自動導(dǎo)引小車(AVG)的設(shè)計,自動導(dǎo)引小車(AVG)的設(shè)計,自動,導(dǎo)引,小車,avg,設(shè)計 自動導(dǎo)引小車(AGV)的設(shè)計 內(nèi) 容一、研究的目的和意義二、機械傳動設(shè)計三、控制系統(tǒng)設(shè)計一、研究的目的和意義 AGV(Automatic AGV(Automatic Guided Vehicle),Guided Vehicle),即自動導(dǎo)引即自動導(dǎo)引車，是一種物料搬運設(shè)備，是能在一位置自動進車，是一種物料搬運設(shè)備，是能在一位置自動進行貨物的裝載，自動行走到另一位置，自動完成行貨物的裝載，自動行走到另一位置，自動完成貨物的卸載的全自動運輸裝置。貨物的卸載的全自動運輸裝置。AGVAGV被廣泛應(yīng)用在倉儲業(yè)、郵局、圖書館、港口碼頭、被廣泛應(yīng)用在倉儲業(yè)、郵局、圖書館、港口碼頭、機場以及危險場所和特種作業(yè)的場合。機場以及危險場所和特種作業(yè)的場合。AGVAGV是一種非常有是一種非常有發(fā)展前途的物流輸送設(shè)備，尤其在柔性制造系統(tǒng)（發(fā)展前途的物流輸送設(shè)備，尤其在柔性制造系統(tǒng)（FMSFMS）中被認(rèn)為是最有效的物料運輸設(shè)備。中被認(rèn)為是最有效的物料運輸設(shè)備。二、機械部分設(shè)計n nAGV的功能：小車的左、右轉(zhuǎn)彎，直走，倒退，停止功能。n n其設(shè)計參數(shù)如下：自動導(dǎo)引小車的長度：500mm 自動導(dǎo)引小車的寬度：300mm 自動導(dǎo)引小車的行駛速度：10m/min機械傳動方案渦桿渦輪車輪電機前輪的機械結(jié)構(gòu)套杯支架后輪的機械結(jié)構(gòu)小車車體受力蝸桿傳動設(shè)計控制系統(tǒng)設(shè)計硬件的組成 AT89C51單片機，程序存儲器2764（8K8）,數(shù)據(jù)存儲器6264（8K8），兩塊8253可編程定時器計數(shù)器，兩塊8259A 中斷控制器，兩塊12位DAC1208數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，兩塊UC3637直流電機驅(qū)動器。單片機存儲器擴展n n擴展了8K的數(shù)據(jù)存儲器和8K的程序存儲器n n接線如下圖：中斷的擴展n nAT89C51單片機是使用兩個級聯(lián)的8259A 中斷控制器來控制中斷的。主8259A 芯片上的IRQ2 擴展成從片上的IRQ8 IRQ15 使用。n n接線如下圖：移動小車運動學(xué)分析BPAQLPAQLB小車轉(zhuǎn)彎半徑計算n n取小車轉(zhuǎn)彎的最小半徑為 R=710mm轉(zhuǎn)彎時的左、右輪轉(zhuǎn)速軟軟件流程設(shè)計n n謝謝各位老師的指導(dǎo)！ 任務(wù)書 題 目： 自動導(dǎo)引小車(AGV)的設(shè)計 學(xué) 院： 系： 專 業(yè)： 班 級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 起訖日期： 指導(dǎo)教師： 職稱： 系分管主任： 審核日期： 說 明 1. 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，并經(jīng)專業(yè)學(xué)科組審定，下達到學(xué)生。 2. 進度表由學(xué)生填寫，每兩周交指導(dǎo)教師簽署審查意見，并作為畢業(yè)設(shè)計工作檢查的主要依據(jù)。 3. 學(xué)生根據(jù)指導(dǎo)教師下達的任務(wù)書獨立完成開題報告，3周內(nèi)提交給指導(dǎo)教師批閱。 4. 本任務(wù)書在畢業(yè)設(shè)計完成后，與論文一起交指導(dǎo)教師，作為論文評閱和畢業(yè)設(shè)計答辯的主要檔案資料，是學(xué)士學(xué)位論文成冊的主要內(nèi)容之一。 一、設(shè)計的要求和內(nèi)容（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求） 設(shè)計內(nèi)容： 1．設(shè)計兩輪驅(qū)動的移動機器人機構(gòu)和驅(qū)動裝置。 技術(shù)要求： 負載≤35KG 小車轉(zhuǎn)彎半徑≥71cm 小車最大速度≤10m/min 2．設(shè)計基于單片機控制系統(tǒng)的軟硬件。 3. 進行運動控制分析，完成對移動機器人運動軌跡（圓弧、拋物線）的控制。 設(shè)計要求： 1. 運用相關(guān)專業(yè)知識，完成課題的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計和相關(guān)工程設(shè)計計算； 2. 完成控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計和程序編制； 3. 按照工程制圖規(guī)范完成相關(guān)圖紙繪制，編寫設(shè)計說明書； 4．搜集、閱讀相關(guān)技術(shù)資料，翻譯外文文獻資料。 二、畢業(yè)設(shè)計圖紙內(nèi)容及張數(shù) 繪制機械結(jié)構(gòu)圖、控制原理圖，圖紙折合A0號圖幅不少于3張。 三、畢業(yè)設(shè)計實物內(nèi)容及要求 1．畢業(yè)設(shè)計論文一份（8千字以上，并附相關(guān)程序清單）。 2．設(shè)計圖紙一套（機械結(jié)構(gòu)圖、控制原理圖）。 3．外文文獻翻譯一份（大于2000漢字）。 4．畢業(yè)設(shè)計資料的電子文檔光盤一張。 四、畢業(yè)設(shè)計進度計劃 序號 各階段工作內(nèi)容 起訖日期 備注 1 確定畢業(yè)設(shè)計任務(wù)，查找閱讀資料、準(zhǔn)備開題報告的編寫。 2006-2-15～2-28 2 完成開題報告撰寫，確定設(shè)計方案。 2006-3-1～3-4 3 設(shè)計機器人移動結(jié)構(gòu)，進行工程計算，繪制結(jié)構(gòu)圖。 2006-3-5～3-18 4 設(shè)計單片機控制系統(tǒng)硬件，繪制工作原理圖。 2006-3-19～4-1 5 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計和程序編制。 2006-4-2～4-15 6 運動控制分析和軌跡控制。 2006-4-16～4-29 7 外文資料翻譯，撰寫畢業(yè)設(shè)計論文，打印整理。 2006-4-30～5-13 五、主要參考資料 《機電伺服控制技術(shù)》 李思龍主編 東華大學(xué)出版社 《機電設(shè)備及其控制》 田風(fēng)桐主編 機械工業(yè)出版社 《先進制造技術(shù)》 孫大涌主編 機械工業(yè)出版社 《機器人技術(shù)及其應(yīng)用》 謝存禧 主編 機械工業(yè)出版社 《MatLab及其應(yīng)用》機械工業(yè)出版社 六、畢業(yè)設(shè)計進度表（本表每兩周由學(xué)生填寫一次，交指導(dǎo)教師簽署審查意見） 第一、二周 （2月15日至 2月25日） 學(xué)生主要工作： 確定畢業(yè)設(shè)計的任務(wù), 查找閱讀資料，準(zhǔn)備開題報告。 熟悉課程設(shè)計的內(nèi)容，準(zhǔn)備開題報告。 指導(dǎo)教師審查意見： 年 月 日 第三、四周 （2 月26 日至 3月4日） 學(xué)生主要工作： 完成開題報告，確定設(shè)計方案。 指導(dǎo)教師審查意見： 年 月 日 第五、六周 （ 月 日至 月 日） 學(xué)生主要工作： 指導(dǎo)教師審查意見： 年 月 日 第七、八周 （ 月 日至 月 日） 學(xué)生主要工作： 指導(dǎo)教師審查意見： 年 月 日 第九、十周 （ 月 日至 月 日） 學(xué)生主要工作： 指導(dǎo)教師審查意見： 年 月 日 第十一、十二周 （ 月 日至 月 日） 學(xué)生主要工作： 指導(dǎo)教師審查意見： 年 月 日 第十三、十四周 （ 月 日至 月 日） 學(xué)生主要工作： 指導(dǎo)教師審查意見： 年 月 日 第十五、十六周 （ 月 日至 月 日） 學(xué)生主要工作： 指導(dǎo)教師審查意見： 年 月 日 第十七、十八周 （ 月 日至 月 日） 學(xué)生主要工作： 指導(dǎo)教師審查意見： 年 月 日 七、其他（學(xué)生提交） 1．開題報告1份 2．外文資料譯文1份（2000字以上，并附資料原文） 3．論文1份（8000字以上） 指 導(dǎo) 教 師： 學(xué)科組負責(zé)人： 學(xué)生開始執(zhí)行 任務(wù)書日期： 學(xué)生姓名： 送交畢業(yè)設(shè)計日期： 實 習(xí) 報 告 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專業(yè)班級： 實習(xí)單位： 實習(xí)時間： 2006年 3 月 18 日 實 習(xí) 報 告 一. 實習(xí)目的 1.了解一般機電產(chǎn)品的開發(fā)過程。 2.熟悉電子元器件，并掌握一定的編程能力。 3.通過本次校外實習(xí)為畢業(yè)設(shè)計打下基礎(chǔ)，以便更好的完成畢業(yè)設(shè)計。 二. 實習(xí)內(nèi)容 本次實習(xí)的單位是我自己找的，我主要是在技術(shù)科里從事產(chǎn)品的開發(fā)。溫州大榮紡織儀器有限公司是專業(yè)生產(chǎn)紡織儀器的企業(yè)，并能根據(jù)客戶的需求自行設(shè)計紡織儀器。該公司的主要產(chǎn)品用于紡織企業(yè)、質(zhì)檢、商檢、科研院所等場合。生產(chǎn)的產(chǎn)品主要包括纖維、紗線、針織、印染、服裝、土工、無紡材料等系列檢測儀器達一百多種。在我實習(xí)的這一個月里，對于YG（B）021DX型臺式單紗強力機很熟悉。先將該產(chǎn)品介紹如下。 [使用范圍]： 可用于棉、毛、麻、絲、化纖等纖維純紡和混紡紗線的抗拉斷裂強力及斷裂伸長的測試。自緊式夾持器，絕無打滑或夾傷紗線，與傳感器柔性聯(lián)結(jié)，上紗時不會對傳感器造成任何不良影響。 [技術(shù)參數(shù)]： 1、電源：電壓AC 220V+-10% 50Hz 2、電動機：步進電機 3、打印機：80列窄行24針打印機 4、數(shù)據(jù)處理量：≦512次試驗 5、儀器外形尺寸：370（L）×530（W）×930（H）mm 6、測力精度：≦±0.2%F . S 7、取樣長度：100mm、250mm、500mm(三檔任選) 8、拉伸速度：10-1000mm/min無級調(diào)速，數(shù)字顯示速度，誤差≦±1% 9、測力范圍及最小分度值： 規(guī) 格：-1型 -3型 -4型 測力范圍:0-1000cN 0-3000cN 0-5000Cn 分 度 值：0.5cN 1cN 2cN 該設(shè)備主要用來檢測單根紗線的強力，以及紗線的伸長率，以及測試的總次數(shù)中最大的強力值、平均值。任意調(diào)整上夾持器的上升速度，但下降速度不可調(diào)，當(dāng)?shù)竭_最下位置時自動停止下降。該儀器使用相當(dāng)簡單，用單根紗線先經(jīng)過導(dǎo)線溝、上夾持器、下夾持器夾緊紗線。這時就可以對單根紗線的強力進行測試。電子單紗強力機采用數(shù)碼管顯示，內(nèi)容包括實驗的日期、濕度、溫度、速度、夾持距離等。 在實習(xí)的一個月里，我做了一個電子鐘。從硬件設(shè)計到編程序全都是我一個人做的。硬件原理圖如下圖，整個電路用25個元器件。