頂升式AGV結構設計

精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上編號 畢業(yè)設計題 目頂升式AGV結構設計本科畢業(yè)設計（論文）誠信承諾書本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文）（題目： 頂升式AGV結構設計 ）是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果。盡本人所知，除了畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用的內容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。作者簽名： 年 月 日 （學號）：專心-專注-專業(yè)頂升式AGV結構設計摘要頂升式AGV全稱自動導引小車，它是在計算機控制下，通過數(shù)字圖像處理裝置導引并沿設定的路徑運行完成作業(yè)的無人駕駛自動小車，伺服驅動，頂升執(zhí)行機構。它為現(xiàn)代制造業(yè)、現(xiàn)代物流提供了一種高度柔性化和自動化的運輸方式。本文介紹了AGV在國內外的發(fā)展現(xiàn)狀和應用情況，在此基礎上，結合畢業(yè)設計的課題要求，設計了頂升式AGV。其中研究內容包括以下幾個方面：1.論述了AGV系統(tǒng)的組成、視覺導引方式及原理。2.介紹AGV車體機械機構設計，并根據(jù)小車驅動方式和工作要求，對電機、蓄電池等進行了設計和選型。3.根據(jù)AGV系統(tǒng)的控制和工藝要求，對其執(zhí)行機構頂升裝置進行了設計。4.在總結全文的基礎上，對頂升式AGV的設計和研究提出了展望。關鍵詞：AGV，視覺導引，頂升裝置JACK-UP TYPE AGVAbstractJack-up type AGV full name is Automatic Guided Vehiele,it is under the control of the computer,the digital image processing device guiding and along a set path running finish homework unmanned automatic vehicle，servo drive,lifting execting machanism.It is a modern manufacturing industry,modern logistics to provide a highly flexible and automatic mode of transport.This paper introduces the AGV in the domestic and foreign development status and application situation,on this foundation,combining the subject of graduation design requirements,design of jack-up type AGV.The research contents include the following aspects:1.The discusses the AGV system composition, visual guidance mode and principle.2 Introduction to AGV body of mechanism design, and in accordance with the car driving mode and work requirements, the motor, batteries for the design and selection of.3 According to AGV system control and process requirements, the executive mechanism lifting device is designed.4.On the base of summarizing the dissertation, the jacking type AGV puts forward the design and research prospect.Key Words: AGV, vision guidance, jack-up device目 錄第一章 緒論1.1 AGV概述自動引導小車 (Automated Guided Vehicle ，簡稱 AGV)，指裝備有電磁或光學等自動導引裝置，能夠沿規(guī)定的導引路徑行駛，具有安全保護以及各種移載功能的運輸車，工業(yè)應用中不需駕駛員的搬運車，以可充電之蓄電池為動力來源。一般可通過電腦來控制其行進路線以及行為,或利用電磁軌道(electromagnetic path-following system)來設立其行進路線，電磁軌道黏貼於地板上，無人搬運車則依循電磁軌道所帶來的訊息進行移動與動作。