畢業(yè)論文-AGV小車的設(shè)計與研究

PAGEII學(xué)位論文誠信聲明書本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文（設(shè)計說明書）是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究（設(shè)計）工作及其取得的研究（設(shè)計）成果。盡我所知，除了文中加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文（設(shè)計說明書）中不包含其他人或集體已經(jīng)公開發(fā)表或撰寫過的研究（設(shè)計）成果，也不包含本人或其他人在其它單位已申請學(xué)位或?yàn)槠渌猛臼褂眠^的成果。與我一同工作的同志對本研究（設(shè)計）所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說明并表示了致謝。申請學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處，本人愿承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。學(xué)位論文作者簽名：日期：學(xué)位論文知識產(chǎn)權(quán)聲明書本人完全了解學(xué)校有關(guān)保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)的規(guī)定，即：在校期間所做論文（設(shè)計）工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬于西安科技大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版。本人允許論文（設(shè)計說明書）被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨急緦W(xué)位論文（設(shè)計說明書）的全部或部分內(nèi)容并將有關(guān)內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。保密論文待解密后適用本聲明。學(xué)位論文作者簽名：指導(dǎo)教師簽名：年月日題目：AGV小車的設(shè)計與研究專業(yè)：車輛工程學(xué)生：（簽名）指導(dǎo)教師：（簽名）摘要AGV全稱自動導(dǎo)引小車（AutomaticGuidedVehiele），它是在計算機(jī)的控制下，經(jīng)磁或激光等導(dǎo)向裝置引導(dǎo)并沿程序設(shè)定路徑運(yùn)行完成作業(yè)的無人駕駛自動小車，伺服驅(qū)動。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(yùn)輸方式。目前AGV小車廣泛運(yùn)用在制造業(yè)、物流倉儲業(yè)、汽車、造紙等行業(yè)。隨著AGV小車的發(fā)展，努力設(shè)計一個更為合理簡便的操作方式的AGV小車，來適用于更多的領(lǐng)域，AGV得到進(jìn)一步的推廣。本文介紹了運(yùn)用了最為簡單的構(gòu)造模式，仿真汽車的驅(qū)動結(jié)構(gòu)，加以簡化，后輪由伺服電機(jī)、齒輪傳動系統(tǒng)來驅(qū)動。前輪由伺服電機(jī)驅(qū)動，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。本設(shè)計主要進(jìn)行AGV小車的機(jī)械部分設(shè)計。關(guān)鍵字：AGV；連桿機(jī)構(gòu)；激光導(dǎo)向Subject:AGVVehicleDesignandResearchAbstractAutomaticGuidedVehicleAGVname(AutomaticGuidedVehiele),itisunderthecontrolofthecomputer,suchasmagneticorlaserguidancedevicetoguideandsetthepathrunningalongtheprocesstocompleteautomaticoperationoftheunmannedvehicle,servodrives.Formodernmanufacturing,modernlogisticstoprovideahighlyflexibleandautomatedmodesoftransport.AGVvehicleiscurrentlywidelyusedinmanufacturing,logistics,warehousing,automotive,paperandotherindustries.WiththedevelopmentofAGVVehicles,reasonableeffortstodesignamoresimplemodeofoperationoftheAGVvehicletoapplytomoreareas,AGVfurtherpromotion.Thispaperintroducestheuseofthemostsimplestructuralmodel,simulation-drivenvehiclestructure,besimplifiedandtherearbytheservomotor,geardriventransmission.Front-wheeldrivenbytheservomotortoachievetheshift.AGVdesignmainlythedesignofmechanicalpartsofthecar.Keywords:AGV;linkage;magneticorientation

目錄1.緒論 01.1論文研究的背景及意義 01.2自動導(dǎo)引小車的定義及特點(diǎn) 11.3自動導(dǎo)引小車的發(fā)展簡史 21.4自動導(dǎo)引小車的應(yīng)用現(xiàn)狀 31．5AGV的關(guān)鍵技術(shù)及本論文的研究內(nèi)容 41.5.1自動導(dǎo)引小車的關(guān)鍵技術(shù) 41.5.2本論文研究的主要內(nèi)容: 51.6本章小結(jié) 52.AGV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計以及動力學(xué)建模型 62.1AGV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)置 62.2AGV小車的動力學(xué)建模 62.2.1車體運(yùn)動建模 82.2.2驅(qū)動后輪的運(yùn)動建模 92.2.3車體整體的動力學(xué)模型 122.3本章小結(jié) 133.AGV中機(jī)械部分主要零件的選取 143.1伺服驅(qū)動電動機(jī)的選取及其參數(shù) 143.1.1電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖及其主要參數(shù)的選取 153.1.2伺服電機(jī)的選取過程 173.1.3減速器的使用范圍及選取 193.2伺服電機(jī)及其控制 203.2.1伺服電機(jī)工作原理 203.2.2伺服電機(jī)控制參數(shù) 203.3軸的設(shè)計及其參數(shù)的計算 213.3.1軸設(shè)計的方法 213.3.2驅(qū)動后輪軸的設(shè)計 223.3.3車輪軸的受力分析和校核 243.3.4車輪軸承的受力分析和校核 253.4 齒輪的設(shè)計和選取 263.5 本章小結(jié) 284.結(jié)論與展望 294.1結(jié)論 294.2展望 30致謝 31參考文獻(xiàn) 321.緒論內(nèi)容提要:本章介紹本論文研究的重要意義，綜述自動導(dǎo)引小車的基本概念、組成及其發(fā)展簡史、應(yīng)用現(xiàn)狀和前景，并分析目前自動導(dǎo)引小車的主要引導(dǎo)方式、關(guān)鍵技術(shù)，在此基礎(chǔ)提出了本論文的研究內(nèi)容。1.1論文研究的背景及意義21世紀(jì)制造業(yè)將進(jìn)入一個新階段，敏捷制造將成為企業(yè)的主導(dǎo)模式。能否抓住市場機(jī)遇開發(fā)出新產(chǎn)品將是企業(yè)贏得競爭的主要手段。要減小生產(chǎn)成本對生產(chǎn)批量的依賴，就要發(fā)展敏捷制造裝備。繁重制造裝各的可編程、可重組和快速響應(yīng)能力使得在進(jìn)行小批量生產(chǎn)時，可實(shí)現(xiàn)接近中、大批量生產(chǎn)的效率。由于機(jī)器人具有自主規(guī)劃、可編程、可協(xié)調(diào)作業(yè)和基于傳感器控制等特點(diǎn)，它將成為可重組的敏捷制造生產(chǎn)裝備及系統(tǒng)的重要組成部分，為傳統(tǒng)制造企業(yè)向敏捷制造企業(yè)跨越發(fā)展提供重要的技術(shù)支持。