(qū)動(dòng)輪的輪系結(jié)構(gòu)的自動(dòng)導(dǎo)引小車現(xiàn)在企業(yè)使用的叉車的結(jié)構(gòu) 是差不多的 所以這種輪系結(jié)構(gòu)的小車也是市場(chǎng)比較常見的 其四輪布置效果 圖如圖 3 9 所示 在圖中我們可以看出 這種輪系結(jié)構(gòu)的 AGV 小車前面兩個(gè)主 動(dòng)輪即萬向輪的轉(zhuǎn)向角度用交流步進(jìn)電機(jī)來進(jìn)行控制 還可以在在兩個(gè)主動(dòng)輪 分別裝備有驅(qū)動(dòng)電機(jī) 這兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)是用來驅(qū)動(dòng)輪子以帶動(dòng)小車運(yùn)行 為了 保證兩個(gè)輪子的轉(zhuǎn)向的角同向且角度相同 可以用連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來進(jìn)行轉(zhuǎn)向 當(dāng) AGV 小車的轉(zhuǎn)彎半徑要求不怎么大時(shí)可用轉(zhuǎn)向電機(jī)帶動(dòng)同步帶傳動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)向 圖 3 9 四輪布置圖效果圖 2 由于此輪子結(jié)構(gòu)的 AGV 小車的前輪不僅是驅(qū)動(dòng)輪又是轉(zhuǎn)向輪 那么它的后 輪部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)前輪來說簡易了許多 為了增加小車的平穩(wěn)性 在其后 面裝備一個(gè)減震結(jié)構(gòu) 減震結(jié)構(gòu)如圖 3 10 所示 與車體骨架相連的是一個(gè)活動(dòng) 臂 活動(dòng)臂與小車的部分減震的阻尼彈簧向連接 當(dāng)小車行走在路面不平的地 段時(shí) 通過活動(dòng)臂與阻尼彈簧的共同作用 可以減輕小車的抖動(dòng) 也可以避免 其上面貨物的滑落 還有為了減少小車的轉(zhuǎn)彎半徑 所以后面的兩個(gè)輪子即從 動(dòng)輪不能同軸轉(zhuǎn)動(dòng) 必須使內(nèi)側(cè)和外側(cè)的車輪存在速度差可以解決這一問題 20 因而這種四輪布置的輪系結(jié)構(gòu)小車在驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向控制上一般都是比較自如的 比較小的轉(zhuǎn)彎半徑都是能夠適應(yīng)的 相對(duì)于第一種四輪布置的結(jié)構(gòu)來說 第二 種必然增加了整車的小車機(jī)械部分的復(fù)雜性 所以這種結(jié)構(gòu)的小車整車重量和 成本都是比較高的 圖 3 10 減震結(jié)構(gòu) 車體外飾的設(shè)計(jì)也是一個(gè)比較重要的一個(gè)單元 考慮到小車維護(hù)和修理的 方便性 其結(jié)構(gòu)形式和安裝方法應(yīng)簡單 自動(dòng)導(dǎo)引小車車體面板采用的是塑料 的 PVC 板 厚度為 2mm 之所以用 PVC 板的原因是它的加工和安裝都是比較簡 單的 而于固定硬件電路板都是很方便的 小車車身外部周圍應(yīng)盡量不要有突 出的部分 這樣可以避免不必要的碰撞 小車車身顏色也是比較重要的 容易 出現(xiàn)危險(xiǎn)的地方應(yīng)該用比較鮮亮醒目的顏色 比如車架可以用紅色 其它地 方的顏色應(yīng)盡量靠近所工作環(huán)境的效果 3 3 伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選取及其參數(shù) 自動(dòng)導(dǎo)引小車動(dòng)力來源是蓄電池 由蓄電池給電機(jī)提供能量來驅(qū)動(dòng)小車的 運(yùn)行 小車的驅(qū)動(dòng)力是由伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)是用來控制的 為整個(gè)小車提供動(dòng)力 