還可利用視覺導航技術，GPS 導航技術等進行引導。1.2 AGV在國際國內的發(fā)展及應用1.2.1 AGV的發(fā)展五十年代，第一臺自動導引車是由Barrett電子公司在美國開發(fā)成功。但在六十年代和七十年代AGV技術主要在歐洲得到發(fā)展。八十年代，發(fā)展中心又轉移到美國目前在國內AGV的應用逐漸開始推廣。從應用的行業(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在我國有一個潛在的廣闊市場。隨著社會科技的發(fā)展和市場需求水平的提高，AGV技術也有其自身的主要發(fā)展方向:1、AGV的市場正向二極化方向發(fā)展，一個是向自動化程度高的高檔市場發(fā)展;另一個是向流通領域、辦公室等大多數(shù)以人為接點的低檔市場發(fā)展。2、AGV正向多導向方式、智能化發(fā)展。要實現(xiàn)預定的搬運計劃、發(fā)揮無人搬運車的優(yōu)勢，關鍵取決于導向系統(tǒng)。電磁導向方式是最先開發(fā)的AGV導向方式，目前應用的范圍最為廣泛。但由于電磁導向方式的缺點，相繼出現(xiàn)了光學導向方式、磁石導向方式、激光導向、標記追蹤導向及圖像傳感器導向方式等。多種導向方式充分體現(xiàn)了無人搬運系統(tǒng)高柔性、高效率、高可靠性、低成本的發(fā)展特點，并正向智能化方向發(fā)展，使AGV技術達到新水平。3、對AGV進行工程可行性分析驗證時，愈來愈多的使用系統(tǒng)仿真方法。專用仿真語言將使用戶使用方便，仿真費用將不斷降低，一般仿真系統(tǒng)包括有彩色圖形輸入與顯示系統(tǒng)，仿真處理機和仿真語言。4、AGV/AGV模塊化設計研究，由于不同的AGV/AGV之間有許多的模塊的功能是相同的，因此為了能夠適應不同的使用要求和縮短新產品的開發(fā)周期，最好是采用模塊化的設計方法，將AGV的各功能模塊設計成不同的系列，再根據(jù)具體的使用要求進行組合。5、AGV系統(tǒng)控制結構愈來愈多地具有跟蹤物料和儲存信息的功能，以支持“準時制”生產，以便允許與AGV間或任何其他控制器進行通信。6、把AGV和移動機器人的能夠進行靈活操作的優(yōu)點結合起來，使之具有更高的科技含量和取得更前沿的應用。1.2.2 AGV的應用AGV已經(jīng)成為許多制造其余提高生產效率和系統(tǒng)智能化水平的重要手段，具體使用領域如下：1、自動化立體倉庫;2、柔性加工系統(tǒng);3、柔性裝配系統(tǒng)(以AGV作為活動裝配平臺);4、機械、電子、卷煙、醫(yī)療。食品、造紙、紡織、化工等行業(yè)的物料輸送;5、在車站、機場.郵局的物品分撿中作為運輸工具;6、也有用在辦公室、醫(yī)院、賓館的AGV:7、危險場所和特種行業(yè)。AGV被用于物品運送，這樣就減輕了工人的勞動強度，避免了危險環(huán)境對人的傷害。1.3 AGV 的分類及引導方式AGV從發(fā)明至今已經(jīng)有50年的歷史，隨著應用領域的擴展，其種類和形式變得多種多樣。常常根據(jù)AGV自動行駛過程中的導航方式將AGV分為以下幾種類型： 1.電磁感應引導式AGV 電磁感應式引導一般是在地面上，沿預先設定的行駛路徑埋設電線，當高頻電流流經(jīng)導線時，導線周圍產生電磁場，AGV上左右對稱安裝有兩個電磁感應器，它們所接收的電磁信號的強度差異可以反映AGV偏離路徑的程度。AGV的自動控制系統(tǒng)根據(jù)這種偏差來控制車輛的轉向，連續(xù)的動態(tài)閉環(huán)控制能夠保證AGV對設定路徑的穩(wěn)定自動跟蹤。這種電磁感應引導式導航方法目前在絕大多數(shù)商業(yè)化的AGVS上使用，尤其是適用于大中型的AGV。 2.激光引導式AGV 該種AGV上安裝有可旋轉的激光掃描器，在運行路徑沿途的墻壁或支柱上安裝有高反光性反射板的激光定位標志，AGV依靠激光掃描器發(fā)射激光束，然后接受由四周定位標志反射回的激光束，車載計算機計算出車輛當前的位置以及運動的方向，通過和內置的數(shù)字地圖進行對比來校正方位，從而實現(xiàn)自動搬運。 目前，該種AGV的應用越來越普遍。并且依據(jù)同樣的引導原理，若將激光掃描器更換為紅外發(fā)射器、或超聲波發(fā)射器，則激光引導式AGV可以變?yōu)榧t外引導式AGV和超聲波引導式AGV。 3 視覺引導式AGV 視覺引導式AGV是正在快速發(fā)展和成熟的AGV，該種AGV上裝有CCD攝像機和傳感器，在車載計算機中設置有AGV欲行駛路徑周圍環(huán)境圖像數(shù)據(jù)庫。AGV行駛過程中，攝像機動態(tài)獲取車輛周圍環(huán)境圖像信息并與圖像數(shù)據(jù)庫進行比較，從而確定當前位置并對下一步行駛做出決策。 這種AGV由于不要求人為設置任何物理路徑，因此在理論上具有最佳的引導柔性，隨著計算機圖像采集、儲存和處理技術的飛速發(fā)展，該種AGV的實用性越來越強。 