《AGV自動導(dǎo)引小車的設(shè)計(jì)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《AGV自動導(dǎo)引小車的設(shè)計(jì)（38頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、XXXXXXX 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目AGV自動導(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 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文本完全一致。 論文(設(shè)計(jì))作者簽名： 日期： 指

2、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是自動導(dǎo)引小車（Automated Guided Vehicle）的英文縮寫。它是指電磁或光學(xué)自動導(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

3、要對自動導(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；然后說明自動導(dǎo)引小車總體設(shè)計(jì)，對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；在自動導(dǎo)引小車的機(jī)械設(shè)計(jì)部分中對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對小車進(jìn)行三維建模，詳細(xì)伺服驅(qū)動電動機(jī)的選取，齒輪的設(shè)計(jì)與選取，還有驅(qū)動方式和車輪的選擇，最后說明傳感器的布置；接著對自動導(dǎo)引小車的驅(qū)動系統(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

4、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。在目前自動化的物流系統(tǒng)當(dāng)中，自動導(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；自動導(dǎo)引小車；行走策略；傳感器；電機(jī)驅(qū)動 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 accor

5、dance 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 explai

6、n 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

7、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 dri

8、ving 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,

9、 these are used to improve the performance of the car; Finally, 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.

10、 【Key words】AGV; automatic guided vehicle; walking strategy; sensor motor drive 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 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 AGV的執(zhí)行部分 12 2

11、.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)動電動機(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 3.6 齒輪的設(shè)計(jì)和選取 31 3.7驅(qū)動方式的選擇和車輪的選擇

12、 33 3.8本章小節(jié) 34 第四章 AGV驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 35 4.1 驅(qū)動系統(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 前 言 隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，自動化的設(shè)備越來越得到人們的青睞。首先，自動化的設(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；其次采用自動化的設(shè)備可以把一些比較繁重的

13、體力勞動交給自動化的設(shè)備來進(jìn)行處理，這樣可以極大地提高企業(yè)的勞動生產(chǎn)率，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本；還有自動化設(shè)備有助于提高社會生產(chǎn)力，系統(tǒng)推動工業(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，自動導(dǎo)引小車就是結(jié)合企業(yè)在自動化生產(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自動導(dǎo)引小車設(shè)計(jì)》，主要針對自動導(dǎo)引小車的傳感器，車輪軸與軸承，伺服電動機(jī)，傳動齒輪進(jìn)行了詳細(xì)的論述和分析，對它們選取過程以及校核等進(jìn)行了說明；其次重點(diǎn)針對自動導(dǎo)引小車行駛過程中所受到的各種

14、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)問題將會在下面的章節(jié)中進(jìn)行更為細(xì)致的討論。 第一章 緒論 1.1關(guān)于AGV的說明及研究 AGV(Automatic Guided Vehicle),自動導(dǎo)引AGV小車。自動導(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，還可以全自動移動到另一個(gè)地方，把所載的貨物自行能夠卸下來的一個(gè)智能自動化的小車。自動導(dǎo)引小車通常以電池作為其的動力的提供者，但現(xiàn)在有些制造商使用非接觸能量傳輸系統(tǒng)作為AGV小車的動力源。自動導(dǎo)引小車運(yùn)動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)動為特性的（爬行或者是步行機(jī)器人）相比

15、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，而且小車對場地的寬度，道路和空間的使用相對來說都是比較低的。所以在現(xiàn)在企業(yè)比較自動化物流的一些系統(tǒng)中，自動導(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化的高水平。自動導(dǎo)引小車一些自動化的動作也就是命令，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)在自動化的運(yùn)輸物流過程的系統(tǒng)中，搬運(yùn)和裝

16、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)樽詣訉?dǎo)引小車的自動化程度比較高，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，自動導(dǎo)引小車是作為一種工具，在各種場合都可以配上它來使用，其發(fā)展勢頭非常好，所以AGV小車的發(fā)展的速度也非?？臁? 1.2AGV的種類 自動導(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導(dǎo)引小車。有軌型的自動導(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)方面相對來說比較成熟以及可靠性好，定

17、位的準(zhǔn)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導(dǎo)引小車。 1.3國內(nèi)外AGV發(fā)展歷史及趨勢 自動導(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，自動導(dǎo)引小車在歐洲經(jīng)濟(jì)的推動下使其得到了更好的推廣和應(yīng)用

18、，到了80年代，日本對這一方面進(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)的自動導(dǎo)引小車，使得自動導(dǎo)引小車的穩(wěn)定性大大得到了提升，自動導(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，因此近些年來自動導(dǎo)引小車在國內(nèi)也得到了很快的發(fā)展。從自動導(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