自動導(dǎo)向小車((AutomatedGuidedVehicle簡稱AGV)是移動機(jī)器人的一種，是現(xiàn)代制造企業(yè)物流系統(tǒng)中的重要設(shè)備，主要用來儲運(yùn)各類物料，為系統(tǒng)柔性化、集成化、高效運(yùn)行提供了重要保證。AGV主要有兩類形式，一種是固定路徑AGV，它的運(yùn)行路徑是固定的，且有軌道，故導(dǎo)引技術(shù)相對簡單;另一種是自由路徑AGV，由于沒有軌道，它為AGV自由運(yùn)行提供了最大可能，但由于技術(shù)限制，AGV沿任意路徑自由運(yùn)行仍是一個有待解決的技術(shù)難題。在以往的生產(chǎn)線上，導(dǎo)向式AGV是人們經(jīng)常采用的方式，有導(dǎo)軌式、磁導(dǎo)引式等方法。這些方法都需要預(yù)先規(guī)劃好AGV的運(yùn)行路線，而且生產(chǎn)車間的裝置不能隨意移動。隨著生產(chǎn)車間智能化的提高，導(dǎo)向式AGV明顯降低了AGV的柔性。因此，非導(dǎo)向式AGV將成為敏捷制造物流系統(tǒng)中的主要選擇。在非導(dǎo)向式AGV系統(tǒng)中，AGV的運(yùn)行路徑不需要由附加設(shè)備決定，而且當(dāng)車間的布局變化后，只要及時改變規(guī)劃系統(tǒng)的軟件參數(shù)即可滿足路徑規(guī)劃要求。資料顯示:在產(chǎn)品生產(chǎn)的整個過程中，僅僅有5%的時間是用于加工和制造，剩余的95%都用于儲存、裝卸、等待加工和輸送:在美國，直接勞動成本所占比例不足生產(chǎn)成本的10%，且這一比例還在不斷下降，而儲存、運(yùn)輸所占的費(fèi)用卻占生產(chǎn)成本的40%.因此，目前世界各工業(yè)強(qiáng)國普遍把改造物流結(jié)構(gòu)、降低物流成本作為企業(yè)在競爭中取勝的重要措施，為適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，物流正在向著現(xiàn)代化的方向發(fā)展。自動導(dǎo)引小車AGV適應(yīng)性好、柔性程度高、可靠性好、可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和搬運(yùn)功能的集成化和自動化，在各國的許多行業(yè)都得到廣泛的應(yīng)用。目前，在我國某些汽車、煙草行業(yè)，AGV已投入使用，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但從使用形式來看，大都采用屬于固定路徑導(dǎo)向范疇的電磁導(dǎo)引AGV，無固定路徑自主導(dǎo)向的AGV由于諸多問題未能完全解決，還沒有達(dá)到實(shí)用。因此進(jìn)行自山路徑導(dǎo)向式AGV的研究，不僅對敏捷物流設(shè)備的研制和應(yīng)用有現(xiàn)實(shí)的工程意義，而且對移動機(jī)器人路徑規(guī)劃有重要的理論意義。1.2自動導(dǎo)引小車的定義及特點(diǎn)根據(jù)美國物流協(xié)會定義，AGV是指裝備有電磁或光學(xué)自動導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有小車編程與停車選擇裝置、安全保護(hù)以及各種移載功能的運(yùn)輸小車。AGV是以電池為動力、裝有非接觸導(dǎo)向裝置，獨(dú)立尋址系統(tǒng)的無人駕駛自動運(yùn)輸車。AGVs是自動導(dǎo)引車系統(tǒng)，它由若干輛沿導(dǎo)引路徑行駛，獨(dú)立運(yùn)行的AGV組成。AGVs在計算機(jī)的交通管制下有條不紊地運(yùn)行，并通過物流系統(tǒng)軟件而集成于整個工廠的生產(chǎn)監(jiān)控與管理系統(tǒng)中。應(yīng)用AGV具有很多特點(diǎn):(1)AGV可十分方便地與其它物流系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動連接，如AS/RS(通過出從庫臺)、各種緩沖站、自動積放鏈、升降機(jī)和機(jī)器人等；實(shí)現(xiàn)在工作站之間對物料進(jìn)行跟蹤;對輸送進(jìn)行確認(rèn)；按計劃輸送物料并有執(zhí)行檢查記錄:與生產(chǎn)線和庫存管理系統(tǒng)進(jìn)行在線連接以向工廠管理系統(tǒng)提供實(shí)時信息。(2)采用AGV由于人工檢取與堆置物料的勞動力減少，操作人員無需為跟蹤物料而進(jìn)行大量的報表土作，因而顯著提高勞動生產(chǎn)率。另外，非直接勞動力如物料倉庫會計員、發(fā)料員以及運(yùn)貨車調(diào)度員的工作的減少甚至完全取消又進(jìn)一步減低了成本。(3)AGV運(yùn)輸物料時，很少有產(chǎn)品或生產(chǎn)設(shè)各的損壞，這是因?yàn)锳GV按固定路徑行駛，不易與加工設(shè)備和其他障礙物碰撞。(4)絕大多數(shù)AGV的使用者均證明，2到3年從經(jīng)濟(jì)上均能收回AGV的投資成本。(5)AGV通過安裝在地面之下的電纜或其他不構(gòu)成障礙的地面導(dǎo)引物，其通道必要時可作其他用處。(6)系統(tǒng)具有極高的可靠性。AGVs由若干臺小車組成，當(dāng)一臺小車需要維修時，其它小車的生產(chǎn)率不受影響并保持高度的系統(tǒng)可利用性。(7)節(jié)約能源與保護(hù)環(huán)境。AGV的充電和驅(qū)動系統(tǒng)耗能少，能量利用率高，噪音極低對制造和倉儲環(huán)境沒有不良影響。1.3自動導(dǎo)引小車的發(fā)展簡史世界上第一臺AGV是由美國Barrett電子公司于20世紀(jì)50年代開發(fā)成功的，它是一種牽引式小車系統(tǒng)，小車跟隨一條鋼絲索導(dǎo)引的路徑行駛，并具有一個以真空管技術(shù)為基礎(chǔ)的控制器。到了60年代和70年代初，除Barrett公司以外，Webb和Clark公司在AGV市場中也占有相當(dāng)?shù)姆蓊~。在這個時期，歐洲的AGV技術(shù)發(fā)展較快，這是由于歐洲公司已經(jīng)對托盤的尺寸與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，統(tǒng)一尺寸的托盤搬運(yùn)促進(jìn)了AGV的發(fā)展。歐洲的主要制造廠家有Schindler-Digitron,Wagner,HJC,ACS,BT,CFC,FATA,Saxby,Denford和Bleehert等。70年代中期，歐洲約裝備了520個AGV系統(tǒng)，共有4800臺小車，1985年發(fā)展到10000臺左右，為美、歐、日之首。其應(yīng)用領(lǐng)域分布為:汽車工業(yè)(57峋，柔性制造系統(tǒng)FMS(8)和柔性裝配系統(tǒng)FAS(44%),歐洲的AGV技術(shù)80年代初通過在美國的歐洲公司以許可證與合資經(jīng)營的方式轉(zhuǎn)移到美國。芝加哥的分發(fā)中心從歐洲引進(jìn)直接由計算機(jī)控制的AGVs,1981年John公司將AGV連接到AS/RS以提供在制造過程中物料自動輸送和跟蹤.1984年，通用汽車公司成為AGV的最大用戶，1986年己達(dá)1407臺(包括牽引式小車。叉車小車和單元裝載小車)，1987年又新增加1662臺。美國各公司在歐洲技術(shù)的基礎(chǔ)上將AGV發(fā)展到更為先進(jìn)的水平。他們采用更先進(jìn)的計算機(jī)控制系統(tǒng)(可聯(lián)網(wǎng)于FMS或CIMS),運(yùn)輸量更人，移載時間更短，具有在線充電功能，以便24小時運(yùn)行，小車和控制器可靠性更高。此時美國的AGV生產(chǎn)廠商從23家(1983年)驟增至74家(1985年)。日本的第一家AGV工廠于1966年由一家運(yùn)輸設(shè)備供應(yīng)廠與美國的Webb公司合資開設(shè)。到1988年，日本AGV制造廠已達(dá)20多家，如大福、Fanuc公司、Murata(村田)公司等。到1986年，日本累計安裝了2312個AGVs,擁有5032臺AGV。我國AGV發(fā)展歷史較短。北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所、中國郵政科學(xué)研究規(guī)劃院、中國科學(xué)院沈陽自動化所、人連組合機(jī)床研究所、清華大學(xué)、國防科技大學(xué)和華東工學(xué)院都在進(jìn)行不同類型的AGV的研制并小批量投入生產(chǎn)。1975年北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所完成我國第一臺電磁導(dǎo)引定點(diǎn)通信的AGV,1989年北京郵政科學(xué)研究規(guī)劃院完成我國第一臺雙向無信電通信的AGV。