用P1口的8根線驅(qū)動LED數(shù)碼管的段碼；用P3口驅(qū)動LED數(shù)碼管的位腳。由于89C2051的I/O口的上拉內(nèi)阻有14K左右，無法為LED數(shù)碼管提供必要的工作電流，特添加了8只1K電阻，使LED數(shù)碼管的每段電流在2mA左右。數(shù)碼管全部點亮?xí)r電流16mA小于20mA,89C2051可以安全工作。 為了節(jié)省I/O口，鍵盤處理采用動態(tài)掃描方式。先置P30=0，P31=P32=1，再讀取P31、P32的狀態(tài)，如果P31、P32=0，則說明有鍵按下。進行必要的去抖動處理后，便可得到相應(yīng)的鍵值。 硬件設(shè)計電路原理圖 電子鐘的LED數(shù)碼管排列 PCB布線圖 三、實習(xí)總結(jié) 通過短短的一個月校外實習(xí)，我學(xué)到了很多知識。對機電產(chǎn)品的開發(fā)有了一定的認(rèn)識。對于一個產(chǎn)品，首先，進行市場分析；其次，確定產(chǎn)品的功能及檢驗標(biāo)準(zhǔn)；再次，進行機械機構(gòu)的設(shè)計；然后，進行總體方案的設(shè)計；再后，進行控制部分的設(shè)計；最后，進行產(chǎn)品的出廠調(diào)試。在這一個月里我學(xué)會使用燒寫器、仿真器及串行的數(shù)據(jù)存儲器芯片。在校外實習(xí)期間，讓我把學(xué)校學(xué)的知識應(yīng)用到實踐當(dāng)中，學(xué)到更多的知識我很開心。 密級： 題 目 自動導(dǎo)引小車(AGV)的設(shè)計 學(xué) 院： 系 專 業(yè)： 班 級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 起訖日期： 要求裝訂成冊并應(yīng)包含以下主要內(nèi)容 一、 任務(wù)書 二、 開題報告 三、 設(shè)計 1、中文摘要 2、外文摘要 3、全文 四、 外文資料譯文 五、 外文資料原文 - 1 - 開題報告 題 目： 自動導(dǎo)引小車（AGV）的設(shè)計 學(xué) 院： 系 專 業(yè)： 班 級： 學(xué) 號： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 填表日期： 年 月 日 引言 AGV(Automatic Guided Vehicle),即自動導(dǎo)引車，是一種物料搬運設(shè)備，是能在一位置自動進行貨物的裝載，自動行走到另一位置，自動完成貨物的卸載的全自動運輸裝置。AGV是以電池為動力源的一種自動操縱的工業(yè)車輛。裝卸搬運是物流的功能要素之一，在物流系統(tǒng)中發(fā)生的頻率很高，占據(jù)物流費用的重要部分。因此，運輸工具得到了很大的發(fā)展，其中AGV的使用場合最廣泛，發(fā)展十分迅速。 1913年，美國福特汽車公司使用有軌底盤裝配車。1953年，美國Barrett Electric制造了世界上第一臺采用埋線電磁感應(yīng)式的跟蹤路徑自動導(dǎo)向車，也被稱作“無人駕駛牽引車”。20世紀(jì)70年代中期，具有載貨功能的AGV在歐洲得到迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用，并被引入美國用于自動化倉儲系統(tǒng)和柔性裝配系統(tǒng)的物料運輸。從80年代初開始，新的導(dǎo)向方式和技術(shù)得到更廣泛研究和開發(fā)。90年代以來，AGV從僅由大公司應(yīng)用，正向小公司單臺應(yīng)用轉(zhuǎn)變，而且其效率和效益更好。AGV按照引導(dǎo)方式不同分為：固定路徑導(dǎo)引、自由路徑導(dǎo)引等。按照移載方式不同分為：側(cè)叉式移載、叉車式移載、推挽式移載、輥道輸送機式移載、升降臺式移載、機械手式移載等。 一、 選題的依據(jù)及意義： 本課題為自立課題。 AGV是集人工智能、信息處理和圖像處理為一體，綜合了當(dāng)今科技領(lǐng)域先進的理論和應(yīng)用技術(shù)。屬于移動式機器人的一個分支。它最早是在美國發(fā)展起來的，在國外已經(jīng)有幾十年的歷史了。因此，AGV被廣泛應(yīng)用在倉儲業(yè)、郵局、圖書館、港口碼頭、機場以及危險場所和特種作業(yè)的場合。AGV是一種非常有發(fā)展前途的物流輸送設(shè)備，尤其在柔性制造系統(tǒng)（FMS）中被認(rèn)為是最有效的物料運輸設(shè)備。 二、 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）： AGV是伴隨著柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)、自動化立體倉庫而產(chǎn)生并發(fā)展起來的。日本人認(rèn)為1981年是柔性加工系統(tǒng)元年，這樣計算AGV大規(guī)模應(yīng)用的歷史也只有15至20年。但是，其發(fā)展速度是非常快的。1981年美國通用公司開始使用AGV，1985年AGV保有量500臺，1987年AGV保有量3000臺。資料表明歐洲40%的AGV用于汽車工業(yè)，日本15%的AGV用于汽車工業(yè)，也就是說AGV在其他行業(yè)也有廣泛的應(yīng)用。 目前國內(nèi)總體看AGV的應(yīng)用剛剛開始，相當(dāng)于國外80年代初的水平。但從應(yīng)用的行業(yè)分析，分布面非常廣闊，有汽車工業(yè)，飛機制造業(yè)，家用電器行業(yè)，煙草行業(yè)，機械加工，倉庫，郵電部門等。這說明AGV有一個潛在的廣闊市場。 AGV從技術(shù)的發(fā)展看，主要是從國家線路向可調(diào)整線路；從簡單車載單元控制向復(fù)雜系統(tǒng)計算機控制；從原始的段點定期通訊到先進的實時通訊等方向發(fā)展；從落后的現(xiàn)場控制到先進的遠程圖形監(jiān)控；從領(lǐng)域的發(fā)展看，主要是從較為集中的機械制造、加工、裝配生產(chǎn)線向廣泛的各行業(yè)自動化生產(chǎn)，物料搬運，物品倉儲，商品配送等行業(yè)發(fā)展。 三、 本課題研究內(nèi)容 （1）自動導(dǎo)引小車AGV的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計； （2）自動導(dǎo)引小車AGV的自動引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計； （3）自動導(dǎo)引小車AGV的運動控制系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計。 四、 本課題研究方案 （1）AGV自動導(dǎo)引小車的分類 自動導(dǎo)引小車分為有軌和無軌兩種，所謂有軌是指有地面或空間的機械式導(dǎo) 向軌道。地面有軌小車結(jié)構(gòu)牢固，承載力大，造價低廉，技術(shù)成熟，可靠性好， 定位精度高。地面有軌小車多采用直線或環(huán)線雙向運行，廣泛應(yīng)用于中小規(guī)模的 箱體類工件FMS中。高架有軌小車（空間導(dǎo)軌）相對于地面有軌小車，車間利用 率高，結(jié)構(gòu)緊湊，速度高，有利于把人和輸送裝置的活動范圍分開，安全性好， 但承載力小。高架有軌小車較多地用于回轉(zhuǎn)體工件或刀具的輸送，以及有人工介 人的工件安裝和產(chǎn)品裝配的輸送系統(tǒng)中。有軌小車由于需要機械式導(dǎo)軌，其系統(tǒng) 的變更性、擴展性和靈活性不夠理想。有軌小車如圖3所示。 圖1 有軌小車 無軌小車是一種利用微機控制的，能按照一定的程序自動沿規(guī)定的引導(dǎo)路徑 行駛，并具有停車選擇裝置、安全保護裝置以及各種移載裝置的輸送小車，如圖 4所示。 圖2 無軌小車 無軌小車也叫自動導(dǎo)引小車（Automatic Guided Vehicle——AGV），無軌 小車按引導(dǎo)方式和控制方法的分為有徑引導(dǎo)方式和無徑引導(dǎo)自主導(dǎo)向方式。有 徑引導(dǎo)方式是指在地面上鋪設(shè)導(dǎo)線、磁帶或反光帶制定小車的路徑，小車通過電 磁信號或光信號檢測出自己的所在位置，通過自動修正而保證沿指定路徑行駛。 無徑引導(dǎo)自主導(dǎo)向方式中，地圖導(dǎo)向方式是在無軌小車的計算機中預(yù)存距離表 （地圖），通過與測距法所得的方位信息比較，小車自動算出從某一參考點出 發(fā)到目的點的行駛方向。這種引導(dǎo)方式非常靈活，但精度低。 （2）AGV自動導(dǎo)引小車的工作原理： 光學(xué)引導(dǎo)式AGV的工作原理如圖3，即在小車預(yù)定路徑的地面貼上白色反光 帶小車上裝有七組光電感測器成H型分布稱，光電感測器通過白色反光帶來檢測 反射回來的信號，并將該光信號轉(zhuǎn)換成電信號控制小車的運動。反光帶有連續(xù)粘 貼和斷續(xù)粘貼兩種方法，F(xiàn)MS中常采用連續(xù)粘貼法。光學(xué)引導(dǎo)方式對于改變小車 的預(yù)定路徑很方便，只要重新粘貼反光帶即可，但反光帶易污染和破損，不適合 油霧重、粉塵多、環(huán)境不好的車間。 圖3 光學(xué)引導(dǎo)原理 本次設(shè)計采用光學(xué)引導(dǎo)方式的AGV （3）AGV的結(jié)構(gòu)設(shè)計 AGV小車結(jié)構(gòu)示意圖4。小車采用兩后輪獨立驅(qū)動差速轉(zhuǎn)向，兩前輪為萬向輪的四輪結(jié)構(gòu)形式。步進電機經(jīng)減速器后通過驅(qū)動輪提供驅(qū)動力，當(dāng)兩輪運動速度不同時就可以實現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向。 1-后輪，2-減速器，3-電瓶，4-光感應(yīng)器，5-前輪， 6-單片機，7-車架，8-步進電機驅(qū)動器，9-步進電機 圖4 AGV結(jié)構(gòu)示意圖 1、車架 車架是整個AGV小車的機體部分，主要用于安裝輪子、光感應(yīng)器、步進電機和減速器。車架上面安裝步進電機驅(qū)動器、PCD板和電瓶。對于車架的設(shè)計，要有足夠的強度和硬度要求，故車架材料選用鑄造鋁合金，牌號為6061。其中6061質(zhì)量比較輕，焊接性好。 2、車輪 車輪采用實心橡膠輪胎。車體后面兩主動輪為固定式驅(qū)動輪，與輪轂式電機相連。前面兩個隨動輪為旋轉(zhuǎn)式隨動輪，起支承和平衡小車的作用。 3、載荷傳送裝置 AGV的載荷傳送裝置為一平板，其作用為運輸箱體類零件到指定工位。主要用來裝載箱體類零件，運送物料等。 （4）AGV的自動引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計 采用的光電傳感器如圖5所示。型號為EE-SPY402，屬于反射型光電感測器，入光時ON，偵測距離約5mm，并附動作指示燈電源電壓為DC5~24V，控制輸出80mA。光電感測器電源電壓5V，當(dāng)偵測到前方有反射物體時，動作指示燈亮，out端與負端形成通路，且out端由4V高電位降為0V低電位。此反射型光電感測器所偵測到前方的反射物體以白色為標(biāo)準(zhǔn)。 圖5 光電感測器 單片機與光電感測器連接電路如圖6所示，分別將七組光電感測器的out端接至單片機的P0口，供應(yīng)5V電壓，且負端輸出與單片機共接地；單片機一次讀取P0口的狀態(tài)，組合成二進位系統(tǒng)，經(jīng)過程序處理與判斷，獲得當(dāng)時AGV的位置。七組光電感測器排成H型來檢測AGV的當(dāng)前位置。 圖6 AT89C51單片機與光電感測器的連接 五、 研究目標(biāo)、主要特色及工作進度： 1. 