19、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到偏差信號時(shí)，控制器會根據(jù)檢測出的偏差信號對電動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，然后偏差將會被糾正，這樣會讓AGV小車能根據(jù)預(yù)先設(shè)定的路徑運(yùn)動。因此，小車在行駛過程中，數(shù)字編碼器需要連續(xù)檢測來調(diào)整電機(jī)的速度，避免出現(xiàn)偏差以對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行很好的控制。 自動導(dǎo)引小車通過兩個(gè)固定式的后輪驅(qū)動使其能夠運(yùn)動，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用，這是四輪結(jié)構(gòu)的形式。自動導(dǎo)引小車主要包括車體，車架，

20、車輪，載荷傳送裝置，驅(qū)動裝置以及動力系統(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)特征與一些電動車輛的相似，而且能夠自動作業(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導(dǎo)

21、引小車的車輪。 （4）載荷傳送裝置 自動導(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)動裝置 驅(qū)動裝置是自動導(dǎo)引小車的驅(qū)動運(yùn)行系統(tǒng)，能對小車的速度和制動進(jìn)行控制。驅(qū)動電機(jī)、減速器、電機(jī)、控制與驅(qū)動器都是驅(qū)動裝置所包含的。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）動力系統(tǒng) 現(xiàn)在蓄電池是自動導(dǎo)引小車動力系統(tǒng)驅(qū)動能量的來源，用蓄電池的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能驅(qū)動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有不同功率的蓄電池組合體

22、，一般交流電壓有12V、24V、48V及72V。 1.5 AGV小車主要的技術(shù)參數(shù) 圖1-1 自動導(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

23、其良好的可操作性。 （6）運(yùn)行速度：自動導(dǎo)引小車在汽車在額定負(fù)載下運(yùn)動達(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：指自動導(dǎo)引小車所運(yùn)輸?shù)奈锪系念愋汀? （9）移載方式：指自動導(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)動形式。 （10）驅(qū)動形式：指自動導(dǎo)引小車以其它裝置為其提供驅(qū)動行駛和進(jìn)行轉(zhuǎn)向。 1.6 課題研究內(nèi)容 自動導(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

24、的設(shè)計(jì)出發(fā)，得出總體設(shè)計(jì)的一些指標(biāo)，然后再對其驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行分析，得到驅(qū)動方式跟車輪的選擇以及驅(qū)動系統(tǒng)部件的選擇與校準(zhǔn)。 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)動裝置、動力系統(tǒng)和車輪是AGV的主要組成部分。自動導(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。 自動導(dǎo)引小車一般用12V、24V、48V及72V電池作為其能量以驅(qū)動小車。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

25、環(huán)境的影響，其應(yīng)該滿足基本的要求。自動導(dǎo)引小車驅(qū)動命令由計(jì)算機(jī)發(fā)出，驅(qū)動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)。 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導(dǎo)引小車在任何時(shí)間相對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

26、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于連續(xù)模式價(jià)格比較便宜。對AGV自動。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)，最主要的是對人不會產(chǎn)生危險(xiǎn)的狀況，還有就是對一些地面設(shè)備和物品的保護(hù)到位。 自動導(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小車自動調(diào)節(jié)方位，然后自主地決定所要行駛路徑。 2.2 AGV電控部分 2

27、.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)檢測回路進(jìn)行檢測，當(dāng)檢測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)動回路進(jìn)行控制然后對小車的運(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

28、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)出的光到黑帶將會被吸收。輸出端的電平比較低的原因是光敏二極管檢測到的信號為高阻抗所導(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。 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?？梢姽庑盘栍晒饷綦娮铏z測。光敏電阻的檢

29、測到黑帶輸出端的電平相對較低，光是電路的輸出是比較高的，信號反饋給單片機(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，外面的可見光紅外光敏三極管接收到的信號和輻射源輸出隔離信號影響不大。變成電壓信號以后，通過LM399紅外信號接收機(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。

30、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。 不同的傳感器會有不同的應(yīng)用程序，其檢測即感應(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)傳感器相對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)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，完全可以滿足探測距離要求。 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)間測得,則可求出距離，此距離就是超聲波所

31、測的距離（其中為超聲波的波速）。我們知道由于溫度的變化會影響超聲波的波速，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是超聲波測距儀原理框圖： 圖2-2 超聲波測儀原理圖 （2）超聲波模塊功能介紹 1）根據(jù)三種不同的測距模式來選擇跳線： 短距：左右;中距：左右;可調(diào)距：其范圍由可調(diào)節(jié)參數(shù)來選擇。前兩種模式都由由被測物表面的材料來進(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)在一起組成陣