該院已能進(jìn)行AGV的批量生產(chǎn)，己生產(chǎn)的和正在制造的AGV達(dá)23臺(截止于1996年)。沈陽自動化所在AGV技術(shù)方面己取得了多項(xiàng)研究開發(fā)成果和專利，解決了AGV車體設(shè)計、控制、導(dǎo)航和高度管理等一系列關(guān)鍵技術(shù)問題，形成了裝配型AGV和搬運(yùn)型AGV兩大系列產(chǎn)品，成為國內(nèi)唯一能夠提供自主品牌AGV產(chǎn)品的單位。其產(chǎn)品性能國內(nèi)領(lǐng)先，達(dá)到國際先進(jìn)水平，井于19%年度將搬運(yùn)型AGV系統(tǒng)技術(shù)出口韓國三星公司，實(shí)現(xiàn)了高技術(shù)出口。沈陽自動化所為沈陽金杯汽車廠生產(chǎn)了六臺AGV，用于裝配線上，可以說是汽車土_業(yè)中用得較成功的AGV。以上的AGV均為固定路徑導(dǎo)引方式。清華大學(xué)獨(dú)立研制的“自由路徑自動導(dǎo)向AGV'屬無固定路徑導(dǎo)引的類型，在路徑跟蹤研究方面具有較高的水平。我國越來越多的工廠，科研機(jī)構(gòu)已采用AGV為汽車裝配、郵政報刊分揀輸送、大型軍械倉庫、自動化倉儲系統(tǒng)服務(wù)。如:上海金山化工廠、華寶空調(diào)器廠、哈爾濱飛機(jī)制造廠、上海新車站郵政樞紐等，所采用的AGV既有國外引進(jìn)也有國產(chǎn)的。80年代，AGV就已進(jìn)入我國市場，今后必將得到迅速發(fā)展和普及應(yīng)用。這不僅是現(xiàn)代工業(yè)迅速發(fā)展的需要，更主要是AGV本身所獨(dú)具有的優(yōu)越性所決定的。AGV自動導(dǎo)向車系統(tǒng)，是伴隨著柔性裝配系統(tǒng)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)以及白動化立體倉庫產(chǎn)業(yè)發(fā)展起來的，是物流系統(tǒng)中革命性的換代產(chǎn)品。作為一種高效物流輸送設(shè)備和工廠自動化的理想手段，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在我國AGV的應(yīng)用領(lǐng)域必將越來越大。1.4自動導(dǎo)引小車的應(yīng)用現(xiàn)狀由于AGV具有機(jī)能集中、地上系統(tǒng)簡單、施工和系統(tǒng)構(gòu)成容易等優(yōu)點(diǎn)，因此，廣泛地應(yīng)用在機(jī)械加工、汽車制造、港口貨運(yùn)、電子產(chǎn)品裝配、造紙、發(fā)電廠、電子行業(yè)的超凈車間等諸多行業(yè)。其運(yùn)行速度可達(dá)到百米/分鐘，運(yùn)輸能力可以從幾千克到兒十噸。AGV是一種非常有前途的物流輸送設(shè)備，尤其在柔性制造系統(tǒng)(FMS)和柔性裝配系統(tǒng)(FAS)中被認(rèn)為是最有效的物料運(yùn)輸設(shè)備。隨著電子和控制技術(shù)的發(fā)展，AGV的技術(shù)也在不斷進(jìn)步，正在朝著性能更優(yōu)越、更廉價、自由度更高、超大型化和微型化方向發(fā)展。其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)展。這種十兒年前只是用作工廠內(nèi)的物流輸送設(shè)各，現(xiàn)在己經(jīng)不僅僅局限于工廠之內(nèi)，己成功地應(yīng)用到辦公室、飯店、醫(yī)院和超級市場等諸多部門，并且取得了很好的效果。AGV的應(yīng)用領(lǐng)域主要在制造業(yè)，在重型機(jī)械及部分非制造業(yè)中也有應(yīng)用。AGV在制造業(yè)中主要用于物料分發(fā)、裝配和加工制造二個方面[411。其中裝配作業(yè)中AGV用量最大，而汽車工業(yè)又是AGV的應(yīng)用大戶。美國通用汽車公司90%的AGV用于汽車裝配線，西歐各國用于汽車裝配的AGV占整個AGV數(shù)量的57Yo。物料分發(fā)主要是指生產(chǎn)工序間的物料移送和倉庫作業(yè)中的物料移送。隨著電子工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，電子工業(yè)中AGV的使用極具市場潛力。其原因在于消費(fèi)者需求的變化日益加快，生產(chǎn)系統(tǒng)必須適應(yīng)市場的變化要求，其中FMS(柔性制造系統(tǒng))即為以靈活的生產(chǎn)方式適應(yīng)市場變化的制造方式，對于FMS來說，各加工單元之間的中(小)批量元器件的送發(fā)效率要求極高，而AGV能提供柔性最好的輸送，AGV可以很方便地對AGV的輸送工藝路線進(jìn)行編程，使之按要求的路徑和方式到達(dá)裝配線的指定位置。在凈化室中，AGV更可大顯身手，它可滿足凈化耍求極高的操作。在重型機(jī)械行業(yè)中，AGV主要用來運(yùn)送模具和原材料(如成卷帶鋼等)。因而AGV要求承載量人，通常為2.22-4.5t,最大者可達(dá)6.3t。配各了功率較大的移藏裝置也是這類AGV的特點(diǎn)。在AGV上配備大型機(jī)器人用以對大型金屬構(gòu)件進(jìn)行噴漆(如屹機(jī)骨架的噴漆)是AGV在重型行業(yè)中的應(yīng)用之一在非制造業(yè)中，AGV的應(yīng)用越來越普遍?，F(xiàn)代化的慶院安裝AGV系統(tǒng)，把取樣從門診部自動運(yùn)送到中央化驗(yàn)室;把藥物、醫(yī)療用品、食品、衣著用品從中央物料管理中心輸送到醫(yī)院的各個部門。郵政部門也廣泛采用AGV，如將郵件進(jìn)臺區(qū)的郵件輸送到處理區(qū)，將處理區(qū)的郵件輸送到郵件出臺區(qū)。為了加大運(yùn)輸量，使用了牽引式AGV系統(tǒng)，一次可以牽引多臺郵件車。大型的辦公大樓也開始安裝AGV系統(tǒng)，用以運(yùn)送郵件、電文和包裹到各個分區(qū)部門。賓館業(yè)采用AGV把食品從廚房運(yùn)送到客房。AGV也可作為機(jī)器人的“腳”，使機(jī)器人可在更大范圍內(nèi)自動完成作業(yè)，如在AGV上配各機(jī)器人用于光整水泥地面。在具有核輻射危險的地方，常使用AGV機(jī)器人用于核材料的搬運(yùn)。1．5AGV的關(guān)鍵技術(shù)及本論文的研究內(nèi)容1.5.1自動導(dǎo)引小車的關(guān)鍵技術(shù)為使自動導(dǎo)弓}小車成功地完成一項(xiàng)任務(wù)，最主要的是如何使小車在復(fù)雜的環(huán)境中以較小的代價到達(dá)目的地。這就涉及到如下幾個問題的解決，即：(1)如何從環(huán)境中得到自動導(dǎo)引小車周圍的障礙物信息及其它相關(guān)信息；(2)如何根據(jù)內(nèi)部及外部傳感器來回答小車當(dāng)前處于環(huán)境中的什么位置；(3)如何根據(jù)小車的當(dāng)前位置和當(dāng)前信息確定行動策略；(4)如何產(chǎn)生合適的驅(qū)動信號使小車運(yùn)動在預(yù)定的軌跡上。這四個問題的解決對于在實(shí)時環(huán)境中運(yùn)動的小乍來說是缺一不可的，與此相對應(yīng)的技術(shù)即為傳感器技術(shù)、自定位技術(shù)、規(guī)劃決策技術(shù)和運(yùn)動控制技術(shù)。1.5.2本論文研究的主要內(nèi)容:(I)激光導(dǎo)引AGV模型的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計；(2)激光導(dǎo)引AGV的總體結(jié)構(gòu)分析；1.6本章小結(jié)本章介紹了本論文研究的重要意義，綜述了自動導(dǎo)引小車的基本概念、組成及其它的發(fā)展簡史和應(yīng)用現(xiàn)狀和前景，并分析目前自動導(dǎo)引小車的主要引導(dǎo)方式、關(guān)鍵技術(shù)，在此基礎(chǔ)上提出了本論文的研究內(nèi)容。激光導(dǎo)引具有精度高、柔性好的特點(diǎn)，本論文研究中用其來實(shí)現(xiàn)AGV的引導(dǎo)。2.AGV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計以及動力學(xué)建模型內(nèi)容提要：設(shè)計了一輛前后輪分獨(dú)立驅(qū)動的小車，后輪用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)動力源，前輪由私服電機(jī)驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。并建立其動力學(xué)方程。2.1AGV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)置所設(shè)計的AGV小車的模型如圖2.1所示。小車采用前后輪獨(dú)立驅(qū)動的模式，后輪由電機(jī)帶動齒輪傳動，給與合適的動力源。