此外，還有鐵磁陀螺慣性引導式AGV、光學引導式AGV等多種形式的AGV1.4 頂升式AGV頂升式AGV又稱舉升式AGV或升降式AGV,分為單舉升式和雙舉升式。 單舉升式AGV具有可任意旋轉和升降的工作平臺，工作平臺分專用和通用，專用平臺適合大量裝配同一產品。整臺AGV可單獨作為移動裝配工作平臺，其升降動力可以通過AGV本身電源和動力機構自動實現(xiàn)，也可以通過類似鉸鏈等省力機構手動實現(xiàn)。安裝大體積零件時降低工作臺以方便工人安裝,升高工作臺到合適高度用來進行小部件的裝配。通過對頂升式AGV的合理利用，可以實現(xiàn)在流水線裝配過程中一組零件對應一臺頂升式AGV,通過AGV在各個工位之間運動代替原有的傳送帶或其他傳送方式，此舉可以省去大量反復拆裝移栽被裝配零件的時間，提高勞動效率，降低成本。該AGV的頂升裝置要求具有360度的旋轉和多角度的定位功能，同時其升降機構要求能在工作行程的任意位置鎖死，以方便工人在任意方位裝配。 雙舉升式AGV主要用于大型零部件的搬運工作。AGV直接鉆入零件下方，升起兩個托盤以使被搬運零件離地，搬運至目標位置后降下工作臺，車體和零件分離，AGV直接從零件下方鉆出，完成零件的搬運工作 。 頂升式AGV在國內應用不如其他幾類AGV多，相關資料文獻較少。但是頂升式AGV用途廣泛，使用方便，優(yōu)勢明顯，在未來的AGV發(fā)展中必將有更廣闊的前景。 1.5 畢設任務本畢設的主要任務是：在綜合考慮線路，傳感器，控制系統(tǒng)布局的情況下，設計能夠承載500公斤，行走速度在0.5m/s的視覺頂升AGV機構設計。第二章 AGV的總體設計2.1 視覺導引目前，AGV多采用電磁感應導引來實現(xiàn)對路徑的自動跟蹤，但是這種導引方式靈活性較差，使用成本高，安裝維護和改造也很不方便。因此，人們力圖尋找一種新的方法，使AGV具有更高的柔性和經(jīng)濟性，激光、超聲波、藍牙等高科技先后被用于實現(xiàn)AGV的自動導引。最近，隨著數(shù)字視頻技術的不斷完善和高性能數(shù)字處理芯片的大量涌現(xiàn)，AGV的視覺導引開始成為研究開房的熱點。該方法通過CCD或者CMOS攝像頭拍攝路面圖像送交DSP芯片或者PC進行數(shù)字圖像處理，結果用于實現(xiàn)小車的運動控制。由于視覺導引方法不需要人為埋設路徑，因此成本低，安裝維護方便，并在理論上具有最佳的柔性。視覺作為人類最主要獲取信息的感官，也被越來越多的應用到工業(yè)控制中。機器視覺就是利用計算機模擬人眼的視覺功能，從圖像或圖像序列中提取信息，對客觀世界的三維景物和物體進行形態(tài)和運動識別。機器視覺研究的目的之一就是尋找人類的視覺規(guī)律，從而開發(fā)出從圖像輸入到自然景物分析的圖像理解系統(tǒng)。機器視覺可以代替人類的視覺從事檢驗、目標跟蹤、機器人導向等方面的工作，特別是在那些需要重復、迅速地從圖像中獲取精確信息的場合。視覺技術理論涉及圖像處理、模式識別、人工智能等方面。目前，視覺導引技術主要有兩個導引方向：（1）真正的智能視覺導引技術，它能夠模擬人視覺原理以識別路徑。其識別方法就是在智能車輛上安裝若干臺攝像機采集視頻數(shù)據(jù)，然后通過一定的算法來識別路徑，從而實現(xiàn)自動導航。這種方法對處理計算機處理系統(tǒng)的要求很高，計算量大，目前而言在實時性上還很難滿足要求。（2）計算機視覺導引技術，這種技術相比起第一種方法簡單實用。其原理是先在計算機中存儲一定的路徑信息并針對路徑特征進行算法設計，在行駛過程中將采集到的視頻信息和原始的路徑信息進行匹配，從而完成道路的識別和跟蹤。這種技術與第一種方法比較起來無疑具有更加好的圖像處理速度和實時性，所以本文選用該方法?；谝曈X引導的自動導向車輛是利用CCD采集路徑標線和標志的圖像信息，經(jīng)過車載計算機對圖像的處理來識別路徑，并根據(jù)車輛與路徑軌跡之間相對位置的判斷結果，來控制車輛運行方向的一種引導方式。此外，利用機器視覺還可識別各種標識，如加速、減速、停車和工位號等，對車輛的運行狀態(tài)進行控制。由CCD采集的路徑標線的圖像，包含著車輛在某一時刻相對于路徑標線的未知信息，即車輛的縱軸線與路徑的夾角（a）以及與路徑之間的偏移距離（e），如圖1所示。但在所采集的圖像中，除包括路徑和標志信息外，還可能存在著因為地面反光或標線污染等干擾信息。所以，必須對圖像進行處理，才能達到可靠引導的目的。圖2.1 CCD采集的路徑標線圖像2.2 輪系的布局和選用AGV的驅動和轉向機構有不同的方式。基于機器視覺導引采用了兩輪獨立驅動差速轉向的設計方案，兩輪差速轉向是將控制使兩驅動輪同軸線平行對立地固定與車體的中部，通過調速控制兩驅動輪產生不同的速度來實現(xiàn)轉向。由于采用兩輪獨立驅動差速轉向的驅動方式，因此，兩個獨立驅動系統(tǒng)的速度同步性，成為車輛穩(wěn)定運行的重要指標。驅動轉向系統(tǒng)主要由直流電機、減速器和車輪組成。電動機的性能參數(shù)及減速器的規(guī)格型號的確定直接決定著整車的動力性，即車輛的運動速度和驅動力。