32、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)的距離的測量，機(jī)器人檢測，障礙物檢測，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： 模組傳感器中的工作電壓： 模組接口的電壓： 尺寸： 如下圖2-3所示是自動導(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、3號和5號，取黑色導(dǎo)引線寬為100mm，那么灰度傳感器2號、3號和5號之間的距離也為100mm，這樣有利于更好的接收信息。當(dāng)自動導(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

33、的號和4號兩個(gè)紅外線傳感器檢測來傳遞信息，圖2-4所示導(dǎo)引系統(tǒng)局部放大圖。 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)判斷有無反射信號然后進(jìn)行處理，與此同時(shí)超聲波傳感器也將信號傳送給單片機(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)輸出的控制信號路徑的綜合分析，然后AGV小車的動作通過控制電路對控制信號進(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

34、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) 由此確定自動導(dǎo)引小車的設(shè)計(jì)總體思

35、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)動是在車輪驅(qū)動速度知道的前提下，通過小車的運(yùn)行速度和車輪角速度運(yùn)動的機(jī)制來分析的。由自動導(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)動兩個(gè)系統(tǒng)不能單獨(dú)分開工作。本次自動導(dǎo)引小車的設(shè)計(jì)采用的底盤為四輪式

36、的底盤，后面的兩個(gè)主動輪通過差速來進(jìn)行小車的驅(qū)動以及進(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)動兩個(gè)主動輪，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按鈕開關(guān)來對車輪進(jìn)行制動，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。以下分析自動導(dǎo)引小車的轉(zhuǎn)彎運(yùn)動： 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)主動輪的間距；AGV小車轉(zhuǎn)彎半徑為轉(zhuǎn)彎圓心與兩主動輪中心的距離；車輪半徑為；為

37、兩輪的轉(zhuǎn)速；是車重；為小車與行駛路面的摩擦系數(shù)。可有： ?。恍≤囐|(zhì)量約為；取摩擦系數(shù)；?。ㄍㄟ^后面章節(jié)選?。? 圖2-7 小車轉(zhuǎn)彎分析圖 下面是自動導(dǎo)引小車在行進(jìn)過程中的動作： （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)，直線上的行走能夠節(jié)省時(shí)間，當(dāng)檢測到有彎道時(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)中置傳感器檢測到白線后，根據(jù)時(shí)間的長短來判定，使小車向探測到白線的哪一個(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)前置傳感器檢測到白線將結(jié)束此過程。其特

38、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到白線，會使小車向左轉(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到白線，會使小車向右轉(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) 本章是自動導(dǎo)引小車總體設(shè)計(jì)，主要針對機(jī)構(gòu)部分和電控部分作了詳細(xì)的說明，電控

39、分別對傳感器、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。 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，那么在工作場合會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

40、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。自動導(dǎo)引小車的整車框架小車的主要部分，其對小車的整個(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。

41、 所以為了更好地滿足實(shí)際任務(wù)的需要，自動導(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： 額定載重： 承載高度： 行走車速：最高時(shí)速設(shè)定為 正常運(yùn)行時(shí)速設(shè)定為 。 機(jī)械傳動方式：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)） 充電方式：外置充電器 車輪直徑： 自動導(dǎo)引小車體外部其它一些輔助系統(tǒng)安裝會對小車行駛和轉(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

42、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)動輪、從動輪和轉(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

43、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。如圖3-2所示： 圖3-2三輪布置結(jié)構(gòu)圖 用三維軟件Pro/E對小車建模： （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

44、如圖3-5所示的轉(zhuǎn)向輪電機(jī)、前輪、皮帶輪、主動輪電機(jī)、梯形帶、軸承支架實(shí)體的結(jié)構(gòu)： 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)動的萬向輪），所配備的兩個(gè)電機(jī)：一個(gè)裝配在萬向輪是用來驅(qū)動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型為主。三輪布置的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械構(gòu)造和控

45、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比較快，那么小車會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)，其通常以從動輪作為為轉(zhuǎn)向輪，驅(qū)動輪作為定向輪或者轉(zhuǎn)向輪為驅(qū)動

46、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：從動輪為轉(zhuǎn)向輪，驅(qū)動輪為定向輪，如圖3-6所示： 圖3-6 四輪布置結(jié)構(gòu)圖（1） 從動輪作為為轉(zhuǎn)向輪，驅(qū)動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