前輪有電機(jī)帶動直推軸焊接橫軸來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。四輪結(jié)構(gòu)與三輪結(jié)構(gòu)相比有較大的負(fù)載能力和平穩(wěn)性。蓄電池組2.伺服交流電動機(jī)3.激光掃描儀4.車載控制器5.無線通訊裝置6.伺服交流電動機(jī)7.減速器8.驅(qū)動車輪圖2.1AGV小車的模型圖由于采用了兩輪獨(dú)立驅(qū)動差速轉(zhuǎn)動的方式，因此兩個驅(qū)動車輪的速度的同步性成，成為車輛穩(wěn)定運(yùn)行的一個重要指標(biāo)。鑒于此，齒輪減速結(jié)構(gòu)與車輪通過柔性連軸器來連接。2.2AGV小車的動力學(xué)建模自從AGV問世以來，人們在自動導(dǎo)引車的控制過程中一般滿足于基于運(yùn)動學(xué)的控制模型，而很少有人進(jìn)行基于動力學(xué)的控制設(shè)計等方面的內(nèi)容。事實(shí)表明，根據(jù)AGV車體動力學(xué)模型，可以得到直接的電機(jī)輸入與行走、導(dǎo)向車輪轉(zhuǎn)速的非線性的耦合關(guān)系，將對指導(dǎo)車體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計、路徑規(guī)劃以及合理的路徑跟蹤控制規(guī)律設(shè)計有重要而且深遠(yuǎn)的意義。由于AGV在實(shí)際問題中有較嚴(yán)格地面要求的環(huán)境中運(yùn)動，車速較低，限定了加速度的問題，而不會發(fā)生明顯的車體“上跳”運(yùn)動的現(xiàn)象出現(xiàn)，故可以在二維空間來研究其動力學(xué)模型?，F(xiàn)以我以后輪為電機(jī)帶動齒輪來實(shí)現(xiàn)動力驅(qū)動的方式傳達(dá)力矩，前輪則為由電機(jī)直接帶動軸的轉(zhuǎn)動從而達(dá)到轉(zhuǎn)動的方式來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的AGV為例建立動力學(xué)模型。AGV由車體、蓄電池和充電系統(tǒng)、驅(qū)動裝置、轉(zhuǎn)向裝置、精確停車裝置、車上控制器、通信裝置、信息采樣子系統(tǒng)、超聲探障保護(hù)子系統(tǒng)、移載裝置和車體方位計算子系統(tǒng)等等組成?！爸悄堋陛^高的AGV都有車上控制器，它類似于機(jī)器人控制器，用以對AGV進(jìn)行監(jiān)控?？刂破饔嬎銠C(jī)通過通信系統(tǒng)從地面站接受指令并報告自己的狀態(tài)。通常監(jiān)控器可完成以下監(jiān)控:手動控制、安全裝置啟動、蓄電池狀態(tài)、轉(zhuǎn)向極限、制動器解脫、行走燈光、驅(qū)動和轉(zhuǎn)向電機(jī)控制和充電接觸器等。某些AGV具有編程能力，允許小車離開導(dǎo)引路徑，駛向某個示教地點(diǎn)，完成任務(wù)后路原道返問到導(dǎo)引路徑上來根據(jù)上述的介紹，我們可以不難看出同步行進(jìn)的四輪AGV機(jī)械結(jié)構(gòu)分為以下幾個部分:車體部分：包括車架、蓄電池、驅(qū)動電機(jī)、轉(zhuǎn)向電機(jī)和齒輪減速機(jī)構(gòu)等，車體受到由后輪傳動來的驅(qū)動力和前輪的反作用力的作用。驅(qū)動后輪：所受的外力可能有兩部分組成。一部分是地面的作用力：另一部分是來自車體給于的外力。其中這部分力包括自身的支撐反力和電機(jī)產(chǎn)生的等效驅(qū)動力矩等。通過齒輪改變轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)速率可以得到不用的轉(zhuǎn)速，從而改變AGV的的運(yùn)動行進(jìn)方向，已經(jīng)更好的做到預(yù)定的線路跟蹤。前軸和連軸：起到支撐作用，同時車輪和豎軸是同軸的，前輪的轉(zhuǎn)動有地面給于的摩擦力也有電機(jī)傳遞的力矩。2.2.1車體運(yùn)動建模車體受力的示意圖見圖2.2。圖中L、A為驅(qū)動左后輪、和驅(qū)動右后輪與車體的連接處。圖中的R、B為導(dǎo)向左前輪和導(dǎo)向又前輪與車架連接處的垂直點(diǎn)。車體在L、R、A、和B處分別是受到圖示沿X、Y方向的阻力和沿Z方向的扭矩。C則為車體的重心，通過C建立起瞬時慣性坐標(biāo)系O-XYZ,X軸則平行于L=R的連線，Z軸垂直于車體的平面。SKIPIF1<0為車體集合參數(shù)，SKIPIF1<0分別表示的是車體質(zhì)心的X向、Y向的速度和Z向的角速度。在經(jīng)過了上述的假設(shè)的基礎(chǔ)之上，我們不難可以得到車體動力學(xué)方程如下：SKIPIF1<0(2.1)SKIPIF1<0(2.2)SKIPIF1<0SKIPIF1<0(2.3)上面式子中SKIPIF1<0分別為車體質(zhì)心的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量。車體的前輪A、B處的運(yùn)動方程為SKIPIF1<0（2.4）SKIPIF1<0（2.5）SKIPIF1<0（2.6）SKIPIF1<0（2.7）SKIPIF1<0（2.8）SKIPIF1<0（2.9）SKIPIF1<0（2.10）SKIPIF1<0（2.11）車體L和R處運(yùn)動的方程為：SKIPIF1<0（2.12）SKIPIF1<0（2.13）SKIPIF1<0（2.14）SKIPIF1<0（2.15）SKIPIF1<0（2.16）SKIPIF1<0（2.17）SKIPIF1<0（2.18）SKIPIF1<0(2.19)2.2.2驅(qū)動后輪的運(yùn)動建模左后輪受力圖見圖2.3所示，圖中瞬時慣性坐標(biāo)系L-SKIPIF1<0與圖2.2的方向是一致的，可以認(rèn)為是由O-XYZ平移到L點(diǎn)從而形成的坐標(biāo)系，SKIPIF1<0相對應(yīng)，他們是車體與左輪之間大小相等方向相反的作用力（力矩）和反作用力（力矩）。SKIPIF1<0是驅(qū)動電機(jī)經(jīng)過齒輪減速后傳遞給左輪的驅(qū)動力矩，SKIPIF1<0是軸承對左輪的摩擦阻力矩，SKIPIF1<0是滾動阻力矩，SKIPIF1<0是地面對左輪的側(cè)滑動摩擦力，SKIPIF1<0是軸承對左輪的滾動摩擦力，SKIPIF1<0是地面對車輪的扭矩摩擦力矩，SKIPIF1<0是左后輪的轉(zhuǎn)動角速度（SKIPIF1<0為轉(zhuǎn)動軸）。左后輪動力學(xué)方程為SKIPIF1<0(2.20)SKIPIF1<0(2.21)SKIPIF1<0(2.22)SKIPIF1<0(2.23)上式中，SKIPIF1<0分別是左后輪的質(zhì)量‘以及其沿著旋轉(zhuǎn)軸SKIPIF1<0的轉(zhuǎn)動慣量、沿著SKIPIF1<0軸的轉(zhuǎn)動慣量和半徑。SKIPIF1<0為其在L-XYZ坐標(biāo)下的速度，與車體對應(yīng)點(diǎn)的速度是同一值。SKIPIF1<0是左后軸沿SKIPIF1<0軸的扭轉(zhuǎn)角速度。對于右后輪來說，傳動齒輪嚙合是在軸中心處，故左右受的力是相同的，因此建立類似的動力學(xué)方程為：SKIPIF1<0(2.24)SKIPIF1<0(2.25)SKIPIF1<0(2.26)SKIPIF1<0(2.27)上述各式中，有關(guān)物理量的具體意義同對左后輪的說明類似，這里就不做過多說明了。由于AGV速度和加速度均較小的原因，輪子的側(cè)滑阻力很大，假設(shè)其中的SKIPIF1<0。這樣看來車體將以位于左右輪軸線上的某一點(diǎn)SKIPIF1<0為瞬時速度中心，以角速度w轉(zhuǎn)動，我們根據(jù)所了解的知識，我們不難看出一點(diǎn)，通過左右輪轉(zhuǎn)動計算，根據(jù)下圖2.4所示：即：SKIPIF1<0(2.28)SKIPIF1<0（2.29）將以上的2個式子帶入（2.14），（2.18）中可以看到SKIPIF1<0（2.30）SKIPIF1<0(2.3.1)將SKIPIF1<0代入式子（2.12）和式子（2.13）即可得SKIPIF1<0（2.32）SKIPIF1<0(2.33)式子（2.14）和式子（2.15）可改寫成SKIPIF1<0（2.34）SKIPIF1<0（2.35）式子（2.4）至式子（2.11）變?yōu)镾KIPIF1<0（2.36）SKIPIF1<0（2.37）SKIPIF1<0（2.38）SKIPIF1<0（2.39）SKIPIF1<0（2.40）SKIPIF1<0（2.41）SKIPIF1<0(2.42)SKIPIF1<0（2.43）2.2.3車體整體的動力學(xué)模型為了能夠更好的取得車體整體的動力學(xué)模型，根據(jù)AGV的實(shí)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：SKIPIF1<0SKIPIF1<0(2)車體設(shè)計左右是對稱的，則有：SKIPIF1<0(3)左輪的直徑及其質(zhì)量和右輪SKIPIF1<0(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(zhuǎn)動慣量，即：SKIPIF1<0SKIPIF1<0在上述簡化后的基礎(chǔ)上，聯(lián)立前述車體、左右驅(qū)動后輪的動力方程可以得到車體整體的動力學(xué)方程。