車輪尺寸不僅影響到車輛的高度，而且也影響到車輛的離地間隙。采用鑄鐵橡膠面驅動輪不僅承載能力大，而且橡膠與地面的附著系數(shù)大，保證了足夠的驅動能力。另外，在車架的四角還設置了四個具有減震能力的萬向輪。圖2.2 輪系分布2.3 差速控制原理轉向時由控制器向車輛發(fā)出轉向信號，轉向電機根據(jù)轉向信號正向或反向旋轉一定角度，電機通過齒輪、齒條系統(tǒng)帶動轉向架擺動一定角度，最終帶動與轉向架固定在一起的萬向輪偏擺一定角度。車輛在轉向時由于內外側的車輪的轉變半徑不同，所以內外側車輪的轉速也不相同。四角為萬向輪，會根據(jù)轉變角度的大小自動調節(jié)內外側車輪的轉速；而驅動輪為主動輪，其轉速分別由兩個電機獨立驅動，不會根據(jù)轉變半徑自動調節(jié)轉速。因此小車轉向時，控制系統(tǒng)在控制轉向電機的同時還需要根據(jù)轉向角度的大小向兩個驅動電機發(fā)出控制信號，調節(jié)兩個驅動電機的轉速使之產生特定的轉速比，從而使轉彎順利進行。在這里，轉彎的角度、轉速均與小車的尺寸及轉變半徑有關。車架車輪頂升裝置安全裝置轉向裝置2.4 頂升式AGV結構組成機械系統(tǒng)運行電機蓄電池轉向電機頂升裝置頂升式AGV動力系統(tǒng)信息傳輸和處理系統(tǒng)驅動控制裝置轉向控制裝置移栽控制裝置安全控制裝置控制系統(tǒng)頂升式AGV由車載控制系統(tǒng)、車體系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、移栽系統(tǒng)和安全與輔助系統(tǒng)組成。（1）車載控制系統(tǒng)車載控制系統(tǒng)是AGV的核心部分，一般由計算機控制系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、操作面板及電機驅動器構成。計算機控制系統(tǒng)可采用PLC、單片機及工控機等。通過導航系統(tǒng)能使AGV確定其自身未知，并能沿正確的路徑行走。通訊系統(tǒng)是AGV和控制臺之間交換信息和命令的橋梁，由于無線電通訊具有不受障礙物阻擋的特點，一般在控制臺和AGV之間采用無線電通訊，而在AGV和移栽設備之間為了定位精確采用光通訊，操作面板的功能主要是在AGV調試時輸入指令，并顯示相關信息。AGV上的能源為蓄電池，所以AGV的動作執(zhí)行元件一般采用直流電動機、步進電機和直流伺服電機等。（2）車體系統(tǒng)它包括底盤、車架、殼體和控制器、蓄電池安裝架等，是AGV的軀體，具有電動車體的結構特征。（3）行走系統(tǒng)它采用六輪式，即四個萬向輪，兩個驅動輪，差速轉向，獨立運行的。（4）移栽機構它是用來完成作業(yè)任務的執(zhí)行機構，在不同的任務和場地環(huán)境下，可以選用不同的移栽機構，本文選用頂升式。（5）安全與輔助系統(tǒng)為了避免AGV在系統(tǒng)出故障或有人員經(jīng)過AGV工作路線時出現(xiàn)碰撞，AGV一般都帶有障礙物探測及避撞、警音、警視、緊急停止等裝置。另外，還有自動充電、避障板等輔助裝置。2.5 電池的選擇目前AGV大多使用鎳鎘蓄電池，鎳氫蓄電池、鋰電池和鉛酸蓄電池下面就對以上幾 種類型的電池進行簡單比較： 1 、鎳鎘蓄電池 內阻小，可供大電流放電，放電時電壓變化小與其他種類電池相比之下，鎳鎘電池可 耐過充電或放過電，操作簡單方便放電電壓依據(jù)其放電電流多少有些差異，大體上是 1. 2V 左右鎳鎘電池的放電終止電壓為 1. OV/cell，實使用溫范圍在20 C60 C，在此范圍內 可進行放電?？芍貜?500 次以上的充放電。 2、鎳氫蓄電池 鎳氫電池能量比鎳鎘電池大二倍,用專門的充電器充電可在一小時內快速充電,自放電 特性比鎳鎘電池好，充電后可保留更長時間,可重復 500 次以上的充放。 3、鋰電池 擁有高能量密度。與高容量鎳鎘電池相比，體積能量是其 1. 5 倍，能量密度是其 2 倍。 高電壓，平均使用電壓為 3. 6V，是鎳鎘電池、鎳氫電池的 3 倍，使用電壓平坦并且高容 量，廣泛的使用溫度-200C-600C。充放電壽命長，經(jīng)過 500 次放電后其容量至少還有 70% 以上由于鋰電池具備了能量密度高電壓高，工作穩(wěn)定等特點。 4、鉛酸蓄電池 鉛酸電池是一種使用最廣泛的電池，它以海綿狀的鉛作為負極，二氧化鉛作為正極， 我們把這二種物質稱為活性物質，用硫酸水溶液作為電解液，它們共同參與電池的電化學 反應。鉛酸蓄電池具有良好的可逆性、電壓特性平穩(wěn)、使用壽命長、適用范圍廣、原材料豐富（且可再生使用）及造價低廉等優(yōu)點。主要應用在交通運輸、礦山、港口、國防、計 算機、科研等國民經(jīng)濟各個領域，是社會生產經(jīng)營活動和人類生活中不可缺少的產品。 這種低成本運行模式對AGV蓄電池是有嚴格要求的，突出的是要求電池具備大電流充電接受能力，不會因為大電流而造成AGV小車的破壞，同時AGV蓄電池能適應較高的環(huán)境溫度。