究目標(biāo)：在了解現(xiàn)代先進的關(guān)于機器人方面資料的前提下，結(jié)合自己所學(xué)的知識，設(shè)計出一種簡單實用，應(yīng)用方便簡單的兩輪驅(qū)動的自動導(dǎo)引小車AGV和驅(qū)動裝置。 2. 要特色：該AGV是基于單片機控制系統(tǒng)而設(shè)計出來的，還結(jié)合了近幾年來的先進的研究成果，結(jié)構(gòu)簡單，實用性強，操作方便。 3.工作進度 1 確定畢業(yè)設(shè)計任務(wù)，查找閱讀相關(guān)資料、準(zhǔn)備開題報告的編寫。 2006-2-15～2-28 2 完成開題報告撰寫，確定設(shè)計方案。 2006-3-1～3-4 3 設(shè)計自動導(dǎo)引小車的結(jié)構(gòu)，進行相關(guān)傳動零件的工程計算，繪制裝配圖。 2006-3-5～3-18 4 設(shè)計單片機的控制系統(tǒng)，繪制控制系統(tǒng)原理圖。 2006-3-19～4-1 5 運動學(xué)分析和校外實習(xí)報告的編寫。 2006-4-2～4-15 6 控制系統(tǒng)的軟件流程圖設(shè)計，編寫圓弧插補程序。 2006-4-16～4-29 7 外文資料翻譯，撰寫畢業(yè)設(shè)計文，打印整理。 2006-4-30～5-13 六、參考文獻： [1]孔令中．現(xiàn)代物流設(shè)備設(shè)計與選用[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.10． [2]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室．理論力學(xué)[M]．（Ⅰ）第六版．北京：高等教育出版社，2004.1． [3]戴曙．金屬切削機床[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2000.5． [4]濮良貴，紀(jì)名剛．機械設(shè)計[M]．第七版．北京：高等教育出版社，2004． [5]唐金松．簡明機械設(shè)計手冊[M]．第二版．上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2000.10． [6]譚建成．電機控制專用集成電路[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1999． [7]朱曉春．?dāng)?shù)控技術(shù)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2001.5． [8]李廣第，朱月秀，王秀山．單片機基礎(chǔ)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.7． [9]張迎新，杜小平，樊桂花，雷道振．單片機初級教程[M]．北京航空航天大學(xué)出版社，2000.6． [10]機械設(shè)計手冊編委會．機械設(shè)計手冊[M]．新版第5冊．北京：機械工業(yè)出版社，1997． ??? I AGV 自動導(dǎo)引小車的設(shè)計 摘 要 AGV 即自動導(dǎo)引小車，它集聲、光、電、計算機技術(shù)于一體，綜合了當(dāng)今科技領(lǐng)域先 進的理論和應(yīng)用技術(shù)。廣泛應(yīng)用在柔性制造系統(tǒng)和自動化工廠中，具有運輸效率高、節(jié)能、 工作可靠、能實現(xiàn)柔性運輸?shù)仍S多優(yōu)點，極大的提高生產(chǎn)自動化程度和生產(chǎn)效率。 本文在分析研究國內(nèi)外 AGV 現(xiàn)狀與發(fā)展的基礎(chǔ)上，設(shè)計了兩后輪獨立驅(qū)動的自動導(dǎo) 引小車，其主要工作內(nèi)容包括：小車機械傳動設(shè)計、直流伺服電機的選擇、AT89C51 單片 機控制系統(tǒng)硬件電路、運動學(xué)分析、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計及圓弧插補程序。所設(shè)計的小車能 夠?qū)崿F(xiàn)自主運行、運動軌跡（圓弧、直線）的控制等功能，達到了沿著設(shè)定的路線行駛。 關(guān)鍵詞：自動導(dǎo)引小車，單片機控制，設(shè)計，PWM 技術(shù) II Design on Automatic Guided Vehicle Abstract The AGV namely Automatic Guided Vehicle, it collect sound, the light, the electricity, the computer technology in a body, and synthesizes the technical domain advanced theory and the application technology. It widespread applied in the flexible manufacturing system and the factory automation, and has the merits of high transportation efficiency, the energy conservation, the work reliable, the flexible transportation. It enormously enhanced production automaticity and production efficiency. Based on the analysis of the domestic and foreign AGV present situation and its development foundation, AGV with two wheel independent drive is designed. The content of the paper includes: design of mechanical structure and drive of the car, the choice of direct current servo motor, the hardware electric circuit of AT89C51 control system, the kinematic analysis, the software design of control system and the procedure of interpolation the circular arc. The designed car can realize the functions of independent movement, the path (circular arc, straight line) control and so on, and has achieved to travel along the hypothesis route. Keyword: Automatic Guided Vehicle, singlechip computer control，Design , PWM 目 錄 摘 要 .I Abstract.II 第一章 緒論 .1 1.1 AGV 自動導(dǎo)引小車簡介 .1 1.2 AGV 自動導(dǎo)引小車的分類 .1 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 .1 第二章 機械部分設(shè)計 .2 2.1 設(shè)計任務(wù) .2 2.2 確定機械傳動方案 .2 2.3 直流伺服電動機的選擇 .3 2.4 聯(lián)軸器的設(shè)計 .5 第三章 控制系統(tǒng)的設(shè)計 .19 3.1 控制系統(tǒng)總體方案 .19 3.2 鑒向 .19 3.3 計數(shù)的擴展 .20 3.4 中斷的擴展 .21 3.5 數(shù)摸轉(zhuǎn)換器的選擇 .22 3.6 電機驅(qū)動芯片選擇 .23 3.7 運動學(xué)分析 .26 3.8 控制軟件的設(shè)計 .27 結(jié)論 .32 參考文獻（References） .32 致謝 .32 第一章 緒論 1.1 AGV 自動導(dǎo)引小車簡介 AGV(Automatic Guided Vehicle),即自動導(dǎo)引車，是一種物料搬運設(shè)備，是能在一位 置自動進行貨物的裝載，自動行走到另一位置，自動完成貨物的卸載的全自動運輸裝置。 AGV 是以電池為動力源的一種自動操縱的工業(yè)車輛。裝卸搬運是物流的功能要素之一，在 物流系統(tǒng)中發(fā)生的頻率很高，占據(jù)物流費用的重要部分。因此，運輸工具得到了很大的發(fā) 展，其中 AGV 的使用場合最廣泛，發(fā)展十分迅速。 1.2 AGV 自動導(dǎo)引小車的分類 自動導(dǎo)引小車分為有軌和無軌兩種。 所謂有軌是指有地面或空間的機械式導(dǎo)向軌道。地面有軌小車結(jié)構(gòu)牢固，承載力大， 造價低廉，技術(shù)成熟，可靠性好，定位精度高。地面有軌小車多采用直線或環(huán)線雙向運行， 廣泛應(yīng)用于中小規(guī)模的箱體類工件 FMS 中。高架有軌小車（空間導(dǎo)軌）相對于地面有軌小 車，車間利用率高，結(jié)構(gòu)緊湊，速度高，有利于把人和輸送裝置的活動范圍分開，安全性 好，但承載力小。高架有軌小車較多地用于回轉(zhuǎn)體工件或刀具的輸送，以及有人工介人的 工件安裝和產(chǎn)品裝配的輸送系統(tǒng)中。有軌小車由于需要機械式導(dǎo)軌，其系統(tǒng)的變更性、擴 展性和靈活性不夠理想。 無軌小車是一種利用微機控制的，能按照一定的程序自動沿規(guī)定的引導(dǎo)路徑行駛，并 具有停車選擇裝置、安全保護裝置以及各種移載裝置的輸送小車。無軌小車按引導(dǎo)方式和 控制方法的分為有徑引導(dǎo)方式和無徑引導(dǎo)自主導(dǎo)向方式。有徑引導(dǎo)方式是指在地面上鋪設(shè) 導(dǎo)線、磁帶或反光帶制定小車的路徑，小車通過電磁信號或光信號檢測出自己的所在位置， 通過自動修正而保證沿指定路徑行駛。無徑引導(dǎo)自主導(dǎo)向方式中，地圖導(dǎo)向方式是在無軌 小車的計算機中預(yù)存距離表（地圖） ，通過與測距法所得的方位信息比較，小車自動算出從 某一參考點出發(fā)到目的點的行駛方向。這種引導(dǎo)方式非常靈活，但精度低。 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 AGV 是伴隨著柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)、自動化立體倉庫 而產(chǎn)生并發(fā)展起來的。日本人認(rèn)為 1981 年是柔性加工系統(tǒng)元年，這樣計算 AGV 大規(guī)模應(yīng)用 的歷史也只有 15 至 20 年。但是，其發(fā)展速度是非?？斓?。1981 年美國通用公司開始使用 AGV，1985 年 AGV 保有量 500 臺，1987 年 AGV 保有量 3000 臺。資料表明歐洲 40%的 AGV 用 于汽車工業(yè)，日本 15%的 AGV 用于汽車工業(yè)，也就是說 AGV 在其他行業(yè)也有廣泛的應(yīng)用 。1 目前國內(nèi)總體看 AGV 的應(yīng)用剛剛開始，相當(dāng)于國外 80 年代初的水平。但從應(yīng)用的行業(yè) 分析，分布面非常廣闊，有汽車工業(yè)，飛機制造業(yè)，家用電器行業(yè)，煙草行業(yè)，機械加工， 倉庫，郵電部門等 。這說明 AGV 有一個潛在的廣闊市場。