該動力學(xué)方程中可以表示為左、右輪所受的動力SKIPIF1<0和左、右輪轉(zhuǎn)動的角速度SKIPIF1<0之間的關(guān)系。任何一種導(dǎo)引方法的實(shí)現(xiàn)最終都?xì)w結(jié)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(dǎo)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(xué)直接對車體進(jìn)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(dǎo)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(zhuǎn)動角度積分計算而獲得，其要實(shí)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(qū)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(zhuǎn)動角速度滿足給定的比例關(guān)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(xué)方程是實(shí)現(xiàn)差速驅(qū)動的理論基礎(chǔ)之一，結(jié)合模糊控制方法，可以實(shí)現(xiàn)差速驅(qū)動路徑跟蹤過程。2.3本章小結(jié)動力學(xué)方程能夠幫助AGV的建模、車體結(jié)構(gòu)、剛度設(shè)計和路徑跟蹤控制提供理論依據(jù)的基礎(chǔ)。本章主要介紹了所設(shè)計及其制作的一輛有電機(jī)帶動齒輪差動驅(qū)動后輪，前輪有電機(jī)直接控制實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的的四輪AGV小車，并建立了所需要的運(yùn)動學(xué)方程。

3.AGV中機(jī)械部分主要零件的選取內(nèi)容提要：本章主要介紹了這次AGV機(jī)械部分設(shè)計中的一些主要部件的選取。比如說有私服驅(qū)動電動機(jī)的選取、控制轉(zhuǎn)向的電動機(jī)的選取，傳動齒輪的選取等。介紹其選取方法只要結(jié)構(gòu)及其主要的參數(shù)問題。3.1伺服驅(qū)動電動機(jī)的選取及其參數(shù)伺服驅(qū)動電動機(jī)是用來控制后輪驅(qū)動行進(jìn)的原動力機(jī)構(gòu)，是支持和為整個車體提供動力的元件。它的選取關(guān)系到車體的運(yùn)動快慢及其能夠產(chǎn)生多大的扭矩，多大的驅(qū)動力。在這次電機(jī)部分的選取中，結(jié)合老師的指導(dǎo)及其研究找個了下面這個較為合適的私服電動機(jī)作為后輪的驅(qū)動電機(jī)。其外觀如圖3.1。圖3.1伺服電機(jī)外觀圖由于這次車體不是很大，外形尺寸：長*寬*高：800mm*590mm*350mm；能夠承受的重物也不是很大，大概再10斤到50斤左右的工件，所以為了節(jié)省原材料和不必要的能源浪費(fèi)，所以電動機(jī)的選取尤為重要，此次我選取了額定功率為1.5KW的電機(jī)足以保證給車體提供驅(qū)動動力及其達(dá)到不必要的浪費(fèi)。選取的驅(qū)動電機(jī)為ACH-13150ASKIPIF1<0所以選取的兩個電機(jī)則均為方形；驅(qū)動電機(jī)：邊長為260MM，圓柱形；外徑為SKIPIF1<0電壓等級：L-220VA額定功率：1500W位置傳感器：M-光學(xué)編碼器電機(jī)額定轉(zhuǎn)速：1500rpm冷卻方式：N-自然空冷外形：方形轉(zhuǎn)向電機(jī)：邊長為142MM，圓柱形，外徑為Φ61電壓等級：L-72VA額定功率：400W電機(jī)額定轉(zhuǎn)速：3000rpm冷卻方式：N-自然空冷外形：方形3.1.1電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖及其主要參數(shù)的選取選取的ACH-13150A（1500W）交流私服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.3。圖3.3伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖選取的JSF60-40-30-DF-1000交流私服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.4。圖3.4伺服電機(jī)示意圖驅(qū)動電機(jī)其主要參數(shù)如表3-1。表3-1伺服電機(jī)參數(shù)表型號ACH-13150A（1500W）額定功率（KW）0.611.52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）5.89.61419最大轉(zhuǎn)矩（N.m）17294257額定線電流（A）34.87.29.3轉(zhuǎn)子慣性（Kg.cSKIPIF1<0）12233445電機(jī)外型尺寸（mm）L160210274310L155555555H25555H312121212D2110110110110D322222222D4165165165165D59999D6145145145145光軸或鍵連結(jié)，如采用鍵連接，則鍵尺寸為（mm）L345454545L441414141T8888H18888H418181818轉(zhuǎn)子位置反饋：2500線、5000線光學(xué)編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器可選制動器：帶制動電機(jī)總長加25mm制動器電壓：直流24V出現(xiàn)方式：航空插頭或電纜線可選3.1.2伺服電機(jī)的選取過程A)選擇電機(jī)的容量電動機(jī)所需要的功率Pd=SKIPIF1<0SKIPIF1<0kW由式Pw=SKIPIF1<0kW因此，Pd=SKIPIF1<0kW由電動機(jī)至車輪的傳動總效率為SKIPIF1<0=SKIPIF1<0式中：SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0分別為軸承、齒輪傳動、聯(lián)軸器和輪軸的傳動效率。取SKIPIF1<0=0.98（滾動軸承），SKIPIF1<0=0.97（不包括軸承效率），SKIPIF1<0=0.99（聯(lián)軸器），SKIPIF1<0=0.96，則SKIPIF1<0=0.98SKIPIF1<0SKIPIF1<0=0.82所以SKIPIF1<0B)確定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速輪軸工作轉(zhuǎn)速為：SKIPIF1<0二級圓柱齒輪減速器傳動比SKIPIF1<0=12.5~20，則總的傳動比合理范圍為SKIPIF1<0=12.5~20，故電動機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為:SKIPIF1<0SKIPIF1<0——搬運(yùn)車所需工作功率，指搬運(yùn)車輪前進(jìn)所需功率，kW；SKIPIF1<0——由電動機(jī)至搬運(yùn)車輪軸的總效率；SKIPIF1<0——搬運(yùn)車的運(yùn)行阻力，N；SKIPIF1<0——搬運(yùn)車輪的線速度，m/s。（已經(jīng)確定搬運(yùn)小車運(yùn)行速度大約為30m/min，通過運(yùn)算轉(zhuǎn)換的0.5m/s）綜合考慮上述得出的結(jié)論：選擇表3-1中130L_M10NS中額定功率為1.5KW的交流伺服電機(jī)為此次設(shè)計的驅(qū)動電機(jī)。（C）根據(jù)電動機(jī)和減速器的結(jié)構(gòu)尺寸選擇出聯(lián)軸器和鍵。取載荷系數(shù)=1.3，則聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩為：SKIPIF1<0根據(jù)計算轉(zhuǎn)矩、最小軸徑、軸的轉(zhuǎn)速，查標(biāo)準(zhǔn)GB5014-85或手冊，選用彈性柱銷聯(lián)軸器，其型號為：電動機(jī)和減速器之間的聯(lián)軸器：YL122×32；減速器和輪軸之間的聯(lián)軸器：YL948×80；執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB5843—86。