所以，本課題我們選擇用 8 塊 40Ah 的鋰電池串聯(lián)方式構成電源，其輸出電壓為 3.6×8=28.8V。第三章 頂升式AGV詳細設計3.1 車架的結構設計車架一般采用框架結構，在保證足夠剛度的條件下，應盡量減輕車架的重量，以提高有效承載重量。車架形式的確定主要考慮AGV的功用和移栽機構的布置與安裝等因素。作為基準型AGV的車架應能夠為移栽機構提供方便的安裝連接基礎，同時還能適應于不同形式的移栽機構的布置。車架的尺寸在一般情況下，主要取決于蓄電池的數(shù)量和體積。同時，引導系統(tǒng)和驅動轉向形式對車體結構尺寸也有影響。車體的外飾設計也不容忽視，外飾擋板除具有裝飾作用外，還具有防護功能，其材料選擇和加工工藝值得重視。結構形式和安裝方法應考慮維護和修理的方便性。此外，車體的外廓不應有突出部分，以防止碰撞其他物體。3.2 驅動系統(tǒng)設計AGV的驅動系統(tǒng)是整個AGV的動力來源，沒有它AGV將寸步難行。驅動系統(tǒng)的性能直接影響到車體運動性能。AGV的驅動系統(tǒng)主要由驅動電源、直流電動機和減速器組成。電動機的性能參數(shù)及減速器的規(guī)格型號的確定直接決定整車的動力性，即車輛的運動速度和驅動力直接決定整車的動力性。3.2.1 驅動電機電機的選擇及扭矩和轉矩計算自動導引車是電動車的一種，而電機是電動車的驅動源，給整車提供動力。目前的電動車輛驅動系統(tǒng)有三種:第一種是直流電機驅動系統(tǒng)，20世紀90年代前的電動汽車幾乎全是直流電機驅動的。直流電機本身效率低，體積和質量大，換向器和電刷限制了它轉速的提高，其最高轉速為6000-8000r/min。但出于其缺點目前除了小型車外，電動車很少采用直流電機驅動系統(tǒng)。第二種是感應電機交流驅動系統(tǒng)，該系統(tǒng)是20世紀90年代發(fā)展起來的新技術，目前尚處于發(fā)展完善階段。電機一般采用轉子鼠籠結構的三相交流感應電動機。電機控制器采用矢量控制的變頻調速方式。其具有效率搞、體積小、質量小、結構簡單、免維護、易于冷卻和壽命長等優(yōu)點，該系統(tǒng)調速范圍寬，而且能實現(xiàn)低速恒轉速，高速恒功率運轉，但交流電機控制器成本較高。目前，世界上眾多著名的電動汽車中，多數(shù)采用感應電機交流驅動系統(tǒng)。第三種是永磁式同步電機交流驅動系統(tǒng)，其中永磁式同步電機包括無刷直流電機和三相永磁同步電機，而永磁同步電機和無刷直流電機相比，永磁同步電機交流驅動系統(tǒng)的效率較高，體積小，質量小，也無直流電機的換向器和電刷等缺點。但該類驅動系統(tǒng)永磁材料成本較高，只在小功率的電動汽車中得到一定的應用。但永磁同步電機是最有希望的高性能電機，是電動汽車電機的發(fā)展方向。出于直流電機本身具有空盒子系統(tǒng)簡單，調速方便，不需要逆變裝置等優(yōu)點，并且本課題設計的AGV不需要工作在高速大功率之上，因此，在本文仍采用直流電機作為驅動系統(tǒng)的動力源。由于這次車體不是很大，頂升裝置總重500KG，所以為了節(jié)省原材料和不必要的能源浪費，所以電動機的選取尤為重要，此次我選取了額定功率為1.5KW的電機足以保證給車體提供驅動動力及其達到不必要的浪費。選取的驅動電機為ACH-13150A（1500W）；而轉向需要的動力不必這么大，所以轉向電機選擇的功率相對較小些，選取的轉向電機為JSF 60-40-30-DF-10001.阻力分析AGV 在水平道路上等速行駛時必須克服來自地面的滾動阻力和空氣阻力。滾動阻力以符號Ff表示，由于AGV行駛速度為0.5m/s，空氣阻力小到可以忽略不計。當AGV在坡道上行駛時，還必須克服重力沿坡道的分力，稱為坡度阻力，以符號表示，鑒于AGV主要設計用于平地，暫時忽略坡度阻力。AGV加速行駛需要克服的阻力稱為加速阻力，以符號Fa表示。因此AGV行駛的總阻力為： F=Fa+Ff (3.1) (1) AGV 的滾動阻力的計算： (3.2)式中，f 為滾動阻力系數(shù)，根據(jù)摩擦系數(shù)表，由路面情況（平滑水泥路）和輪子表面材料（聚氨酯），取f = 0.02；Q為車輪載荷，AGV自身質量預計在1000kg，載重要求為500kg，則。代入公式得滾動阻力為： Ff=294N(2) AGV的加速阻力的計算 Fa=m×a (3.3)式中，a為AGV的加速度，設小車在2內加速到，則；m為AGV與貨物的總質量，。代入公式得加速阻力為： Fa=375N(3) AGV總運動阻力AGV不同于道路行駛的高速車輛，時速最大只有0.5，因此空氣阻力對AGV行駛的影響可忽略不計。AGV工作于室內，道路狀況較好，坡度較小，坡度阻力也可以忽略不計。因此根據(jù)公式(3.1)，AGV總的運動阻力為：F=Ff+Fa=294+375=669N (3.4)2. 驅動輪及電機扭矩和轉速的計算由于現(xiàn)在市面上電機和驅動輪類型、運動參數(shù)十分完備，考慮到盡量節(jié)約成本，以及精度、效率以及外形尺寸方面的要求，經(jīng)指導老師推薦，決定選取一款電機、減速器和驅動輪三者一體式的驅動輪，一方面能節(jié)省支出，同時又能提高電機效率。