1 AGV 從技術(shù)的發(fā)展看，主要是從國家線路向可調(diào)整線路；從簡單車載單元控制向復(fù)雜 系統(tǒng)計算機控制；從原始的段點定期通訊到先進的實時通訊等方向發(fā)展；從落后的現(xiàn)場控 制到先進的遠程圖形監(jiān)控；從領(lǐng)域的發(fā)展看，主要是從較為集中的機械制造、加工、裝配 生產(chǎn)線向廣泛的各行業(yè)自動化生產(chǎn)，物料搬運，物品倉儲，商品配送等行業(yè)發(fā)展。 第二章 機械部分設(shè)計 2.1 設(shè)計任務(wù) 設(shè)計一臺自動導(dǎo)引小車 AGV，可以在水平面上按照預(yù)先設(shè)定的軌跡行駛。本設(shè)計采用 AT89C51 單片機作為控制系統(tǒng)來控制小車的行駛，從而實現(xiàn)小車的左、右轉(zhuǎn)彎，直走，倒 退，停止功能。 其設(shè)計參數(shù)如下： 自動導(dǎo)引小車的長度：500mm 自動導(dǎo)引小車的寬度：300mm 自動導(dǎo)引小車的行駛速度：100mm/s 2.2 確定機械傳動方案 方案一：采用三輪布置結(jié)構(gòu)。直流伺服電動機經(jīng)過減速器和差速器，通過兩半軸將動 力傳遞到兩后輪。自動導(dǎo)引小車的轉(zhuǎn)向由轉(zhuǎn)向機構(gòu)驅(qū)動前面的一個萬向輪轉(zhuǎn)向。傳動系統(tǒng) 如圖 2-1 所示。 I AGV 自動導(dǎo)引小車的設(shè)計 摘 要 AGV 即自動導(dǎo)引小車，它集聲、光、電、計算機技術(shù)于一體，綜合了當(dāng)今科技領(lǐng)域先 進的理論和應(yīng)用技術(shù)。廣泛應(yīng)用在柔性制造系統(tǒng)和自動化工廠中，具有運輸效率高、節(jié)能、 工作可靠、能實現(xiàn)柔性運輸?shù)仍S多優(yōu)點，極大的提高生產(chǎn)自動化程度和生產(chǎn)效率。 本文在分析研究國內(nèi)外 AGV 現(xiàn)狀與發(fā)展的基礎(chǔ)上，設(shè)計了兩后輪獨立驅(qū)動的自動導(dǎo) 引小車，其主要工作內(nèi)容包括：小車機械傳動設(shè)計、直流伺服電機的選擇、AT89C51 單片 機控制系統(tǒng)硬件電路、運動學(xué)分析、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計及圓弧插補程序。所設(shè)計的小車能 夠?qū)崿F(xiàn)自主運行、運動軌跡（圓弧、直線）的控制等功能，達到了沿著設(shè)定的路線行駛。 關(guān)鍵詞：自動導(dǎo)引小車，單片機控制，設(shè)計，PWM 技術(shù) II Design on Automatic Guided Vehicle Abstract The AGV namely Automatic Guided Vehicle, it collect sound, the light, the electricity, the computer technology in a body, and synthesizes the technical domain advanced theory and the application technology. It widespread applied in the flexible manufacturing system and the factory automation, and has the merits of high transportation efficiency, the energy conservation, the work reliable, the flexible transportation. It enormously enhanced production automaticity and production efficiency. Based on the analysis of the domestic and foreign AGV present situation and its development foundation, AGV with two wheel independent drive is designed. The content of the paper includes: design of mechanical structure and drive of the car, the choice of direct current servo motor, the hardware electric circuit of AT89C51 control system, the kinematic analysis, the software design of control system and the procedure of interpolation the circular arc. The designed car can realize the functions of independent movement, the path (circular arc, straight line) control and so on, and has achieved to travel along the hypothesis route. Keyword: Automatic Guided Vehicle, singlechip computer control，Design , PWM 目 錄 摘 要 .I Abstract.II 第一章 緒論 .1 1.1 AGV 自動導(dǎo)引小車簡介 .1 1.2 AGV 自動導(dǎo)引小車的分類 .1 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 .1 第二章 機械部分設(shè)計 .2 2.1 設(shè)計任務(wù) .2 2.2 確定機械傳動方案 .2 2.3 直流伺服電動機的選擇 .3 2.4 聯(lián)軸器的設(shè)計 .5 第三章 控制系統(tǒng)的設(shè)計 .19 3.1 控制系統(tǒng)總體方案 .19 3.2 鑒向 .19 3.3 計數(shù)的擴展 .20 3.4 中斷的擴展 .21 3.5 數(shù)摸轉(zhuǎn)換器的選擇 .22 3.6 電機驅(qū)動芯片選擇 .23 3.7 運動學(xué)分析 .26 3.8 控制軟件的設(shè)計 .27 結(jié)論 .32 參考文獻（References） .32 致謝 .32 1 第一章 緒論 1.1 AGV 自動導(dǎo)引小車簡介 AGV(Automatic Guided Vehicle),即自動導(dǎo)引車，是一種物料搬運設(shè)備，是能在一位 置自動進行貨物的裝載，自動行走到另一位置，自動完成貨物的卸載的全自動運輸裝置。 AGV 是以電池為動力源的一種自動操縱的工業(yè)車輛。裝卸搬運是物流的功能要素之一，在 物流系統(tǒng)中發(fā)生的頻率很高，占據(jù)物流費用的重要部分。因此，運輸工具得到了很大的發(fā) 展，其中 AGV 的使用場合最廣泛，發(fā)展十分迅速。 1.2 AGV 自動導(dǎo)引小車的分類 自動導(dǎo)引小車分為有軌和無軌兩種。 所謂有軌是指有地面或空間的機械式導(dǎo)向軌道。地面有軌小車結(jié)構(gòu)牢固，承載力大， 造價低廉，技術(shù)成熟，可靠性好，定位精度高。地面有軌小車多采用直線或環(huán)線雙向運行， 廣泛應(yīng)用于中小規(guī)模的箱體類工件 FMS 中。高架有軌小車（空間導(dǎo)軌）相對于地面有軌小 車，車間利用率高，結(jié)構(gòu)緊湊，速度高，有利于把人和輸送裝置的活動范圍分開，安全性 好，但承載力小。高架有軌小車較多地用于回轉(zhuǎn)體工件或刀具的輸送，以及有人工介人的 工件安裝和產(chǎn)品裝配的輸送系統(tǒng)中。有軌小車由于需要機械式導(dǎo)軌，其系統(tǒng)的變更性、擴 展性和靈活性不夠理想。 無軌小車是一種利用微機控制的，能按照一定的程序自動沿規(guī)定的引導(dǎo)路徑行駛，并 具有停車選擇裝置、安全保護裝置以及各種移載裝置的輸送小車。無軌小車按引導(dǎo)方式和 控制方法的分為有徑引導(dǎo)方式和無徑引導(dǎo)自主導(dǎo)向方式。有徑引導(dǎo)方式是指在地面上鋪設(shè) 導(dǎo)線、磁帶或反光帶制定小車的路徑，小車通過電磁信號或光信號檢測出自己的所在位置， 通過自動修正而保證沿指定路徑行駛。無徑引導(dǎo)自主導(dǎo)向方式中，地圖導(dǎo)向方式是在無軌 小車的計算機中預(yù)存距離表（地圖） ，通過與測距法所得的方位信息比較，小車自動算出從 某一參考點出發(fā)到目的點的行駛方向。這種引導(dǎo)方式非常靈活，但精度低。 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 AGV 是伴隨著柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)、自動化立體倉庫 而產(chǎn)生并發(fā)展起來的。日本人認(rèn)為 1981 年是柔性加工系統(tǒng)元年，這樣計算 AGV 大規(guī)模應(yīng)用 的歷史也只有 15 至 20 年。但是，其發(fā)展速度是非?？斓?。1981 年美國通用公司開始使用 AGV，1985 年 AGV 保有量 500 臺，1987 年 AGV 保有量 3000 臺。資料表明歐洲 40%的 AGV 用 于汽車工業(yè)，日本 15%的 AGV 用于汽車工業(yè)，也就是說 AGV 在其他行業(yè)也有廣泛的應(yīng)用 。1 目前國內(nèi)總體看 AGV 的應(yīng)用剛剛開始，相當(dāng)于國外 80 年代初的水平。但從應(yīng)用的行業(yè) 分析，分布面非常廣闊，有汽車工業(yè)，飛機制造業(yè)，家用電器行業(yè)，煙草行業(yè)，機械加工， 倉庫，郵電部門等 。這說明 AGV 有一個潛在的廣闊市場。1 AGV 從技術(shù)的發(fā)展看，主要是從國家線路向可調(diào)整線路；從簡單車載單元控制向復(fù)雜 系統(tǒng)計算機控制；從原始的段點定期通訊到先進的實時通訊等方向發(fā)展；從落后的現(xiàn)場控 制到先進的遠程圖形監(jiān)控；從領(lǐng)域的發(fā)展看，主要是從較為集中的機械制造、加工、裝配 生產(chǎn)線向廣泛的各行業(yè)自動化生產(chǎn)，物料搬運，物品倉儲，商品配送等行業(yè)發(fā)展。 2 第二章 機械部分設(shè)計 2.1 設(shè)計任務(wù) 設(shè)計一臺自動導(dǎo)引小車 AGV，可以在水平面上按照預(yù)先設(shè)定的軌跡行駛。本設(shè)計采 用 AT89C51 單片機作為控制系統(tǒng)來控制小車的行駛，從而實現(xiàn)小車的左、右轉(zhuǎn)彎，直走， 倒退，停止功能。 其設(shè)計參數(shù)如下： 自動導(dǎo)引小車的長度：500mm 自動導(dǎo)引小車的寬度：300mm 自動導(dǎo)引小車的行駛速度：100mm/s 2.2 確定機械傳動方案 方案一：采用三輪布置結(jié)構(gòu)。直流伺服電動機經(jīng)過減速器和差速器，通過兩半軸將動 力傳遞到兩后輪。自動導(dǎo)引小車的轉(zhuǎn)向由轉(zhuǎn)向機構(gòu)驅(qū)動前面的一個萬向輪轉(zhuǎn)向。傳動系統(tǒng) 如圖 2-1 所示。 圖 2-1 傳動方案一 方案二：采用四輪布置結(jié)構(gòu)。自動導(dǎo)引小車采用兩后輪獨立驅(qū)動差速轉(zhuǎn)向，兩前輪為 萬向輪的四輪結(jié)構(gòu)形式。