電動機(jī)上的鍵：SKIPIF1<0;減速器輸入端的鍵：SKIPIF1<0；減速器輸出端的鍵：SKIPIF1<0；SKIPIF1<0——鍵的寬度，mm；SKIPIF1<0——鍵的長度，mm；SKIPIF1<0——鍵的厚度，mm；3.1.3減速器的使用范圍及選?。?）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（ZDL為單級，ZLY為兩級，ZSY為三級，Y代表硬齒面）（2）減速器的選取輪軸的轉(zhuǎn)速SKIPIF1<0；電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速SKIPIF1<0；減速器的傳動比SKIPIF1<0；取減速器的傳動比為SKIPIF1<0；實(shí)際輪軸的轉(zhuǎn)速SKIPIF1<0；車輪的實(shí)際線速度SKIPIF1<0SKIPIF1<0；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ZLY112—20—ⅠZBJ19004—88[8]。3.2伺服電機(jī)及其控制3.2.1伺服電機(jī)工作原理伺服電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移或直線運(yùn)動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由環(huán)形分配器、功率驅(qū)動裝置、步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成一個開環(huán)的定位運(yùn)動系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)接受一個電脈沖信號時，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸將轉(zhuǎn)過一定的角度或移動一定的直線距離，電脈沖輸入越多，電機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的角度或直線位移就越多;同時，輸入電脈沖的頻率越高，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速或位移速度就越快。步進(jìn)電機(jī)控制的最大特點(diǎn)是沒有積累誤差，常用于開環(huán)控制。步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)由控制器、驅(qū)動器及步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成，它們?nèi)咧g是相互配套的。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)軸輸出的角位移量與輸入的脈沖數(shù)成正比，通過控制脈沖個數(shù)來控制步進(jìn)電機(jī)的角位移量，而通過改變輸入脈沖頻率可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。伺服電機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子的主要結(jié)構(gòu)是繞組，三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)分別有3個、4個、5個繞組，其它依此類推。繞組按一定的通電順序工作，這個通電順序稱為步進(jìn)電機(jī)的“相序”。轉(zhuǎn)子的主要結(jié)構(gòu)是磁性轉(zhuǎn)軸，當(dāng)定子中的繞組在相序信號作用卜有規(guī)律地通電、斷電工作時，轉(zhuǎn)子周圍就會有一個按此規(guī)律變化的電磁場，因此一個按規(guī)律變化的電磁力就會作用在轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子總是力圖轉(zhuǎn)動到磁阻最小的位置，正是這樣，使得轉(zhuǎn)子按一定的步距角轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)子發(fā)生轉(zhuǎn)動。伺服電機(jī)步距角SKIPIF1<0的計算公式為:SKIPIF1<0式子中的N為伺服電機(jī)的一個通電循環(huán)拍數(shù)，Z為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。3.2.2伺服電機(jī)控制參數(shù)通過設(shè)置伺服電機(jī)驅(qū)動器的工作方式和細(xì)分?jǐn)?shù)，由單片機(jī)控制8253輸出的脈沖頻率可以推算出伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，再結(jié)合驅(qū)動輪的幾何參數(shù)，就可以得到脈沖頻率與車輛行走距離、速度之間的關(guān)系，推導(dǎo)過程如下:設(shè)驅(qū)動器細(xì)分為d，脈沖數(shù)為c，伺服電機(jī)固有步距角為a,8253輸出脈沖頻率為f，減速器傳動比為i,驅(qū)動輪半徑為R。通過伺服電機(jī)驅(qū)動器細(xì)分后，伺服電機(jī)的步距角：SKIPIF1<0電機(jī)所轉(zhuǎn)的角度SKIPIF1<0可以由以下式子表示：SKIPIF1<0輸入C個脈沖所需要的時間為：SKIPIF1<0可得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速為：SKIPIF1<0則小車的速度為：SKIPIF1<0伺服電機(jī)的脈沖頻率f為：SKIPIF1<0由車輛速度表達(dá)式(4.5)可以看出，車輛行駛速度由脈沖頻率f、步距角a、細(xì)分?jǐn)?shù)d,傳動比I和驅(qū)動輪半徑R決定。其中步距角為電機(jī)固定參數(shù)，傳動比為減速器固定參數(shù)，因此驅(qū)動輪尺寸定好以后，小車的運(yùn)動控制最終是通過可編程計數(shù)器8253發(fā)出的脈沖頻率f和伺服電機(jī)驅(qū)動器的設(shè)定細(xì)分?jǐn)?shù)d來實(shí)現(xiàn)控制。細(xì)分值越大，伺服電機(jī)越平穩(wěn)、噪音越小、振動越小，但同時電機(jī)轉(zhuǎn)速也越慢。所以，要綜合考慮各方面因素，在滿足平穩(wěn)性和運(yùn)行速度之間做好權(quán)衡，才能較好的控制好電機(jī)。3.3軸的設(shè)計及其參數(shù)的計算3.3.1軸的設(shè)計方法軸的設(shè)計是根據(jù)給定的軸的功能要求(傳遞功率或轉(zhuǎn)矩，所支持零件的要求等)和滿足物理、幾何約束的前提下，確定軸的最佳形狀和尺寸，盡管軸設(shè)計中所受的物理約束很多，但設(shè)計時，其物理約束的選擇仍是有區(qū)別的，對一般的用途的軸，滿足強(qiáng)度約束條件,具有合理的結(jié)構(gòu)和良好的工藝性即可。對于靜剛度要求高的軸，如機(jī)床主軸，工作時不允許有過大的變形，則應(yīng)按剛度約束條件來設(shè)計軸的尺寸。對于高速或載荷作周期變化的軸，為避免發(fā)生共振，則應(yīng)需按臨界轉(zhuǎn)速約束條件進(jìn)行軸的穩(wěn)定性計算。

軸的設(shè)計并無固定不變的步驟，要根據(jù)具體情況來定，一般方法是：

(1)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度約束條件或與同類機(jī)器類比，初步確定軸的最小直徑；

(2)考慮軸上零件的定位和裝配及軸的加工等幾何約束，進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定軸的幾何尺寸；

值得指出的是：軸結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)果具有多樣性。不同的工作要求、不同的軸上零件的裝配方案以及軸的不同加工工藝等，都將得出不同的軸的結(jié)構(gòu)型式。因此，設(shè)計時，必須對其結(jié)果進(jìn)行綜合評價，確定較優(yōu)的方案。