所以伺服電機(jī)的選取與小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 即小車的運(yùn)行快慢 以及所產(chǎn)生的扭 矩和驅(qū)動(dòng)力有很大的關(guān)系 交流電機(jī)的控制系統(tǒng)比較簡單 速度也比較方便調(diào) 節(jié) 不需要逆變器 由于自動(dòng)導(dǎo)引小車在工作的時(shí)候所需的功率并不是特別的 大 所以本次設(shè)計(jì)采用的是交流伺服電機(jī) 本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)導(dǎo)引小車的載重量為 設(shè)正常運(yùn)行的速度為kg250 速度最高時(shí)為 sms 83 0 2 sm 1 伺服電機(jī)的選取過程 1 選擇電機(jī)的容量 21 電動(dòng)機(jī)所需要的功率 kwpPad 由式 Fv10 因此 kad 由電動(dòng)機(jī)到AGV小車輪軸的總效率 42341 a 式中 是滾動(dòng)軸承 是齒輪傳動(dòng) 是聯(lián)軸器 是輪軸的傳動(dòng)效率 1 2 4 取 不包括軸承效率 98 01 97 02 9 03 6 4 則 826 97 08 24 a 所以 kwFvPad 4 0 1 2 確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 輪軸工作轉(zhuǎn)速為 min 84 25014 3 610rDvn 二級(jí)圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比為 那么總的傳動(dòng)比合理范圍為 i 20 5 1 ai 所以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為 min 8 169 5 0 84 20 5 1 rniad AGV小車車輪前進(jìn)所需功率 wPkw 電動(dòng)機(jī)到AGV小車輪軸的總效率 a AGV小車的運(yùn)行阻力 即牽引力 由第四章計(jì)算的到為FN N304 AGV小車輪的線速度 vm s 22 AGV小車車輪直徑 Dm 綜上所述 本次自動(dòng)導(dǎo)引小車的設(shè)計(jì)選擇額定功率 的交流伺服電機(jī)kw6 0 作為其驅(qū)動(dòng)電機(jī) 所采用的交流伺服電機(jī)品牌是ADTECH 型號(hào) ACH 13150A ACH 13150A伺服電機(jī)高速力矩 平穩(wěn)性好 低噪音 低震動(dòng) 精度高 外觀精美而且易于安裝 下圖3 11是ACH 13150A交流伺服電機(jī)實(shí)物圖 圖3 11 ACH 13150A電機(jī) 下表3 1為ACH 13150A電機(jī)的參數(shù) 表3 1 ACH 13150A電機(jī)參數(shù) 型號(hào) ACH 13150A 額定功率 KW 0 6 相數(shù) 線電壓 V 3 相 220V 額定轉(zhuǎn)速 rpm 1500rpm 最高轉(zhuǎn)速 rpm 1750rpm 最高機(jī)械轉(zhuǎn)速 rpm 2000rpm 額定轉(zhuǎn)矩 N m 5 8 最大轉(zhuǎn)矩 N m 17 額定線電流 A 3 轉(zhuǎn)子慣性 Kg c 2m12 而自動(dòng)導(dǎo)引小車在轉(zhuǎn)向的時(shí)候所需要的動(dòng)力不怎么大 轉(zhuǎn)向電機(jī)可以選用 功率相對(duì)小點(diǎn)的 所以直接選取 60JSF 系列伺服電機(jī) 即型號(hào)為 JSF 60 40 30 DF 1000 作為轉(zhuǎn)向電機(jī) 圖 3 12 為其轉(zhuǎn)向電機(jī)實(shí)物圖 JSF 60 40 30 DF 1000 電機(jī)的調(diào)速范圍寬 低噪音 高效率 運(yùn)行平穩(wěn) 高性能釹硼磁鋼設(shè) 計(jì)能提供 3 倍以上峰值扭矩 23 圖3 12 轉(zhuǎn)向電機(jī) 下表3 2為JSF 60 40 30 DF 1000電機(jī)的參數(shù) 表3 2 JSF 60 40 30 DF 1000電機(jī)參數(shù) 