直流伺服電動機經(jīng)過減速器后直接驅(qū)動后輪，當(dāng)兩輪運動速度不 同時，就可以實現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向。傳動系統(tǒng)如圖 2-2 所示。 圖 2-2 傳動方案二 四輪結(jié)構(gòu)與三輪結(jié)構(gòu)相比較有較大的負載能力和較好的平穩(wěn)性。方案一有差速器和轉(zhuǎn) 向機構(gòu)，故機械傳動誤差大。方案二采用兩套蝸輪-蝸桿減速器及直流伺服電動機，成本相 對于方案一較高，但它的傳動誤差小，并且轉(zhuǎn)向靈活。因此，采用方案二作為本課題的設(shè) 3 計方案。 2.3 直流伺服電動機的選擇 伺服電動機的主要參數(shù)是功率(KW)。但是，選擇伺服電動機并不按功率，而是更根據(jù) 下列三個指標(biāo)選擇。 運動參數(shù)： AGV 行走的速度為 100mm/s，則車輪的轉(zhuǎn)速為 （2-1）d1062.75min3.410vnr 電機的轉(zhuǎn)速 選擇蝸輪-蝸桿的減速比 i=62 （2-2）6.140.iinr電 自動導(dǎo)引小車的受力分析： OGPFBFCFAFD 圖 2-3 車輪受力簡圖 小車車架自重為 P （2-32.8510.0.329.814abhg N 3） 小車的載荷為 G （2-4 ）9.4mN 取坐標(biāo)系 OXYZ 如圖 2-3 所示，列出平衡方程 由于兩前輪及兩后輪關(guān)于 Y 軸對稱，則 ，ABFCD ， （2-5）0zF20ACPG ， （2-6）xM0.75.12.3C 解得 16ABFN8.4DFN 4 兩驅(qū)動后輪的受力情況如圖 2-4 所示： 滾動摩阻力偶矩 的大小介于零與最大值之間，即fM （2-7）max0fM （2-8）max.6157.0.946NFN 其中 滾動摩阻系數(shù)，查表 5-2 ，=2 10，取 =6mm 2 牽引力 F 為 （2-9）max.3.07d 電 機 1/GW 圖 2-4 后輪受力 圖 2-5 摩擦系數(shù) 牽引力 F N 重物的重力 W N 滾子直徑 D mm 傳遞效率 傳動裝置減速比 1/G 1） 求換算到電機軸上的負荷力矩（ ）LT （2-10）19.820WDG 13.507.64.210.8Nm 取 =0.7, =157.66 , =0.15W 2） 求換算到電機軸上的負荷慣性（ ）LJ （2-11） 21234ZJ 20.3490.76.01.064618kgm 其中 為車輪的轉(zhuǎn)動慣量； 為蝸桿的轉(zhuǎn)動慣量；1JJ 為蝸輪的轉(zhuǎn)動慣量； 為蝸輪軸的轉(zhuǎn)動慣量。34 3） 電機的選定 AOSNP 5 根據(jù)額定轉(zhuǎn)矩和慣量匹配條件，選擇直流伺服電動機。 電機型號及參數(shù)：MAXON F2260 60mm 石墨電刷 80W 2190MJgcm 匹配條件為 3 2max361.89LJgc （2-12 ）0.25LMJ 即 361.89.0.25.81 慣量 （2-13）J 269MLJ gcm 其中 為伺服電動機轉(zhuǎn)子慣量 M 故電機滿足要求。 4） 快移時的加速性能 最大空載加速轉(zhuǎn)矩發(fā)生在自動導(dǎo)引小車攜帶工件，從靜止以階躍指令加速到伺服電機 最高轉(zhuǎn)速 時。這個最大空載加速轉(zhuǎn)矩就是伺服電動機的最大輸出轉(zhuǎn)矩 。maxn maxT （2-14）max223.140165.89.91076nTJ Nt 加速時間 （2-15）4.aMTs 其中 機械時間常數(shù) 19Ms 2.4 聯(lián)軸器的設(shè)計 由于電動機軸直徑為 8mm，并且輸出軸削平了一部分與蝸桿軸聯(lián)接部分軸徑為 12mm，故其結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖 2-6 所示。 電 機 軸蝸 桿 軸 圖 2-6 聯(lián)軸器機構(gòu)圖 聯(lián)軸器采用安全聯(lián)軸器，銷釘直徑 d 可按剪切強度計算，即 4 6 （2-16 ）8mKTdDZ 銷釘材料選用 45 鋼。查表 5-2 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB 699-88 ）5 45 調(diào)質(zhì) 200mm =637MPa =353MPa =17% =35% bss 硬度 217255HBS 20.39kMJm 銷釘?shù)脑S用切應(yīng)力為 （2-17）0.780.75634.75BMPa 過載限制系數(shù) k 值 查表 14-4 取 k=1.6 4 T=0.321Nm 81.6570.643.2.dm 選用 d=5mm 滿足剪切強度要求。 2.5 蝸桿傳動設(shè)計 1.選擇蝸桿的傳動類型 根據(jù) GB/T 10085-1988 的推薦，采用漸開線蝸桿(ZI)。 2.選擇材料 蝸桿要求表面硬度和耐磨性較高，故材料選用 40Cr。蝸輪用灰鑄鐵 HT200 制造，采 用金屬模鑄造。 3.蝸桿傳動的受力分析 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 T2 按 Z=1，估取效率 =0.7,則 4 （2-66622 120.879.5109.509.523508PPT Nmnni 18） 7 圖 2-7 蝸輪-蝸桿受力分析 各力的大小計算為 （2-19 ）1125876.2taTFNd （2-20）2130.at （2-21）0012tn6tan2.8rFN 4.按齒根彎曲疲勞強度進行設(shè)計 根據(jù)開式蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則，按齒根彎曲疲勞強度進行設(shè)計。蝸輪輪齒因彎曲強度 不足而失效的情況，多數(shù)發(fā)生在蝸輪齒數(shù)較多或開式傳動中。 彎曲疲勞強度條件設(shè)計的公式為 4 （2-22）221.53FaKTmdYz 確定載荷系數(shù) K4 由于工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù) K=1，由表 11-15 選取使用系數(shù)4 KA=1.15。由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù) KV=1.1,則 （2-23 ）1.5.1265AVK 由表 11-8 得，蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力 4 34FMPa 假設(shè) 31048，蝸輪的當(dāng)量齒數(shù) 26z= （2-24 ）23362.29cos10Vz48 根據(jù) ， ，從圖 11-19 中可查得齒形系數(shù) 20 x26.9z4 2.3FaY 螺旋角系數(shù) （2-25 ）1.970Y10 2 3.53625834.4md m 由表 11-2 得 4 中心距 a=50mm 模數(shù) m=1.25mm 分度圓直徑 12.d2315md 蝸桿頭數(shù) 直徑系數(shù) 17.92 分度圓導(dǎo)程角 =31138 z 蝸輪齒數(shù) 變位系數(shù)2620.4x 5.蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 8 1）蝸桿 軸向齒距 （2-26）3.1425.9apmm 齒頂圓直徑 （2-27）*1 1.254.9dh 齒根圓直徑 （2-28 ）*122.4.0.1.275fac m 蝸桿軸向齒厚 （2-29）1351962sm 2）蝸輪 傳動比 （2-30）216zi 蝸輪分度圓直徑 （2-31）2.527.dmm 蝸輪喉圓直徑 （2-*1.250.48.1ahax m 32） 蝸輪齒根圓直徑 （2-*227.52.7.5fdmhxc 33） 蝸輪咽喉母圓半徑 （2-34）22108.195gardm 6.精度等級公差和表面粗糙度的確定 考慮到所設(shè)計的自動導(dǎo)引小車屬于精密傳動，從 GB/T 10089-1988 圓柱蝸桿、蝸輪精 度中選擇 6 級精度，側(cè)隙種類為 7.熱平衡核算 由于該蝸輪-蝸桿傳動是開式傳動，蝸輪 -蝸桿產(chǎn)生的熱傳遞到空氣中，故無須熱平衡 計算。 2.6 軸的設(shè)計 2.6.1 前輪軸的設(shè)計 前輪軸只承受彎矩而不承受扭矩，故屬于心軸。 9 圖 2-8 前輪軸結(jié)構(gòu) 1.求作用在軸上的力 自動導(dǎo)引小車的前輪受力，受力如圖 2-9a)所示。 CF180.4.22N = 2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1）擬定軸上零件的裝配方案 裝配方案是：左輪輻板、右輪輻板、螺母、套筒、滾動軸承、軸用彈性擋圈依次從軸 的右端向左安裝，左端只安裝滾動軸承和軸用彈性擋圈。這樣就對各軸段的粗細順序作了 初步安排。 2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 (1)初步選擇滾動軸承。自動導(dǎo)引小車前輪軸只受彎矩的作用，主要承受徑向力而軸向 力較小，故選用單列深溝球軸承。由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取單列深溝球軸承 6004，其尺 寸為 dDT=20mm42mm12mm,故 。20dm 右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由手冊上查得 6004 型軸承的定位軸肩高度 h=2.5mm，因此取 。25dm (2)取安裝左、右輪輻處的軸段的直徑 ;輪輻的左端采用軸肩定位，右端3 用螺母夾緊輪輻。已知輪輻的寬度為 34mm，為了使螺母端面可靠地壓緊左右輪輻，此軸 段應(yīng)略短于輪輻的寬度，故取 。左右輪輻的左段采用軸肩定位，軸肩高度3l ，取 h=3mm，則軸環(huán)處的直徑 。軸環(huán)寬度 b1.4h，取 。0.7hd 6Vdm5Vlm (3)軸用彈性擋圈為標(biāo)準(zhǔn)件。選用型號為 GB 894.1-86 20，其尺寸為 ,故02d , , 。19m 1.l 1.9l 其余尺寸根據(jù)前輪軸上關(guān)于左右輪輻結(jié)合面基本對稱可任意確定尺寸，確定了軸上的 各段直徑和長度如圖 2-8 所示。 3）軸上零件的周向定位 左右輪輻與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接。按 d由手冊查得平鍵截面 bh=8mm7mm (GB/T 1095-1979),鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為 28mm(標(biāo)準(zhǔn)鍵長見 GB/T 1096-1979),同時為 了保證左右輪輻與軸配合有良好的對中性，故選擇左右輪輻與軸的配合為 H7/n6。滾動軸 10 承與軸的周向定位是借過度配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為 j7。 4）確定軸上圓角和倒角尺寸 取軸端倒角為 145，各軸肩處的圓角半徑為 R1。 3.求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計算簡圖。根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖。 McFF1 F2M 圖 2-9 前輪軸的載荷分析圖 12180.4.2FN1239Lm 139576.8CL 4.按彎曲應(yīng)力校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩的截面強度。