擬定減速比為。 輪子的扭矩為： (3.5)式中， d為驅動輪的直徑，根據(jù)市場調研的結果，選擇驅動輪的直徑為252mm；N為驅動電機的數(shù)量，N=2。代入公式得輪子的扭矩為：輪子的轉速為：v=nd=.14159n=0.5m/s (3.6) n=37.9r/min輪荷：Q=1500/2=750kg電機功率： Pd=FV/2 (3.7) 其中，為從電機到輪子的傳動效率 =12432 4。 (3.8)1為聯(lián)軸器傳動效率；2為軸承傳動效率；3為齒輪對傳動效率；4為第二個聯(lián)軸器傳動效率。查表得：1=0.99；2=0.99；3=0.97；4=0.99。 =12432 4=0.990.9940.9720.99=0.886 Pd=6690.5÷0.886÷2=0.189kw電機轉速： nd=in=37.930=1137 r/min (3.9)出現(xiàn)方式：航空插頭或電纜線可選。3.2.2 一體式驅動輪市面上常用電機有直流伺服電機、三相交流電機、步進電機等。由于AGV倚靠自身24V硫酸鉛蓄電池獨立供電，無外接電源。故可采用步進電機和直流伺服電機作為驅動電機。步進電機成本低，但運動特性差，難以精確控制。直流伺服電機相較步進電機具有較硬的特性曲線，能做到高性能的閉環(huán)控制。故此次AGV設計選取直流伺服電機作為驅動電機。在了解了市面上各個品牌的直流伺服驅動輪之后，本次設計最終選擇杭州拜特電驅動有限公司的型號為3EL-DC直流電機驅動輪。該款產品集驅動輪、電機、減速機構、制動機構于一體，并可選購光電編碼器，用于反饋控制。選用了3EL DC 1.2的直流電動機驅動輪。表3.2.2 性能參數(shù)：型號3EL DC/1.2電機功率KW0.70.91.2蓄電池電壓V242424齒輪傳動比i1:301:301:30最大載荷Kg800800800輪子直徑mm252252252最大回轉半徑mm160160160最大車輪轉速r/min100100100最大車輛扭矩N.m240290350制動扭矩N.m888圖3.2.2 剖面及尺寸3.2.3 傳動齒輪設計傳動系統(tǒng)是驅動輪中較為重要的一部分，依據(jù)選購的驅動輪的尺寸設計的傳動機構如圖3.2所示：圖3.2.3 傳動系統(tǒng)設計圖為方便設計，本文擬采用同軸式二級圓柱直齒齒輪減速結構，體積小，效率高。傳動比的分配：i總=i1i2 (3.10)取i1=i2=i總=30=5.477傳動鏈設計如圖3.3計算各軸轉速:I軸: n1= nd=1137 r/minII軸: n2= n1/i1=207.6 r/minIII軸: n3= n2/i2=38 r/minIV軸: n4= n3=38 r/min各軸輸入功率: 圖3.3.4 傳動鏈簡圖I軸: P1= Pd01=0.1890.99=0.18711kw (3.11)II軸: P2= P112=0.990.97=0.17968kwIII軸: P3= P223=0.990.97=0.17255kwIV軸: P4= P334=0.990.99=0.16912kw各軸輸出功率:I軸: P1'= P12=0.99=0.18524kw (3.12)II軸: P2'= P22=0.99=0.17788kwIII軸: P3'= P32=0.99=0.17082 kwIV軸: P4'= P42=0.99=0.16743kw各軸輸入轉矩:I軸: T1=9550P1/ n1=95500.18711/1137=1.57 Nm (3.13)II軸: T2= 9550P2/ n2=95500.17968/207.6=8.266 NmIII軸: T3= 9550P3/ n3=95500.17255/38= 43.365NmIV軸: T4= 9550P4/ n4=95500.16912/38=42.5 Nm各軸輸出轉矩:I軸: T1'=T12=1.570.99=1.5543 Nm (3.14)II軸: T2'=T22=8.2660.99=8.18334 NmIII軸: T3'=T32=43.3650.99=42.93NmIV軸: T4'=T42=42.50.99=42.07 Nm齒輪設計:采用軟齒面，大齒輪：45鋼，調質處理，齒面平均硬度取270HBS 小齒輪：45鋼，調質處理，齒面平均硬度取230HBS按齒面接觸疲勞強度設計：初估圓周速度為0.95m/s，取8級精度取小齒輪齒數(shù)為z1=17，z2=175.477=93取齒寬系數(shù)R=1dm=Ru2+12-R=5.56 (3.15)T1=9550P1/ n1=95500.18711/1137=1.57 Nm工作情況系數(shù)KA=1動載系數(shù)Kv=1.09齒向載荷分布系數(shù)K=1.1載荷系數(shù)K=KAKvK=11.091.1=1.199 (3.16)設工作5年，每年300天，每天8小時則總工作時間為th=53008=12000h應力循環(huán)次數(shù)：N1=60jn1th=0=8.186×108 (3.17)N2=60jn2th=.