(3)根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸和工作要求，選擇相應(yīng)的物理約束，確定合適的參照物體，檢驗(yàn)是否滿足相應(yīng)的物理約束。若不滿足，則需對軸的結(jié)構(gòu)尺寸作必要修改，應(yīng)該實(shí)施再設(shè)計，直至滿足要求。3.3.2驅(qū)動后輪軸的設(shè)計由于是驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動后輪使小車前進(jìn)，在此一切相關(guān)數(shù)據(jù)與計算都是以后車輪為依據(jù)車輪軸轉(zhuǎn)速SKIPIF1<0=67r/min驅(qū)動電機(jī)的額定功率SKIPIF1<0kW輪軸傳遞功率為SKIPIF1<0受轉(zhuǎn)矩T（NSKIPIF1<0mm）的實(shí)心圓軸，其切應(yīng)力：SKIPIF1<0Mpa軸的最小直徑：SKIPIF1<0軸的材料取45鋼，上兩式中SKIPIF1<0——軸的抗扭截面系數(shù)，mm3；SKIPIF1<0——軸傳遞的功率，kW；SKIPIF1<0——軸的轉(zhuǎn)速，r/min；SKIPIF1<0——許用切應(yīng)力，MPa；SKIPIF1<0——與軸的材料有關(guān)的系數(shù)，可由表3-2查得。表3-2軸材料的選取一覽表：軸的材料Q235,20Q255,Q275,354540Cr,38SiMnMoSKIPIF1<0/MPaSKIPIF1<012160151482013525125301183511240106451025298軸最小直徑取35mm。軸上鍵的規(guī)格SKIPIF1<0為SKIPIF1<0和SKIPIF1<0；執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB1096—79。圖3.4為后輪車軸尺寸圖：圖3.4驅(qū)動后輪軸尺寸圖由于轉(zhuǎn)向前輪的結(jié)構(gòu)比較簡單，故不重復(fù)說明選取過程，根據(jù)最短軸也為直徑為35mm，所以可以選擇出軸上的鍵為SKIPIF1<0為SKIPIF1<0，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB1096—79。圖3.5為前車輪車軸尺寸圖：圖3.5轉(zhuǎn)向前輪的尺寸圖3.3.3車輪軸的受力分析和校核假設(shè)前后軸受力均勻，以后車輪軸為例。軸的材料選用45鋼調(diào)質(zhì)，SKIPIF1<0=650MPa,SKIPIF1<0=360MPa計算支撐反力垂直面反力SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0合成彎矩SKIPIF1<0許用應(yīng)力許用應(yīng)力值用插入法由表５－１查得：SKIPIF1<0校核軸徑軸徑SKIPIF1<021mm<25mm校核完畢下表3-3為選擇軸和心軸材料一覽表，表3-3轉(zhuǎn)軸和心軸的許用彎曲應(yīng)力（MPa）材料SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0碳素鋼40013070405001707545600200955570023011065合金鋼80027013075100033015090鑄鋼400100503050012070403.3.4車輪軸承的受力分析和校核大部分滾動軸承是由于疲勞點(diǎn)飾而失效的。軸承中任一原件出現(xiàn)疲勞剝落擴(kuò)展跡象前運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)或一定轉(zhuǎn)速下的工作小時稱為軸承壽命。實(shí)際選擇軸承時常以基本額定壽命為標(biāo)準(zhǔn)。軸承的基本額定壽命是指90%可靠度、常用材料和加工質(zhì)量、常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的壽命，以符號Ｌ10(r)或L10h(h)表示。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定將基本額定壽命為一百萬轉(zhuǎn)（106r）時軸承所能承受的恒定載荷取為基本額定動載荷C。也就是說，在基本額定動載荷作用下，軸承可以工作一百萬轉(zhuǎn)而不發(fā)生點(diǎn)飾失效，其可靠度為90%。當(dāng)量動載荷SKIPIF1<0式中SKIPIF1<0——徑向載荷，N；SKIPIF1<0——軸向載荷，N；X、Y——徑向動載荷系數(shù)和軸向動載荷系數(shù)，可查。由于機(jī)械工作時常具有振動和沖擊。為此，軸承的當(dāng)量動載荷應(yīng)按下式計算：SKIPIF1<0由于不受軸向力，所以SKIPIF1<0=SKIPIF1<0式中SKIPIF1<0——沖擊載荷系數(shù)，由表5-2可查；SKIPIF1<0——徑向力，取875N。表3-4沖擊載荷系數(shù)SKIPIF1<0載荷性質(zhì)機(jī)器舉例SKIPIF1<0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SKIPIF1<0時以轉(zhuǎn)速為的基本額定壽命SKIPIF1<0為：SKIPIF1<0SKIPIF1<0106r式中SKIPIF1<0——當(dāng)量動載荷，N；SKIPIF1<0——基本額定壽命，常以106r為單位（當(dāng)壽命為一百萬轉(zhuǎn)時，SKIPIF1<0=1）；SKIPIF1<0——壽命指數(shù)，球軸承SKIPIF1<0=3；C——基本額定動載荷，查表取43.2SKIPIF1<0N。若軸承工作轉(zhuǎn)速為nr/min，可求出以小時數(shù)為單位的基本額定壽命SKIPIF1<0軸承達(dá)到預(yù)期壽命。齒輪的設(shè)計和選取在本設(shè)計中，所采用傳動方式為齒輪傳動，并選用錐齒輪。和其他機(jī)械傳動比較，齒輪傳動的主要優(yōu)點(diǎn)是：工作可靠，使用壽命長；瞬時傳動比為常數(shù)；傳動效率高；結(jié)構(gòu)緊湊；功率和速度適用范圍廣等。同時齒輪傳動應(yīng)滿足下列兩項(xiàng)基本要求：傳動平穩(wěn)——要求瞬時傳動比不變，盡量減小沖擊、振動和噪聲；這樣可以更好的傳動動力加大平衡穩(wěn)定的行進(jìn)。承載能力高——要求在尺寸小，重量輕的前提下，齒輪的強(qiáng)度高、耐磨性好，在預(yù)定的使用期限內(nèi)不出現(xiàn)斷齒等實(shí)效現(xiàn)象。在齒輪設(shè)計、生產(chǎn)和科研中，有關(guān)齒廓曲線、齒輪強(qiáng)度、制造精度、加工方法以及熱處理工藝等，基本上都是圍繞著兩個基本要求進(jìn)行的。也是處理和達(dá)到精度要求的最為重要的環(huán)節(jié)。錐齒輪標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m和基本齒廓的確定如表3-5和表3-6；表3-5標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m[9]錐齒輪GB12368-9011.1251.251.3751.51.7522.252.52.7533.253.53.7544.555.566.578910111214161820表3-6直齒錐齒輪基本齒廓基本參數(shù)齒形角a齒頂高SKIPIF1<0工作齒高SKIPIF1<0頂隙c齒根圓角半徑SKIPIF1<0錐齒輪GB12369-9020°m2m0.2m0.3m根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，由表3-5初取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m＝2.5，再由表3-4確定錐齒輪基本齒廓尺寸數(shù)據(jù)：齒頂高SKIPIF1<0＝2.5工作齒高SKIPIF1<0=5頂隙c=0.5齒根圓角半徑SKIPIF1<0=0.75大端分度圓直徑d=mz，可得齒數(shù)z=30齒寬b=0.3×RＲ為錐距得b=13.317取b=14，錐距Ｒ和大端分度圓直徑已知，可得分錐角＝57.65°根據(jù)嚙合公式即可算出2個齒輪傳遞功率的大小，達(dá)到所要求的部分。本章小結(jié)小車的基本零件和速度、承重都要合適，通過不同的要求有不同的選擇，經(jīng)過合理的計算，選擇了合適的驅(qū)動電機(jī)、轉(zhuǎn)向電機(jī)、前后輪軸、錐齒輪的尺寸型號，使得小車的各個零件不僅節(jié)省了不必要的浪費(fèi)，還能保證平穩(wěn)的運(yùn)行。4.結(jié)論與展望4.1結(jié)論本文主要研究了激光導(dǎo)引AGV小車的機(jī)械裝配，在小車機(jī)械設(shè)計的基礎(chǔ)上可以增加旋轉(zhuǎn)編碼器的路徑軌跡來運(yùn)用推算導(dǎo)向法，并將兩者相結(jié)合用于實(shí)現(xiàn)激光導(dǎo)引AGV的自動引導(dǎo)，自制了一輛兩后輪獨(dú)立驅(qū)動、差速轉(zhuǎn)向的小車，結(jié)合小車的運(yùn)動控制理論進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，為進(jìn)一步研究和開發(fā)激光導(dǎo)引的AGV小車奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。本文的土要研究結(jié)論如下:(1)自動導(dǎo)引小車的結(jié)構(gòu)設(shè)計。由于設(shè)計的小車是前后輪相互獨(dú)立，后輪驅(qū)動，前輪轉(zhuǎn)向。