電 機(jī)型 號(hào) 額定功率 W 電壓 VDC 電流 A 額定轉(zhuǎn)速 Rpm 額定扭矩 Nm 峰值扭矩 Nm JSF 60 40 30 DF 1000 400 72 9 3 3000 1 3 4 5 3 聯(lián)軸器和鍵的選擇通過電動(dòng)機(jī)和減速器的結(jié)構(gòu)尺寸來決定 取載荷系數(shù) 那么聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為3 1 AK749530 1950 nPTwAca 通過計(jì)算轉(zhuǎn)矩 最小軸徑 軸的轉(zhuǎn)速 查標(biāo)準(zhǔn) 或手冊(cè) 選用彈8 GB 性柱銷聯(lián)軸器 電動(dòng)機(jī)和減速器之間的聯(lián)軸器型號(hào)為 減速器和輪2 YL 軸之間的聯(lián)軸器 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)是 YL是凸緣聯(lián)軸器 如圖80 4 YL96 5843 3 13所示 圖3 13 凸緣聯(lián)軸器 電動(dòng)機(jī)上的鍵 836 hlb 24 減速器輸入端的鍵 83 hlb 減速器輸出端的鍵 92 鍵的寬度 bm 鍵的長度 l 鍵的厚度 h 3 4 減速器的使用范圍及選取 1 適用范圍 ZDY ZLY ZSY外嚙合漸開線斜齒圓柱齒輪減速器 可用于冶金 礦山 起 重運(yùn)輸 水泥 建筑 化工 紡織 輕工等行業(yè) 減速器高速軸轉(zhuǎn)速不大于1500r min 減速器齒輪傳動(dòng)圓周速度不大于20m s 減速器工作環(huán)境溫度為 40 45 低于0 時(shí) 起動(dòng)前潤滑油應(yīng)預(yù)熱 ZDL為單級(jí) ZLY為兩級(jí) ZSY為三級(jí) Y代表硬齒面 2 減速器的選取 輪軸的轉(zhuǎn)速 min 84 rn 電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 150d 減速器的傳動(dòng)比 7 84 i 取減速器的傳動(dòng)比為 i 實(shí)際輪軸的轉(zhuǎn)速 min 3 150rn 車輪的實(shí)際線速度 smDv 09 160254 86 綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸 重量和減速器的傳動(dòng)比 選擇的減速 器型號(hào)ZLY 112 20 1 ZBJ19004 88 圖3 14和表3 3為減速器實(shí)物圖和參數(shù) 14 25 圖 3 14 ZLY112 20 1減速器 下表3 3是ZLY112 20 1減速器的參數(shù) 表3 3 ZLY112 20 1減速器參數(shù) 品牌 型號(hào) 安裝形式 級(jí)數(shù) 齒面硬度 布局形式 泰興減速機(jī) ZLY112 20 1 臥式 2級(jí) 硬齒面 同軸式 3 5 軸的設(shè)計(jì)及其參數(shù)的計(jì)算 3 5 1 軸的設(shè)計(jì)方法 一般情況下 通過給定的一些軸的定性要求以及一些物理方面和幾何方面 的的限制 結(jié)合形狀和尺寸來進(jìn)行軸的設(shè)計(jì) 軸的設(shè)計(jì)必需要滿足所使用的強(qiáng) 度要求 使其具有良好的工藝性和合理的結(jié)構(gòu) 根據(jù)剛度來進(jìn)行軸的設(shè)計(jì)就是 要軸的靜剛度比較高 也就是在工作的過程中不能出現(xiàn)很大的變形 當(dāng)所設(shè)計(jì) 的軸要在高速或者是在其載荷做周期變化的環(huán)境下工作 對(duì)于一些高轉(zhuǎn)速或負(fù) 載軸的周期性變化 這樣會(huì)很容易發(fā)生共振 那么就得根據(jù)臨界轉(zhuǎn)速的限制條 件進(jìn)行軸的穩(wěn)定性計(jì)算來避免共振的發(fā)生 通常軸的設(shè)計(jì)方法根據(jù)所要設(shè)計(jì)的 具體情況的不同具有很多種 下面是軸設(shè)計(jì)的一般方法 1 軸的最小直徑通常根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度約束條件來進(jìn)行確定 