=1.495×108壽命系數(shù)ZN1=0.9 ZN2=1.1接觸疲勞極限Hlim1=600MPa Hlim2=560MPa安全系數(shù)SHmin1=SHmin2=1(失效概率1/100)許用接觸應力H1=Hlim1ZN1/SHmin1=540 MPa (3.18) H2=Hlim2ZN2/SHmin2=616 MPa彈性系數(shù)ZE=189.8節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH=2.5計算小齒輪分度圓直徑d1：d1=34KT1R1-0.5R2uZEZHH2=341.-0.525.82.55402=16.217 (3.19)v=dn1/=3./=1.01 m/s (3.20)和預估值相近m=d1/z1=0.953，由標準模數(shù)表取m=1 (3.21)d1= mz1=17mm d2= mz2=93mm (3.22)a=(d1+d2) /2=55 mm (3.23)b1=17mm b2=20mm校核齒根彎曲疲勞強度：確定壽命系數(shù)YN1=YN2=0.95安全系數(shù)SFmin1=SFmin2=1.25彎曲疲勞強度極限Flim1=220MPa Flim2=210MPa尺寸系數(shù)YX1=YX2=1許用彎曲應力F1=Flim1YN1YX1/SFmin1=334.4 MPa (3.24) F2=Flim2YN2YX2/SFmin2=319.2 MPa齒形系數(shù)YFa1=3.2 YFa2=2.25應力修正系數(shù)YSa1=1.52 YSa2=1.77齒根彎曲疲勞強度：F1=4KT1R1-0.5R2z12m3u2+1YFa1YSa1 (3.25) =4×1.199×1570×1.52×3.21×0.5×0.5×17×1730 =91 MPa<H1(3.25)F2=F1YFa2YSa2YFa1YSa1=74.5 MPa<H2 (3.26)經(jīng)校核，齒輪強度嚴格滿足要求20。3.2.4 傳動軸設計由于減速箱尺寸的限制，導致小齒輪分度圓直徑較小，因此選用齒輪軸作為傳動軸。具體尺寸如圖3.4：圖3.2.4 齒輪軸(軸II)具體尺寸對傳動軸的強度校核按軸所受的扭矩計算軸的強度。軸的扭轉強度條件為： (3.27)式中，為軸的扭轉切應力，；為軸所受的扭矩，AGV正常工作情況下，；為抗扭截面系數(shù)，其中為軸的最小直徑；為許用扭轉剪切應力，驅動軸材料為45鋼，。代入數(shù)據(jù)可得：驅動軸的扭轉剪切應力是許用扭轉剪切應力的1/2左右，降低許用扭轉剪切應力后，嚴格滿足條件21。3.3 頂升裝置機構設計頂升機構是本文的一大特點，現(xiàn)在很少有AGV使用頂升機構，本文選用液壓頂升機構，這樣可以大大的節(jié)省人力物力，而且也能精確的完成AGV的自由升降。以便更好的承載貨物。3.3.1 頂升機構選擇常見的幾種頂升機構的優(yōu)缺點如下：1、液壓頂升機構：采用液壓技術，升降平穩(wěn)、噪音低。2、垂直絲桿頂升機構：采用絲桿傳動方式，可以實現(xiàn)雙層臺面的升降。根據(jù)需要可多塊組成升降臺群，能在行程范圍內組成不同的臺階。3、水平絲桿機械升降機構：采用水平絲桿傳動，通過剪叉實現(xiàn)臺面的升降運動，在行程范圍內可任意停止。一般用在土建等。4、鏈條式頂升機構：有良好的導向機構，可保證設備運行時無傾斜。5、齒輪式頂升機構：傳動精確，造價高。6、螺旋器頂升機構：具有普通升降臺的全部功能，適用于劇場。從本機構體積，重量，成本等方面考慮，選擇液壓式頂升機構，它升降平穩(wěn)、噪音低、使用壽命長，承受荷載大而且控制相對簡單。3.3.2 液壓式頂升機構工作原理通過液壓泵控制頂升機構的升降，液壓泵與頂升機構行程一個油路，當液壓泵沖壓時，頂升機構上升，能夠自鎖，液壓泵減壓時，頂升機構下降。YZF電動液壓千斤頂：是CLR/CLRG/QF/DYG電動千斤頂產品升級替代產品，高強度加厚油缸，可避免脹缸現(xiàn)象，鍍鉻活塞桿底部及導向套焊銅處理，杜絕拉缸及活塞桿拉毛現(xiàn)象，讓千斤頂無需更換油封使其壽命達到最長，雙油路設計，液壓回程可控，溢流閥讓接頭及油管堵塞后不會損壞千斤頂，并可防止突發(fā)性的超過壓力而損壞油缸，保壓閥讓安全得到有效保障，特殊的結構對電動液壓千斤頂起到多重保護作用，可承受的偏載負荷達液壓油缸額定噸位的5%，在大型工程施工中，人性化設計讓操作和控制更加簡單。選用的液壓泵是ZCB-700D(電子閥)電動油泵系雙泵單油路高壓油泵、油箱等組成超高壓油泵，具有體積小、壓小高、重量輕、結構簡單、使用方便等優(yōu)點。該泵為了隨時能觀察工作時的壓力變化，特設有裝置壓力表備用接口，以便用戶安裝壓力表之用。