47、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)向傳動可以用傳動帶或者連桿；小車后面兩個(gè)輪子為兩個(gè)定向輪，在這里其作為驅(qū)動輪來使用，這兩個(gè)定向輪的驅(qū)動可以用兩個(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

48、驅(qū)動輪，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)動輪，如圖3-8所示： 圖3-8 四輪布置結(jié)構(gòu)圖（2） 以轉(zhuǎn)向輪為驅(qū)動輪的輪系結(jié)構(gòu)的自動導(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)主動輪分別裝備有驅(qū)動電機(jī)，這兩個(gè)驅(qū)動電機(jī)是用來驅(qū)動輪子以帶動小車運(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)帶動同步

49、帶傳動進(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)活動臂，活動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)，通過活動臂與阻尼彈簧的共同作用，可以減輕小車的抖動，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)輪子即從動輪不能同軸轉(zhuǎn)動，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，因而這種四輪布置的輪系結(jié)構(gòu)小車在驅(qū)動和轉(zhuǎn)向控制上一般都是比較自如的

50、，比較小的轉(zhuǎn)彎半徑都是能夠適應(yīng)的。相對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

51、應(yīng)盡量靠近所工作環(huán)境的效果。 3.3 伺服驅(qū)動電動機(jī)的選取及其參數(shù) 自動導(dǎo)引小車動力來源是蓄電池，由蓄電池給電機(jī)提供能量來驅(qū)動小車的運(yùn)行。小車的驅(qū)動力是由伺服驅(qū)動電機(jī)是用來控制的，為整個(gè)小車提供動力，所以伺服電機(jī)的選取與小車的運(yùn)動狀態(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)的自動導(dǎo)引小車的載重量為，設(shè)正常運(yùn)行的速度為，速度最高時(shí)為。 伺服電機(jī)的選取過程： （1）選擇電機(jī)的容量 電動機(jī)所需要的功率

52、 由式 因此： 由電動機(jī)到AGV小車輪軸的總效率 式中：是滾動軸承，是齒輪傳動，是聯(lián)軸器，是輪軸的傳動效率。 取 ），（不包括軸承效率），，， 則 所以 （2）確定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 輪軸工作轉(zhuǎn)速為： 二級圓柱齒輪減速器傳動比為，那么總的傳動比合理范圍為。 所以電動機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為: —AGV小車車輪前進(jìn)所需功率，； — 電動機(jī)到AGV小車輪軸的總效率； —AGV小車的運(yùn)行阻力，即牽引力，；（由第四章計(jì)算的到為） —AGV小車輪的線速度，； —

53、AGV小車車輪直徑，。 綜上所述，本次自動導(dǎo)引小車的設(shè)計(jì)選擇額定功率的交流伺服電機(jī)作為其驅(qū)動電機(jī)，所采用的交流伺服電機(jī)品牌是ADTECH，型號:ACH-13150A。ACH-13150A伺服電機(jī)高速力矩，平穩(wěn)性好，低噪音，低震動，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 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

54、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） 12 而自動導(dǎo)引小車在轉(zhuǎn)向的時(shí)候所需要的動力不怎么大，轉(zhuǎn)向電機(jī)可以選用功率相對小點(diǎn)的，所以直接選取60JSF系列伺服電機(jī)，即型號為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。 圖3-12 轉(zhuǎn)向電機(jī) 下表3-2為JSF 60-40-30

55、-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 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 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，選用彈性柱銷聯(lián)軸器，電動機(jī)和減速器之間的聯(lián)軸器型號為,減速器和輪軸之間的

56、聯(lián)軸器,執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)是（YL是凸緣聯(lián)軸器，如圖3-13所示)。 圖3-13 凸緣聯(lián)軸器 電動機(jī)上的鍵： ; 減速器輸入端的鍵：； 減速器輸出端的鍵：； —鍵的寬度，； —鍵的長度，； —鍵的厚度，； 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)，起動前潤滑油應(yīng)預(yù)熱。 （ZDL為單級，ZLY為兩級，ZSY為三級，Y代

57、表硬齒面） （2）減速器的選取 輪軸的轉(zhuǎn)速 ； 電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 ； 減速器的傳動比 ； 取減速器的傳動比為 ； 實(shí)際輪軸的轉(zhuǎn)速 ； 車輪的實(shí)際線速度 ； 綜合考慮電動機(jī)和傳動裝置的尺寸、重量和減速器的傳動比，選擇的減速器型號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)： 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 安裝形式 級數(shù)