2 軸的幾何尺寸根據(jù)軸上零件之間的定位和裝配以及軸的加工等幾何約束 然后通過軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來進(jìn)行確定 3 軸的物理約束通常由軸的結(jié)構(gòu)尺寸和工作方面的要求來進(jìn)行相應(yīng)的選擇 最后根據(jù)所確定的參照物來測(cè)試是否滿足相應(yīng)的物理限制的要求 然后進(jìn)行相 對(duì)應(yīng)的修改直到符合要求 由于軸的設(shè)計(jì)方法根據(jù)所要設(shè)計(jì)的具體情況的不同具有很多種 所以在設(shè) 26 計(jì)的時(shí)候必須對(duì)其結(jié)果進(jìn)行一個(gè)綜合的分析后得出一個(gè)比較優(yōu)的設(shè)計(jì)思路 3 5 2 驅(qū)動(dòng)后輪軸的設(shè)計(jì) 根據(jù)前面的計(jì)算 因?yàn)锳GV小車由驅(qū)動(dòng)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)其運(yùn)行 所以可以得到 車輪軸轉(zhuǎn)速 min 84 rn 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定功率 kwP601 輪軸傳遞功率為 kw53 098 07 962231 受轉(zhuǎn)矩 的實(shí)心圓軸 其切應(yīng)力 TmN 2 0 1936TTdnPW 軸的最小直徑 336 2 0159nCdT 軸的材料取45鋼 上兩式中 軸的抗扭截面系數(shù) TW3m 軸傳遞的功率 Pkw 軸的轉(zhuǎn)速 nin r 許用切應(yīng)力 T Mpa 與軸的材料有關(guān)的系數(shù) 可由表3 4查得 C 表3 4 軸材料的選取 軸的材料 paT C20Q351521486035730253 27 453512Mno38Si0Cr2409806 軸最小直徑取 后輪車軸上鍵的規(guī)格 為 和 m5hlb 368 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) 下圖3 15為驅(qū)動(dòng)后輪軸尺寸圖 79 GB106 圖3 15 驅(qū)動(dòng)后輪軸尺寸圖 前輪即轉(zhuǎn)向輪的結(jié)構(gòu)比較簡單 所以不需要重復(fù)進(jìn)行選取 依據(jù)最短軸直 徑也為 因此前車輪車軸選擇出軸上的鍵為 為 執(zhí)行標(biāo)m35 hlb 638 準(zhǔn) 圖3 16 為前車輪車軸尺寸圖 79 GB106 圖 3 16 前車輪車軸尺寸圖 3 5 3 車輪軸的受力分析和校核 假設(shè) AGV 小車的前后車輪軸所受的力都是 的 下面通過后車輪軸來進(jìn)均 勻 行說明 軸的材料選用 45 鋼調(diào)質(zhì) MpapaSB360 650 28 計(jì)算支撐反力 NFR9045 174 NFR9041 垂直面反力 82 852 合成彎矩 2XZYM 許用應(yīng)力值 查得 Pab60 1 校核軸徑 軸徑 mdb2160 48 1 033 校核完畢 m52 下表 3 5 為選擇軸和心軸材料一覽表 表 3 5 轉(zhuǎn)軸和心軸的許用彎曲應(yīng)力 Mpa合B 1b 0b 1b 400 130 70 40 500 170 75 45 600 200 95 55 700 230 110 65 800 270 130 75合 1000 330 150 90 400 100 50 30 500 120 70 40 3 5 4 車輪軸承的受力分析和校核 疲勞點(diǎn)蝕是引起很多滾動(dòng)軸承出現(xiàn)故障以致失效的主要因素 軸承的壽命 是指軸承在一定轉(zhuǎn)速下能工作多少小時(shí) 或者是在其任何一個(gè)部件出現(xiàn)故障前 所轉(zhuǎn)動(dòng)的總的轉(zhuǎn)數(shù) 軸承的額定壽命是用來選擇軸承的基礎(chǔ) 軸承以此作為標(biāo)準(zhǔn) 基本額定壽 命選擇軸承時(shí)常用的標(biāo)準(zhǔn) 