再此基礎(chǔ)上，進(jìn)行穩(wěn)定的運(yùn)輸。外形結(jié)構(gòu)，采取了鋼板與方管的非端面焊接，這樣既減輕的車身的重量，還能保證了運(yùn)載貨物的重量。(2)自動引導(dǎo)小車的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。小車采用前后輪獨(dú)立驅(qū)動的模式，后輪由電機(jī)帶動齒輪傳動，給與合適的動力源。前輪有電機(jī)帶動直推軸焊接橫軸來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，車輛穩(wěn)定運(yùn)行的一個重要指標(biāo)。動力學(xué)方程能夠幫助AGV的建模、車體結(jié)構(gòu)、剛度設(shè)計和路徑跟蹤控制提供理論依據(jù)的基礎(chǔ)。(3)機(jī)械部分主要零件的選取。AGV機(jī)械部分設(shè)計中的一些主要部件的選取。通過計算對伺服驅(qū)動電動機(jī)的選取、控制轉(zhuǎn)向的電動機(jī)的選取，傳動齒輪的選取等。選取不同的電機(jī)，在確保安全穩(wěn)定的運(yùn)行下，還要保證動力最低的浪費(fèi)。(4)AGV運(yùn)動控制系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)小車通過兩個步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)差速驅(qū)動，并由單片機(jī)控制8253芯片產(chǎn)生驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行所需的脈沖信號，與單片機(jī)的定時器相配合來完成步進(jìn)電機(jī)的升、降速控制。PC機(jī)與單片機(jī)之間的通信由串口通信來完成，串口通信接口標(biāo)準(zhǔn)RS-232目前己在微機(jī)通信接口中廣泛采用，它的硬件編程要求比較簡單，價格便宜，而且連接方便，對于雙向連接只需要3根線。4.2展望在本文研究工作的基礎(chǔ)上，作者認(rèn)為以下幾個力面有待進(jìn)一步的研究:(1)進(jìn)一步研究檄光導(dǎo)引的理論和實(shí)現(xiàn)方法，搭建一個實(shí)際的激光掃描儀，并對其數(shù)據(jù)處理速度、方位計算準(zhǔn)確性進(jìn)行應(yīng)證。(2)完善基于旋轉(zhuǎn)編碼器的路徑軌跡推算導(dǎo)向法，結(jié)合激光導(dǎo)引方位計算原理用于激光導(dǎo)引AGV的自動導(dǎo)引。(3)研究無線通訊的基本理論，并將其應(yīng)用于AGV的通信。(4)研究激光導(dǎo)引AGV的路徑規(guī)劃和避障保護(hù)控制系統(tǒng)。(5)進(jìn)一步研究激光導(dǎo)引AGV的運(yùn)動控制問題，解決AGV實(shí)際行走時諸多因素對精度影響的問題。(6)建立實(shí)際的激光導(dǎo)引AGV小車，將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合。致謝經(jīng)過半年的忙碌和工作學(xué)習(xí)，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，此時，我的心情無法平靜。作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，查閱文獻(xiàn)不夠，沒有養(yǎng)成良好的習(xí)慣，不能夠注重觀察，注重細(xì)節(jié)，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及我親愛的同學(xué)們的幫助支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。在此向王老師致以我誠摯的謝意！以及我最為感恩的尊重！我在論文的編寫過程中，從方案初定到開題；從查閱資料到系統(tǒng)的開發(fā)；從如何開發(fā)到實(shí)施；從論文修改到完成，整個過程中都悉心指導(dǎo)。王老師不僅知識豐富、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、工作一絲不茍，而且談吐幽默，風(fēng)趣，讓我在畢業(yè)設(shè)計這個過程中學(xué)到了不少知識。同時感謝為我細(xì)心分析，指導(dǎo)幫助的親愛的同學(xué)們，在整個畢業(yè)設(shè)計過程給予我很多幫助。我在這里也表示最誠摯的感謝！在論文即將完成之際，我要感謝西安科技大學(xué)對我四年的培養(yǎng)。感謝在這樣一所有濃郁學(xué)術(shù)氣氛的學(xué)校中學(xué)到的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，從一個懵懂少年，慢慢歷練成為一個有所為有所不為的，積極上進(jìn)的當(dāng)代大學(xué)生。感謝教我知識和做人的每一位老師。感謝給予我?guī)椭耐瑢W(xué)、朋友。在這里請接受我誠摯的謝意!最后，我要向在百忙之中抽時間對本文進(jìn)行審閱、評議和參加本人論文答辯的各位老師表示感謝！參考文獻(xiàn)邱宣懷.機(jī)械設(shè)計.北京；高等教育出版社，1997（2006重?。┝_圣國.龔掕義。機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書.高等教育出版社1990.4王德夫.姜勇.李長順.韓學(xué)栓機(jī)械設(shè)計手冊；北京；化學(xué)工業(yè)出版社；1997年陳順平，梅德慶，陳子辰.激光導(dǎo)引ACV的自動導(dǎo)引系統(tǒng)設(shè)計.工程設(shè)計學(xué)報,2003,10(5):279-282陳順平，梅德慶，陳了辰激光導(dǎo)引差速轉(zhuǎn)向AGV的控制系統(tǒng)設(shè)計‘機(jī)電工程，2003,20(5):87-89T.立賢，汀濱琦.用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)變速控制的方法.應(yīng)用科技，2003,30(1):42-42,54李海波，何雪濤步進(jìn)電機(jī)升降速的離散控制.北京化工大學(xué)學(xué)報，2003,30(1):92-94宋小鵬，盛仲FA.多功能步進(jìn)電機(jī)控制器軟件設(shè)計.華北工學(xué)院學(xué)報，2003,24(1):58-61陳細(xì)軍，譚民.VC編程中的串口通信技術(shù).計算機(jī)應(yīng)用，,2001,21(9):94.95王宏偉.昊建設(shè)，基于VC++6.0的串行通信設(shè)計與實(shí)現(xiàn).黃石高等專科學(xué)校學(xué)報，2003,19(2):16-19附錄部分：（中英文翻譯）RobotRobotisatypeofmechantronicsequipmentwhichsynthesizesthelastresearchachievementofengineandprecisionengine,micro-electronicsandcomputer,automationcontrolanddrive,sensorandmessagedisposeandartificialintelligenceandsoon.Withthedevelopmentofeconomicandthedemandforautomationcontrol,robottechnologyisdevelopedquicklyandalltypesoftherobotsproductsarecomeintobeing.Thepracticalityuseofrobotproductsnotonlysolvestheproblemswhicharedifficulttooperateforhumanbeing,butalsoadvancestheindustrialautomationprogram.Atpresent,theresearchanddevelopmentofrobotinvolvesseveralkindsoftechnologyandtherobotsystemconfigurationissocomplexthatthecostatlargeishighwhichtoacertainextentlimittherobotabroaduse.Todevelopmenteconomicpracticalityandhighreliabilityrobotsystemwillbevaluetorobotsocialapplicationandeconomydevelopment.Withtherapidprogresswiththecontroleconomyandexpandingofthemoderncities,theletofsewageisincreasing