最大負彎矩在截面 C 上， 。1576.38CMNm 對截面 C 進行強度校核，由公式 4 （2-35）1caMW 由表 15-1 得，45 鋼 調(diào)質(zhì) 4 160Pa 由表 15-4 得， （2-36） 2 23 3 3840. 8.42btdWm 11576.9caMPa 因此該軸滿足強度要求，故安全。 2.6.2 后輪軸的設(shè)計 后輪軸在工作中既承受彎矩又承受扭矩，故屬于轉(zhuǎn)軸。 11 圖 2-10 后輪軸結(jié)構(gòu) 1.求后輪軸上的功率 、轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩2P2n2T 取蝸輪-蝸桿傳動的效率 =0.7,則 （2-37）20.87.056KW .5minr238Nm 2.作用在蝸輪上的力 2163.8tFN2.aF2460rF 3.初步確定軸的最小直徑 先按式（15-2 初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表4 15-3 ，取 =115，于是得40A （2-38）233min00.5611.7PdAm 后輪軸的最小直徑是安裝輪輻處軸的直徑 。由于輪輻與軸采用鍵聯(lián)結(jié)，故d 。26d 4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1)擬定軸上零件的裝配方案 裝配方案是：蝸輪、套筒、深溝球軸承、軸用彈性擋圈依次從軸的左端向右安裝；右 端安裝深溝球軸承、透蓋、內(nèi)輪輻、軸端擋圈從右端向左安裝。 2)根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 (1)初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列深溝球軸 承。單列深溝球軸承 6206，其尺寸為 dDT=30mm62mm16mm，故 。30dm 右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由手冊上查得 6206 型軸承的定位軸肩高度 h=3mm,因此，取 。6d 12 (2)軸用彈性擋圈為標(biāo)準(zhǔn)件。選用型號為 GB 894.1-86 30,其尺寸為 ，故03dm ， 。28.6dm 1.7L (3)取安裝輪輻處的軸段的直徑 。輪輻的寬度為 27mm,為了使軸端擋圈26dm 可靠地壓緊輪輻，此軸段應(yīng)略短于輪輻的寬度，故取 。26l 其余尺寸根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)可任意選取。確定了軸上的各段直徑和長度如圖 2-10 所示。 3)軸上零件的周向定位 蝸輪與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接。按 由手冊查得平鍵截面 bh=8mm7mm,鍵槽d 長為 25mm。輪輻與軸的配合為 H8/h7。 4)確定軸上圓角和倒角尺寸 取軸端倒角為 145，各軸肩處的圓角半徑為 R1。 5.求軸上的載荷 后輪軸上的受力分析 2-11a)。 L1=L2=27.5mm L3=41mm 1)在水平面上后輪軸的受力簡圖為 2-11b)。 由靜力平衡方程求出支座 A、 B 的支反力 121263.81.9NHtFN 三個集中力作用的截面上的彎矩分別為 1.975.DMLm 0HABM 13 圖 2-11 后輪軸的載荷分析圖 2)在垂直面上后輪軸的受力簡圖 2-11c)。 由靜力平衡方程求出支座 A、 B 的支反力 265.2NVaF （2-39 ）Nm.7.75aDM ， (2-40)0A 2121130raNVLLFL 12 31NVrFFL 46027.5.57.62.5417.5 02 ， (2-41)yF1220NVrFF 122NVr 46057.0.638 在 段中，將截面左邊外力向截面簡化，得AD (2-42)1130.578NVMFxx1 1027.5x 14 在 段中，同樣將截面左邊外力向截面簡化，得DB (2-43)21227.5NVraMxFxFM027.5x 2 308301.57846.64x 在 段中，同樣將截面右邊外力向截面簡化，得BC (2-44)333157.MxFx3041x 0VAC .82.9.5D Nm 167540182.67V .BM 計算 A、B、C、D 截面的總彎矩 M 02221173.5893.154.8HDV Nm (2-45) (2-46)22273.50.6047.DHVBVNm 后輪軸上的轉(zhuǎn)矩 28T 6.按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面 D）的強度。 由式（15-5） 得4 (2-47) 2 22 2047.85.635081.4DcaMT MPaW 其中， 為折合系數(shù)，取 =0.6 為軸的抗彎截面系數(shù)，由表 15-4 得4 2 23 3 3804.108.42 3btdt m 選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表 15-1 查得 416MPa 15 因此 ，故安全。1ca 2.7 滾動軸承選擇計算 2.7.1 前輪軸上的軸承 要求壽命 ，轉(zhuǎn)速 ，軸承250hL101028.96min3.4nrd 的徑向力 ，軸向力 。4.rFNaF 1 由上述條件試選軸承 試選 6004 型軸承，查表 16-2 4 9.38rCk05.2rCkNlim150innr 2 按額定動載荷計算 由式 (2-48)4 601hnLP 對球軸承 =3， (2-49)PraPrfXFYf 查表 13-6 自動導(dǎo)引小車 4 1.2 代入得 408.54N 36.98.50791380C 故 6004 型軸承能滿足要求。 3 按額定靜載荷校核 由式 (2-50)0CSP 查表 13-8 ，選取 =240S (2-51)04.2rarPXFYN 代入上式， 滿足要求。00522.8CN 2.7.2 蝸桿軸上的軸承 要求壽命 ，轉(zhuǎn)速 ，軸承的徑向載荷hL14.5minnr ，作用在軸上的軸向載荷 。10.4rF60aFN 1 由上述條件試選軸承 選 30203 型軸承，查表 5-24 5 16 （脂潤滑） 19.8CkN013.2klim90innr0.35e 圖 2-12 蝸桿軸上的軸承受力 2 按額定動載荷計算 (2-52)1120.432.7rFSNY 13.76.9.a S ，1212.4aPrfXFY 查表 15-12 ， 5.Pf ， ， 1639.780.350.4arFe0.41.7121.46.29.58N ， ， 23.90.3504ar eF 1X0Y 222.432.8PraPrfXYFf 由式 15 601hnLC10003316 64.5229.5843hnLC N0103326 6.0.4hP 均小于 滿足要求。1198N 3 按額定靜載荷校核 由表 505 0CSP 17 查表 15-14 ，取 501.8S10.79.52arFY011.10.46.1.86raPXFN 20.94.52arF 021.rN 均小于 ，滿足要求。01P3C 4 極限轉(zhuǎn)速校核 由式 (2-53)max12linf ，由圖 15-5 得 1290.58.62C5f ，由圖 15-6 得 1.7arF520.fmax1.94minnr ，由圖 15-5 得 213.480.679PC51f ，由圖 15-6 得 2.arF52f max2190minnr 小于 和 滿足要求。nmax12 2.7.3 后輪軸上的軸承 要求軸承的壽命 ，轉(zhuǎn)速 ，軸承 A 的徑向載荷50hL2.75innr ；軸承 B 的徑向載荷2211631.9.80rNHVF N ；軸向載荷為 。22 631.9r 65.2aFN 由于軸承 A 承受的載荷大于軸承 B 的載荷，故只需對軸承 A 進行校核。 1 由上述給定條件試選軸承 18 試選 6206 型軸承，查表 15-19 5 （脂潤滑）14.9CkN01.CkNlim950innr 2 按額定動載荷計算 由式 60hLP 對球軸承 ，3 PrafXFY 由 查表 15-19 065.20.651aFC50.19,2.3eY 由 查表 15-19 .930.197ar e5 rPF 查表 15-12 自動導(dǎo)引小車 5 .2Pf 代入得 784N 360.508416.549101C 故 6206 型軸承能滿足要求。 3 按額定靜載荷校核 由式 0CSP 查表 15-14 ，選取 501S 由 .93arF 查表 15-19 ， 時， 50.8ar01,XY 得 7rPFN 代入上式， 滿足要求。001CNS 4 極限轉(zhuǎn)速校核 max12linf 由 查圖 15-5 80.563149PC51f 19 查圖 15-6 65.20.937arF521f 代入 max109minnr 滿足要求。max2.5irn 第三章 控制系統(tǒng)的設(shè)計 3.1 控制系統(tǒng)總體方案 本系統(tǒng)使用 AT89C51 單片機作為核心的控制運算部分。連接在電機上的數(shù)字編碼器在 電機運轉(zhuǎn)時發(fā)出的脈沖信號，經(jīng)過自行設(shè)計和制作的脈沖鑒向電路，可以得到電機的運轉(zhuǎn) 方向；來自鑒向電路的正反方向的脈沖信號進入到兩塊 8253 計數(shù)器進行計數(shù)，以獲得電機 的旋轉(zhuǎn)速度和位移；經(jīng)過在 AT89C51 單片機上運行的各種控制程序的適當(dāng)運算以后，輸出 的控制量經(jīng)過兩塊 DAC1208 轉(zhuǎn)換器變成模擬量，輸出到兩塊 UC3637 直流電動機脈寬調(diào)制 器，通過 H 橋開關(guān)放大器，作為執(zhí)行機構(gòu)的速度或者力矩給定，從而控制電機的運轉(zhuǎn)，使 整個 AGV 自動導(dǎo)引小車能夠完成所設(shè)計的控制任務(wù)。 整個控制系統(tǒng)的組成框圖如下： 20 圖 3-1 控制系統(tǒng)的組成框圖 3.2 鑒向 伺服電機根據(jù)控制要求能夠工作在四個不同的象限，作為系統(tǒng)的狀態(tài)檢測部分，必須 能夠檢測電機的轉(zhuǎn)速及分辨電機不同的旋轉(zhuǎn)方向。安裝在電機旋轉(zhuǎn)軸上的數(shù)字編碼器在電 機運轉(zhuǎn)時能夠產(chǎn)生相位相差 90 度的兩路脈沖信號，電機的旋轉(zhuǎn)方向可以由鑒向電路對此兩 路脈沖進行鑒向后獲得，其原理如圖 3-2 所示。V 圖 3-2 鑒向原理 伺服電機反轉(zhuǎn)時，A相脈沖超前于 B相脈沖90度，在cp十端輸出反向計數(shù)脈沖，當(dāng)正轉(zhuǎn) 時，B 相脈沖超前于A相脈沖90度，在cp一端輸出正向計數(shù)脈沖，見圖3-3中的(b) 和(c 所示， 分辨出的脈沖進入脈沖計數(shù)電路進行計數(shù)，再由計算機讀入進行處理。其電路圖見圖3-3中 的(a) 所示。 21 圖 3-3 電機轉(zhuǎn)向分辨電路 本次設(shè)計使用的數(shù)字編碼器為500P/ R ,即電機每旋轉(zhuǎn)一周輸出500個脈沖,電機到車輪的 減速齒輪的減速比為62 : 1 ,因此車輪每前進或者后退一周產(chǎn)生50062 即31000個脈沖,可見 分辯率非常高。編碼器的脈沖輸出為差動形式,鑒向電路接收差動形式的脈沖信號,鑒向后輸 入到8253計數(shù)器。 3.3 計數(shù)的擴展 為了得到驅(qū)動輪運轉(zhuǎn)的速度、位移等,而數(shù)字編碼器的輸出經(jīng)過鑒向電路提供的是電機 的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)脈沖,必須對這些脈沖分別進行計數(shù)、運算才能得到所要的速度、位移等狀態(tài) 量。