58、齒面硬度 布局形式 泰興減速機(jī) ZLY112-20-1 臥式 2級 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，對于一些高轉(zhuǎn)速或負(fù)載軸的周期性變化，這樣會很容易發(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)

59、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試是否滿足相應(yīng)的物理限制的要求，然后進(jìn)行相對應(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)計(jì)的時(shí)候必須對其結(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)動后輪軸的設(shè)計(jì) 根據(jù)前面的

60、計(jì)算，因?yàn)锳GV小車由驅(qū)動電機(jī)來驅(qū)動其運(yùn)行，所以可以得到： 車輪軸轉(zhuǎn)速　　　　　　 驅(qū)動電機(jī)的額定功率　　 輪軸傳遞功率為 受轉(zhuǎn)矩（）的實(shí)心圓軸，其切應(yīng)力： 軸的最小直徑： 軸的材料取45鋼， 上兩式中 —軸的抗扭截面系數(shù)，； —軸傳遞的功率，； —軸的轉(zhuǎn)速，； —許用切應(yīng)力，； —與軸的材料有關(guān)的系數(shù)，可由表3-4查得。 表3-4 軸材料的選取 軸的材料 軸最小直徑取。后輪車軸上鍵的規(guī)格為和；執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：,下圖3-15為驅(qū)動后輪軸尺寸圖： 圖3-15 驅(qū)動后輪軸尺寸圖 前輪即轉(zhuǎn)向輪的結(jié)構(gòu)比較簡單，所以不

61、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)準(zhǔn)：，圖3-16為前車輪車軸尺寸圖： 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)行說明： 軸的材料選用45鋼調(diào)質(zhì)， 計(jì)算支撐反力 垂直面反力 合成彎矩 許用應(yīng)力值 查得： 校核軸徑 軸徑 校核完畢

62、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（） 400 130 70 40 500 170 75 45 600 200 95 55 700 230 110 65 800 270 130 75 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)動的總的

63、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)?；绢~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，還有材料和加工質(zhì)量以及運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的壽命，一般以或表示。 軸承基本額定動載荷指的是將標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定基本額定壽命為萬轉(zhuǎn)時(shí)軸承所能承受的恒定載荷?？梢哉f是軸承在基本額定動載荷作用下可以工作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。 當(dāng)量動載荷 式中 —徑向載荷，； —軸向載荷，； —徑向動載荷系數(shù)； —軸向動載荷系數(shù)。 軸承由于振動和沖擊影響，其當(dāng)量動載荷應(yīng)按下式計(jì)算： 由于不受軸向力，所以

64、 式中 ——沖擊載荷系數(shù); ——徑向力，取。 表3-6 沖擊載荷系數(shù) 載荷性質(zhì) 機(jī)器舉例 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)、振動篩、工程機(jī)械、石油鉆機(jī) 1.8~3.0 當(dāng)軸承的當(dāng)量動載荷為時(shí)以轉(zhuǎn)速為的基本額定壽命為： 式中—當(dāng)量動載荷，N； —基本額定壽命，常以為單位（當(dāng)壽命

65、為萬轉(zhuǎn)時(shí)，）； —壽命指數(shù)，球軸承； —基本額定動載荷，查表取。 若軸承工作轉(zhuǎn)速為，則基本額定壽命 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。 齒輪傳動相比較于其它的機(jī)械傳動與其它機(jī)械傳動相比，其傳動非常的穩(wěn)定，更換周期長，傳動效率高，以及齒輪的瞬時(shí)傳動比恒定等優(yōu)點(diǎn)，再加上齒輪的結(jié)構(gòu)緊湊，所以它傳動能夠適用很多的的速度和功率。用齒輪作為傳動要滿足來兩個(gè)條件： 一是傳動要保持平穩(wěn)，瞬時(shí)傳動比要恒定，傳動過程中的沖擊、振動和噪聲要要比較低，便能更好的提高齒輪傳動的穩(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)耐磨性以及不會在

66、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： 表3-7 標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) 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 10 11 12 14 16 18 20 表3-8 直齒錐齒輪基本齒廓 基本參數(shù) 齒形角 齒頂高 工作齒高 頂隙 齒根圓角半徑 錐齒輪 GB 12369-90 20° m 2m 0.2m 0.3m 根據(jù)類比法，所采用的齒輪跟電瓶車的齒輪差不多，由減速器的傳動比和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，再根據(jù)錐齒輪標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)的選擇要求，通過表3-4初選其標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，再通過表3-4確定錐齒輪基本齒廓尺寸數(shù)據(jù)： 　　　　　　齒頂高 　　　　　　工作齒高