表3.3.2 液壓泵的技術參數(shù)型號ZCB-700D（電子閥）額定工作壓力70MPA高壓/低壓流量0.6L/min 4L/min電機功率0.75KW電壓220v外形尺寸35*27*49CM儲油容積7.5L3.4 動力系統(tǒng)總設計為了能夠更好的取得車體整體的動力學模型，根據(jù)AGV的實際情況作出如下的簡化：(1) 左右前輪和軸是一體的，再前行或后退的同時不打滑，只看做是純滾動，則有： (2) 車體設計左右是對稱的，則有： (3) 左輪的直徑及其質量和右輪 (4) 前輪左右也是一致的和后輪的大小重量以及有些不受力或比較想的部分我們可以忽略不計其的轉動慣量，即： 在上述簡化后的基礎上，聯(lián)立前述車體、左右驅動后輪的動力方程可以得到車體整體的動力學方程。該動力學方程中可以表示為左、右輪所受的動力和左、右輪轉動的角速度之間的關系。任何一種導引方法的實現(xiàn)最終都歸結為路徑跟蹤控制的問題上。對于固定路徑型的AGV由于具有體現(xiàn)路徑的導引媒介物，通過傳感器就可直接獲得車體對路徑的橫向偏差和車體方向偏差，以這種偏差作為誤差信號通過車體動力學直接對車體進行跟蹤控制。但是對于自由路徑型AGV，車體對路徑之偏差量的獲取就要困難得多，以車體方位推算導向的自由路徑AGV為例，其方位和對于路徑的偏差是通過對車輪轉動角度積分計算而獲得，其要實現(xiàn)需較大的計算量和通信量。作為一種較好的解決辦法是差速驅動的自由路徑控制。其路徑可簡化為一系列直線段和圓弧段的組合。只要保證左右輪的轉動角速度滿足給定的比例關系(即同步誤差為零)，AGV就能跟蹤這種具有恒定半徑(直線和圓弧)的路徑。車體動力學方程是實現(xiàn)差速驅動的理論基礎之一，結合模糊控制方法，可以實現(xiàn)差速驅動路徑跟蹤過程。第四章 總結與展望4.1 本文總結本論文為頂升式AGV的結構設計。AGV小車是一種無聊搬運設備，是能自動行走自動進行貨物的裝卸，頂升機構是AGV的執(zhí)行元件，是AGV不可或缺的一部分。4.2 研究展望在本文設計工作的基礎上，本人認為以下幾個方面有待進一步的研究: (1)結合控制理論，進一步研究小車的運動控制及其控制策略的問題，以提高對 AGV 小車的控制精度 (2)研究關于無線通訊的基本理論，結合現(xiàn)在先進的通訊技術，實現(xiàn)上位機無線監(jiān)控 AGV 小車，并實時與小車通訊的功能 (4)進一步研究 AGV 小車主動避障的理論和方法，完善小車在遇到障礙物的情況下， 繞過障礙物繼續(xù)按預設的路徑行走的策略。參考文獻1張素杰,程誠,王醒.北京科技大學天津學院二隊隊技術報告, 2007.82張健,齊華,程光偉. 基于紅外傳感器引導的AGV設計, 國外電子元器件, 2008.33李君. 全局視覺導航AGV控制原理與技術的研究 ,2007.54楊濟豪 張自友. 紅外反射式傳感器在AGV中的應用, 科苑論談5李雯雯. 基于多種傳感器的自動導航小車避障的研究, 2008.46馬淑華，任彥碩.自動控制原理. 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AGV技術發(fā)展綜述, 2005.713孔令中. 現(xiàn)代物流設備設計與選用,化學工業(yè)出版社,2006.114曹建樹,夏云生,曾林春. 51單片機實用教程,中國石化出版社,2008.815Hashimoto M. Mobile Loealization Using Integrated Doad Reekoning and LaserCube Based Loeation Systems.Roboties，Meehatronics and ManufaeturingSystems，199316 翟志新,張春輝.Micro-robot Coccer System.Robot Technique and Appcication, 1999 .致謝首先，我要感謝我的導師，他嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣，給我起到了指明燈的作用；他循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪，讓我很快就感到了設計的快樂并融入其中。其次我要感謝同組同學和學長對我的幫助和指點，沒有他們的幫助和提供資料，沒有他們的鼓勵和加油，這次畢業(yè)設計就不會如此的順利進行。此次畢業(yè)設計歷史半年，是我大學學習中遇到過的時段最長、涉及內容最廣、工作量最大的一次設計。用老師的一句話概括就是這次畢業(yè)設計相當是把以前的小課程設計綜合在一起的過程，只要把握住每個小課設的精華、環(huán)環(huán)緊扣、增強邏輯，那么這次的任務也就不難了。俗話說的好，“磨刀不誤砍柴工”，當我每次遇到不懂的問題時，我都會第一時間記在本子上面，然后第二天去問老師，老師對于我提出來的問題都一一解答，從來都不會因為我的問題稍過簡單加以責備，而是一再的告誡我做設計該注意的地方，從課題的選擇到最終完成，老師都始終給予我細心的指導和不懈的支持，他真正起到了“傳道授業(yè)解惑”，讓人油然而生的敬佩。在此謹向錢老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。最后我還要感謝我的母校對我的栽培。