本系統(tǒng)中使用了兩塊8253計數(shù)器,每塊芯片具有三個16 位計數(shù)器。四個獨立的計數(shù)器 即1# 、2 # 、3 # 和4 # 分別用于兩臺電機的正/ 反轉(zhuǎn)脈沖的計數(shù)。 8253可編程定時器計數(shù)器可由軟件設(shè)定定時與計數(shù)功能，設(shè)定后與CPU并行工作， 不占用CPU 時間，功能強，使用靈活。它具有3個獨立的16位計數(shù)器通道，每個計數(shù)器都可 以按照二進制或二十進制計數(shù)，每個計數(shù)器都有6種工作方式，計數(shù)頻率可高達2MHz， 芯片所有的輸入輸出都與TTL兼容。 8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3-4所示；引腳如圖3-5 所示。 圖3-4 8253內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 圖3-5 8253引腳圖 U6地址為：8000H計數(shù)器0 8001H計數(shù)器1 8002H計數(shù)器2 8003H控制字 U7地址為：6000H計數(shù)器0 6001H計數(shù)器1 6002H計數(shù)器2 6003H控制字 U6讀/寫控制邏輯接線： ， ， ；4CSY0QA1 U7讀/寫控制邏輯接線： ， ， 。3 22 U6芯片中計數(shù)器0和計數(shù)器1 用于左輪電機正反轉(zhuǎn)計數(shù)，并處于工作方式3。U7 芯片中 計數(shù)器0和計數(shù)器1用于右輪電機正反轉(zhuǎn)計數(shù)，并處于工作方式3。在中斷服務(wù)程序中,這四 個計數(shù)器分別對兩臺伺服電機的正/ 反脈沖進行計數(shù),所得到的計數(shù)值減掉上一次的計數(shù)值, 就可以得到在這一時間周期內(nèi)的各路脈沖數(shù)。右輪反轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)和左論反轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)的結(jié)果分 別存于臨時變量temp 1、temp 2、temp 3 和temp 4 中,在主程序中通過對它們進行運算就可 以得到移動機器人的狀態(tài)量了。 3.4 中斷的擴展 AT89C51 單片機是使用兩個級聯(lián)的 8259A 中斷控制器來控制中斷的。主 8259A 芯片 上的 IRQ2 擴展成從片上的 IRQ8IRQ15 使用。 8259A 作為一種可編程中斷控制器，是一種集成芯 片。它用來管理輸入到 CPU 的各種中斷申請，主要 外圍設(shè)備，能提供中斷向量、屏蔽各種中斷輸入等 功能。每一個 8259A 芯片都能直接管理 8 級中斷， 最多可以用 9 片 8259A 芯片級連，由其構(gòu)成級連機 構(gòu)可以管理 64 級中斷。 8259A的外部引腳： ：數(shù)據(jù)線，CPU通過數(shù)據(jù)線向8259A70D 發(fā)送各種控制命令和讀取各種狀態(tài)信息。 INT：中斷請求，和CPU的INTR引腳相連，用 來向CPU 提出中斷請求。 ：中斷響應(yīng)，接收CPU的中斷響應(yīng)信號。INTA 圖3-6 8259A引腳圖 ：讀信號，低電平有效，通知8259A將某R 個寄存器的內(nèi)容送到數(shù)據(jù)總線上。 ：寫信號，低電平有效，通知8259A 從數(shù)據(jù)線上接受數(shù)據(jù)（即命令字）。WR ：片選信號，低電平有效。CS ：端口選擇，指出當(dāng)前哪個端口被訪問。0A ：接收設(shè)備的中斷請求。7I ：級聯(lián)端，指出具體的從片。在采用主從式級聯(lián)的多片8259A的系統(tǒng)中，20 主從片的 對應(yīng)連接在一起。S ：主從片/緩沖器允許，雙功能引腳，雙向。它有兩個用處：當(dāng)作為輸入時，PEN 用來決定本片8259A是主片還是從片。作為輸出時，當(dāng)從8259A 往CPU 傳送數(shù)據(jù)時，由 引出的信號作為總線啟動信號，以控制總線緩沖器的接收和發(fā)送。 本次設(shè)計采用兩片8259A進行級聯(lián)：主片的 引腳連接從片的中斷請求INT ，如果某2IR 一個引腳下面沒有連接從片，則可以直接連接外部中斷請求；而主片、從片的中斷響應(yīng)信 號 和數(shù)據(jù)信號 互相連在一起。主片CAS 和從片CAS互相連在一起，當(dāng)從片數(shù)量ITA07D 較多時，可以在主片CAS和從片 CAS之間增加驅(qū)動器。主片的 接高電平。從片的SPEN 接低電平。在8259A 的主從式級聯(lián)方式中，中斷的優(yōu)先級設(shè)置類似于單片機的情況。SPEN 級聯(lián)如圖3-7所示。 23 AT89C5174HC388259AU0UU主從U48259A 圖3-7 8259A的級聯(lián) 3.5 數(shù)摸轉(zhuǎn)換器的選擇 將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的器件稱為數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(digital-analog converter),簡稱為DAC 。 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)有分辨率、轉(zhuǎn)換精度、線性誤差和建立時間。 分辨率 指最小輸出電壓與最大輸出電壓之比。本次設(shè)計采用DAC1208芯片，故其分 辨率為 。412.210 轉(zhuǎn)換精度 以最大的靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差的形式給出。DAC1208芯片為12位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器其最 大誤差為: ,精度為 。121.0nFSAV0.1 線性度 指 DAC 的實際轉(zhuǎn)換特性曲線和理想直線之間的最大偏移差。 建立時間 在數(shù)字輸入端發(fā)生滿量程碼的變化以后，數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的模擬輸出穩(wěn)定到最 終值1/2LSB時所需要的時間，當(dāng)輸出的模擬量為電流時，這個時間很短。 DAC1208的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳如圖3-8和圖3-9所示。 圖3-8 DAC1208的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖3-9 DAC1208的引腳圖 CSWR1AGND DI9DI8DI2 DI3DI4 DI5 DI6DI 7 VREFRfbDGND VcBYTE1/BYTE2WR 2XFER Iout2Iout1 DAC1208 1 1098 765 432 20 141516 171819 13121 24232 21 (LSB)DI0DI1 DI1(MSB)DI10 24 DAC1208內(nèi)部對輸入數(shù)據(jù)具有兩級緩存：8位輸入寄存器、4位輸入寄存器和12位DAC 寄存器，這三個寄存器可以分別選通。 DAC1208有三種工作方式：單緩沖方式、雙緩沖方式、直通方式。 所謂的單緩沖方式就是使DAC1208的兩個輸入寄存器中有一個處于直通方式，而另一 個處于受控的鎖存方式。在實際應(yīng)用中，如果只有一路模擬量輸出。 所謂雙緩沖方式，就是把DAC1208的兩個鎖存器都接成受控鎖存方式。本次設(shè)計采用雙緩 沖方式，目的是為了讓兩個直流伺服電機能夠?qū)崿F(xiàn)同步。 所謂直通方式，輸入寄存器和DAC寄存器都接成直通方式，即 信號均有效，數(shù)據(jù)被直接送入數(shù)/ 模轉(zhuǎn)換電路進行數(shù)/ 模轉(zhuǎn)換。12ILEWRXFECS +5V+5VOAOAAT89C5174LS32764624DC120874HC138U0U1UU3U9UU10DC28 圖3-10 DAC1208雙緩沖連接方式 U9輸入寄存器地址為3FFFH DAC寄存器地址為5FFFH U10輸入寄存器地址為1FFFH DAC寄存器地址為5FFFH 本次設(shè)計采用DAC1208芯片的數(shù)/ 模轉(zhuǎn)換器其連接方式如圖3-10所示。 為BYTE 高電平時，選中數(shù)據(jù) 輸入到8位輸入寄存器；當(dāng) 為低電平時，選14DII 中數(shù)據(jù) 輸入到4位輸入寄存器； 片選信號，低電平有效，和輸入鎖存信號30I CS 一起決定第一級數(shù)據(jù)鎖存是否有效。 第一級允許鎖存，高電平有效。 寫1ILEWR ILE1WR 信號1，作為第一級鎖存信號，必須和 同時有效。 寫信號2，作為第二級鎖存R 信號，必須和 同時有效。 控制信號，低電平有效，和 一起決定第二級數(shù)XFFR 據(jù)鎖存是否有效。 模擬電流輸出端，DAC寄存器全1時最大，全0時為0。 模擬電OUTI 2OUTI 流輸出端，和 有一個常數(shù)差： 常數(shù)，此常數(shù)對應(yīng)一個固定基準(zhǔn)電壓的112OUTII 滿量程電流。 參考電壓輸入端，可正可負， 。REFV01V 3.6 電機驅(qū)動芯片選擇 電機驅(qū)動采用PWM技術(shù)來驅(qū)動直流伺服電動機。PWM技術(shù)為脈寬調(diào)制技術(shù)其可通過 輸入直流電壓 ，在其輸出可以得到頻率固定、脈沖幅度一定、脈沖寬度與輸入信號成線inu 性關(guān)系的方波脈沖串，利用該方波脈沖串驅(qū)動功率放大電路，從而控制伺服電機的轉(zhuǎn)速。 25 采用PWM技術(shù)的優(yōu)點是，PWM具有較高的切換頻率，這有助于克服伺服電機的靜摩擦力 矩，與其線性功率放大器相比，功耗低且效率高，因而在伺服系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)運用。 為了改善伺服電機的運行特性，必須適當(dāng)選擇PWM的切換頻率，其選擇可參考以下原則： a)切換頻率應(yīng)能使電機軸產(chǎn)生微振，以克服靜摩擦，改善運行特性。即 (3-1)TMf 其中 ， 為力矩常數(shù)， 為PWM電源電壓， 為電感， 為電機靜摩擦4MCfkULTCULT 力矩。 b)微振的最大角位移應(yīng)小于設(shè)定的位置誤差。即 (3-3)3192CTkfJ 其中J為轉(zhuǎn)動慣量， 為設(shè)定的位置誤差。 c)盡量減少電機產(chǎn)生的高頻功耗。即應(yīng)使得 (3-4)ATRfL 其中 為電內(nèi)阻。AR 一般伺服電機的電感很小，如果切換頻率不高，導(dǎo)致交流分量很大，很容易損壞功率 晶體管。在此采用PWM芯片UC3637和H功率橋放大電路來驅(qū)動伺服電機，其UC3637原理 如圖3-11 所示，根據(jù)上述原則選擇切換頻率為 30KHz。 UC3637的特點： 單電源或雙電源工作，2.50V 雙路PWM信號輸出，驅(qū)動電流能力為 1mA 限流保護 欠電壓封鎖 有溫度補償，2.5V閥值的關(guān)機控制 圖3-11 UC3637原理框圖 26 UC3637的結(jié)構(gòu)與功能： 三角波發(fā)生器：CP，CN，S1，SR1；PWM比較器：CA，CB；輸出控制門： NA，NB ； 限流電路：CL，SRA，SRB；誤差放大器：EA ；關(guān)機比較器：CS； 欠電壓封鎖電路：UVL。 