軸承的基本額定壽命是指 非常可靠 還有材料90 和加工質(zhì)量以及運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的壽命 一般以 或 表示 1 r Lh 29 軸承基本額定動(dòng)載荷 指的是將標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定基本額定壽命為 萬轉(zhuǎn)C10 時(shí)軸承所能承受的恒定載荷 可以說是軸承在基本額定動(dòng)載荷作用下可合106r 以工作 100 萬轉(zhuǎn)而不出現(xiàn)點(diǎn)飾的失效現(xiàn)狀 并且軸承的可靠度是 9 當(dāng)量動(dòng)載荷 arYFXP 式中 徑向載荷 rFN 軸向載荷 a 徑向動(dòng)載荷系數(shù) X 軸向動(dòng)載荷系數(shù) Y 軸承由于振動(dòng)和沖擊影響 其當(dāng)量動(dòng)載荷應(yīng)按下式計(jì)算 ardYFXfP 由于不受軸向力 所以 6251 r 式中 沖擊載荷系數(shù) df 徑向力 取 rFN 表 3 6 沖擊載荷系數(shù) df 載荷性質(zhì) 機(jī)器舉例 df 平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕微沖擊 電機(jī) 水泵 通風(fēng)機(jī) 汽輪機(jī) 1 0 1 2 中等沖擊 車輛 機(jī)床 起重機(jī) 內(nèi)燃機(jī) 冶金設(shè)備 1 2 1 8 強(qiáng)大沖擊 破碎機(jī) 軋鋼機(jī) 振動(dòng)篩 工程機(jī)械 石油鉆機(jī) 1 8 3 0 當(dāng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷為 時(shí)以轉(zhuǎn)速為的基本額定壽命 為 P10L10C PL10r6 式中 當(dāng)量動(dòng)載荷 N P 基本額定壽命 常以 為單位 當(dāng)壽命為 萬轉(zhuǎn)時(shí) 10Lr1010 L 30 壽命指數(shù) 球軸承 3 基本額定動(dòng)載荷 查表取 CN3102 4 若軸承工作轉(zhuǎn)速為 則基本額定壽命min r hPCLh 73610 1065 2 5 367 170 3 6 齒輪的設(shè)計(jì)和選取 本次設(shè)計(jì)中選擇錐齒輪來進(jìn)行傳動(dòng) 齒輪傳動(dòng)相比較于其它的機(jī)械傳動(dòng)與其它機(jī)械傳動(dòng)相比 其傳動(dòng)非常的穩(wěn) 定 更換周期長 傳動(dòng)效率高 以及齒輪的瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定等優(yōu)點(diǎn) 再加上齒 輪的結(jié)構(gòu)緊湊 所以它傳動(dòng)能夠適用很多的的速度和功率 用齒輪作為傳動(dòng)要 滿足來兩個(gè)條件 一是傳動(dòng)要保持平穩(wěn) 瞬時(shí)傳動(dòng)比要恒定 傳動(dòng)過程中的沖擊 振動(dòng)和噪 聲要要比較低 便能更好的提高齒輪傳動(dòng)的穩(wěn)定性 二是承載能力要比較大 在保證齒輪輕量化和體積小的條件下 還要求齒 輪的高強(qiáng)度 強(qiáng)耐磨性以及不會(huì)在使用周期內(nèi)出現(xiàn)齒輪齒斷裂的現(xiàn)象 在齒輪設(shè)計(jì)過程中 齒輪的齒形 齒輪強(qiáng)度 加工精度 加工方法和熱處 理工藝 都是以上面兩個(gè)基本要求來進(jìn)行操作的 這也是為了達(dá)到設(shè)計(jì)精度的 尤為重要的要求 錐齒輪的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) 和基本齒廓的確定如表3 7和表 3 8 m 表 3 7 標(biāo) 準(zhǔn) 模 數(shù) m 錐 齒 輪 GB 12368 90 1 1 125 1 25 1 375 1 5 1 75 2 2 25 2 5 2 75 3 3 25 3 5 3 75 4 4 5 5 5 5 6 6 5 7 8 9