UC3637最具特色的是三角波振蕩器，三角波產(chǎn)生電路如圖3-12所示。 圖3-12 恒幅三角波產(chǎn)生電路 三角波參數(shù)的計算 取PWM定時電路充電電流為0.5Ma,則有 (3-5)0.5STHTVR6 (3-6)4THCf 其中， 為PWM頻率。由允許電機最大電流 決定 。Tf max3.21IASR (3-7)ax0SRI 對于圖3-12所示的控制系統(tǒng)，要求： 24SV max10c 10INRk PWM 頻率 30fkHz 限流 max8IA 27 B 2v1xoy P A Q L 取 1a 計算得 (3-8) 43max22016.5INScRVk (3-9)4343216.5.4IN (3-10)440.782SRIVV3.6TH (3-11)23 .7821.506.124THS kV3.5.STHTR136.k930.501.04.78TTHCFfV 式中： 為三角波峰值的轉(zhuǎn)折（閾值）電壓； 為電源電壓； 為定時電阻； 為定THVSVTRTC 時電容； 為恒流充電電流； 為振蕩頻率。C3637具有一個高速、帶寬為kHz、輸出低SIf 阻抗的誤差放大器，既可以作為一般的快速運放，亦可作為反饋補償運放。 3.7 運動學(xué)分析 3.7.1 運動學(xué)方程 AGV 自動導(dǎo)引小車的速度分析。 已知車輪驅(qū)動速度，求機構(gòu)本體移動速度和旋轉(zhuǎn)角速度。 兩后輪分別驅(qū)動四輪機構(gòu)的速度分析（Q 為瞬心，P 為后輪中心） (3-12)12pv (3-13)coscosvx （3-12ininpyv 14） (3-15) BAv 121vAB (3-16) 圖 3-13 AGV 自動導(dǎo)引小車示意圖 整理成矩陣形式： 28 (3-17) 21211sin2icovJByx 為雅可比矩陣。J 3.7.2 轉(zhuǎn)彎半徑 小車在轉(zhuǎn)彎時以速度 勻速轉(zhuǎn)彎；小車兩主動輪之間的距離為 B；小車兩主動輪中心 （假設(shè)小車質(zhì)量分布均勻）與轉(zhuǎn)彎圓心的距離即轉(zhuǎn)彎半徑為 R；車輪半徑為 r；兩輪的速度 分別為 ；小車與行駛路面的摩擦系數(shù)為 。則有12 (3-18)2Rg1 查表 5-2 取 206708.49.Rm2 4m 故取小車轉(zhuǎn)彎的最小半徑為 。1 左、右輪的速度為 1 (3-19)2rRBA270610.486443.7B srR (3-20)12r12.3097.01mrA 3.8 控制軟件的設(shè)計 根據(jù)機器人的線速度和角速度的表達式(3-12) 和(3-16) ,可以計算狀態(tài)量 x、y 和: （3-21）12q （3-22）B (3-23)02 trldtb （3-24）0cos trlx (3-25)0in trlyt 采用數(shù)值積分方法進行近似檢測: 將區(qū)間 劃分成若干充分小的子區(qū)間 ， 10t 則只要子區(qū)間 相對于移動機器人的運動速度選擇得充分小,121,ntt 1it 或者控制周期比較短,則檢測精度可以達到使用的要求。表達式如下: (3-26)112ntnrldtb （3-27）1cosntrlx 29 (3-28)11sin2ntn rlydt 另外,考慮到系統(tǒng)的各個狀態(tài)量都是通過數(shù)字編碼器輸出的脈沖信號進行檢測的,要將脈 沖信號轉(zhuǎn)換為機器人移動的距離及轉(zhuǎn)過的角度,必須對脈沖信號進行定標(biāo),即確定每個脈沖與 驅(qū)動輪移動的距離的系數(shù)。已知驅(qū)動輪的半徑r = 70mm ,電機到車輪的減速齒輪的變比為62 : 1 ,電機每旋轉(zhuǎn)一周發(fā)出500個脈沖,從而可以得到脈沖當(dāng)量應(yīng)為2 * PI * 70/(500 * 62) ,即 0.01418mm/ P 。 對于控制系統(tǒng)的軟件編程語言，要根據(jù)系統(tǒng)的要求進行選擇，一般要求代碼簡捷，執(zhí) 行效率高，實時性好。AGV自動導(dǎo)引小車的引導(dǎo)原理是根據(jù)自動導(dǎo)引小車行走的軌跡進行 編程，數(shù)字編碼器檢測出的電壓信號判斷其與預(yù)先編程的軌跡的位置偏差，控制器根據(jù)位 置偏差調(diào)整電機轉(zhuǎn)速對偏差進行糾正，從而使自動導(dǎo)引小車沿預(yù)先編程的軌跡行走。因此 AGV自動導(dǎo)引小車行走過程中，需不斷地根據(jù)輸入的位置偏差信號調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，對系統(tǒng) 進行實時控制。為對AGV自動導(dǎo)引小車實施控制，需要對硬件進行操作。 整個AGV自動導(dǎo)引小車的控制流程如圖3-14所示。 開 始函 數(shù) 、 變 量 、 中 斷 初 始 化讀 取 預(yù) 設(shè) 路 徑 坐 標(biāo)路 徑 規(guī) 劃 及 軌 跡 插 補讀 取 上 次 運 行 誤 差 序 列AGV平 滑 啟 動 環(huán) 節(jié)軌 跡 檢 測到 第 一 段 軌 跡 終 點 嗎 ？第 二 段 軌 跡 控 制 環(huán) 節(jié) 到 終 點 了 嗎 ？存 儲 本 次 軌 跡 控 制 誤 差 序 列 偏 差 自 動 校 正 D/A輸 出結(jié) 束YNYN第 i段 軌 跡 控 制 環(huán) 節(jié) ND/A輸 出偏 差 自 動 校 正Y到 第 段 軌 跡 終 點 嗎 ？ 圖3-14 控制系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)圖 30 程序開始：先設(shè)置函數(shù)和變量，并對各芯片進行初始化；讀取預(yù)先設(shè)置軌跡的坐標(biāo)； 對軌跡進行插補；讀取上次的誤差，自動導(dǎo)引小車啟動；進行軌跡的檢測；判斷第一段路 徑走完沒有；NO則把檢測的實際軌跡和預(yù)先設(shè)置的軌跡相比較產(chǎn)生偏差，接著把偏差送給 D/A轉(zhuǎn)換器，從而控制自動導(dǎo)引小車沿預(yù)先設(shè)定的軌跡行走。YES則走下一段軌跡，接著 判斷是否到達終點，到達終點結(jié)束；沒到達終點則繼續(xù)走下一段軌跡。 下面為圓弧插補程序，流程圖如圖3-15。 DDA圓弧插補程序： XP BIT 00H ；X 向益出標(biāo)志 YP BIT 01H ；Y 向益出標(biāo)志 XS EQU 60H ；起點坐標(biāo)X YS EQU 61H ；起點坐標(biāo)Y XE EQU 62H ；終點坐標(biāo)X YE EQU 63H ；終點坐標(biāo)Y JVX EQU 64H ；X 積分累加器 JVY EQU 65H ；Y 積分累加器 JRX EQU 66H ；X 被積函數(shù)寄存器 JRY EQU 67H ；Y 被積函數(shù)寄存器 JEX EQU 68H ；X向終點計數(shù)器 JEY EQU 69H ；Y向終點計數(shù)器 ORG 1000H MOV JVX，YS ；初始化 MOV JVY，XS MOV JRX，#0 MOV JRY，#0 MOV R2， XS MOV R4， XE ACALL BSUB ；求X坐標(biāo)的計數(shù)初值 MOV JEX，R6 MOV R2， YS MOV R4， YE ACALL BSUB ；求Y坐標(biāo)的計數(shù)初值 MOV JEY，R6 CLR XP CLR YP MOV R2, XS MOV R4, YS ACALL YC ；調(diào)用益出子程序 CF: MOV A,JEX ；X 向 JZ YX MOV R2, JRX MOV R4, JVX ACALL BADD ；修改X向寄存器 MOV JRX, R6 MOV A, R7 31 CJNE A, JRX, NX1 ；X向是否益出 SETB XP DEC XS DEC JEX ；-X 走一步 AJMP YX NX1: JC YX SETB XP DEC XS DEC JEX XY: MOV A, JEY ；Y 向 JZ ZDP MOV R2, JRY MOV R4, JVY ACALL BADD ；修改Y向寄存器 MOV JRY, R6 MOV A, R7 CJNE A, JRY, NX2 ；Y向是否益出 SETB YP ；+Y走一步 INC YS DEC JEY AJMP JINX NX2: JC JINX ；進給了X？ SETB YP INC YS DEC JEY JINX: JNB XP, NX3 ；進給了Y？ DEC JVY NX3: JNB YP, CF INC JVX AJMP CF ZDP: MOV A, JEX JNZ CF ；X向到終點嗎？ MOV A, JEY JNZ CF ；Y向到終點嗎？ END BADD：加法程序入口；被加數(shù) R2；加數(shù) R4；結(jié)果 R6； BSUB：減法程序入口；被減數(shù)R2；減數(shù)R4 ；結(jié)果R6。 BSUB：MOV A，R4 ；取減數(shù) CPL ACC.7 ；減數(shù)符號取反以進行加法 MOV R4，A BADD：MOV A，R2 ；取被加數(shù) XRL A，R4 ；兩數(shù)異或 MOV C，ACC.7 ；兩數(shù)同號CY=0，兩數(shù)異號CY=1 MOV A，R2 32 CLR ACC.7 ；符號位清0 MOV R2，A MOV A，R4 CLR ACC.7 ；符號位清0 MOV R4，A JC JIAN ；兩數(shù)異號轉(zhuǎn)JIAN MOV A，R2 ADD A，R4 MOV R6，A RET JIAN：MOV A，R2 ；相減 CLR C SUBB A，R4 MOV R6，A JNB ACC.7，QWE MOV A，R6 CPL A ADD A，#1 MOV R6，A QWE： RET 益出子程序：R7中存放益出值。 YC：MOV R5，#08H MOV R7，#00H CLR C MOV A，R2 SUBB A，R4 JNZ LP LP5：MOV A，R2 LP6：CLR C LP2：RLC A JC LP1 INC R7 DJNZ R5，LP2 LP1：CLR A LP3：SETB C RRC A DJNZ R7，LP3 CPL A MOV R7，A RET LP：JC LP4 AJMP LP5 LP4：MOV A，R4 AJMP LP6 圖3-15 DDA圓弧插補流程圖 益 出 ？-X走 一 步 益 出 ？+y走 一 步 進 給 了進 給 了 入 口 出 口 ,0,0,VxsVysRxRyExseEyseJJxJxJy RxRxVxJJJ0?ExJNYY 1 ExExJJ0?EyJ RyRyVyJJJ1 EyEyJJ?x1 VyVyJJ?y1 VxVxJJ 0?ExyJNYYNNY NYNY 33 結(jié)論與展望 本課題為自動導(dǎo)引小車（AGV）的設(shè)計。AGV自動導(dǎo)引小車是一種物料搬運設(shè)備，是 能在一位置自動進行貨物的裝載，自動行走到另一位置，自動完成貨物的卸載的全自動運 輸裝置；AGV自動導(dǎo)引小車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般由機構(gòu)部分、傳感器組、控制部分以及信息處理 部分構(gòu)成。通過設(shè)計，實現(xiàn)了小車自動按預(yù)先設(shè)定的軌跡行走，從而在柔性制造系統(tǒng)中自 動運送工件。 本課題的設(shè)計有待進一步的改進：在硬件方面，增加位置檢測傳感器形成閉環(huán)控制系 統(tǒng)；在軟件方面，開發(fā)應(yīng)用軟件有利于隨意改變小車的運動軌跡。AGV的發(fā)展會向著智能 化方向前進。 參考文獻（References） 1孔令中現(xiàn)代物流設(shè)備設(shè)計與