畢業(yè)論文：AGV小車的設(shè)計與研究

I西安種枝大學(xué)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)位或為其它用途使用過的成果。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之處，本人愿承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。本人完全了解學(xué)校有關(guān)保護知識產(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。Ⅱ?qū)I(yè)：車輛工程磁或激光等導(dǎo)向裝置引導(dǎo)并沿程序設(shè)定路徑運行完成作業(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輸方式。本文介紹了運用了最為簡單的構(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、齒輪傳動系統(tǒng)來驅(qū)動。前輪由伺服電機驅(qū)動，以實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。本設(shè)計主要進行ISubject:AGVVehicleDesignandRAutomaticGuidedVehicleAGVname(AutomaticGuidedVehiele),itisguideandsetthepathrunningalongoftheunmannedvehicle,servodrives.Formodernmanufacturing,modernlogisticstoprovideahighlyflexibleandautomatedmodfftheAGVvehicletoapplytomoreareas,AGVfurtherpromotion.shift.AGVdesignmainlythedesignofmechanicalpartsofthecar.Keywords:AGV;linkage;magneticori 61.1論文研究的背景及意義 61.2自動導(dǎo)引小車的定義及特點 1.3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 3 5 5 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 6 6 6 8 2.3本章小結(jié) 3.AGV中機械部分主要零件的選取 3.1伺服驅(qū)動電動機的選取及其參數(shù) V 3.2伺服電機及其控制 3.3軸的設(shè)計及其參數(shù)的計算 3.4齒輪的設(shè)計和選取 3.5本章小結(jié) 4.結(jié)論與展望 4.1結(jié)論 4.2展望 參考文獻 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)，1.1論文研究的背景及意義21世紀制造業(yè)將進入一個新階段，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)能力使得在進行小批量生產(chǎn)時，可實現(xiàn)接近中、大批量生產(chǎn)的效率。由于機器人具有自主規(guī)劃、可編程、可協(xié)調(diào)作業(yè)和基于傳感器控制等特點，它將成為可重組的敏捷制造生要組成部分，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)向系統(tǒng)中的重要設(shè)備，主要用來儲運各類物料，為系統(tǒng)柔性化、集成化、高效運行提供了沿任意路徑自由運行仍是一個有待解決的技術(shù)難題。由附加設(shè)備決定，而且當車間的布局變化后，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，剩余的的10%,且這一比例還在不斷下降，而儲存、運輸所占的費用卻占生產(chǎn)成本的40%.因此，目前世界各工業(yè)強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1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、可實現(xiàn)生產(chǎn)和搬運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。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，還沒有達到實用。因此進行自山路徑導(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)實的工程意義，而且對移動機器人路徑規(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引路徑行駛，具有小車編程與停車選擇裝置、安全保護以及各種移載功能的運輸小車。的交通管制下有條不紊地運行，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(1)AGV可十分方便地與其它物流系統(tǒng)實現(xiàn)自動連接，如AS/RS(通過出從庫臺)、各種緩沖站、自動積放鏈、升降機和機器人等；實現(xiàn)在工作站之間對物料進行跟蹤；對輸送進行確認；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)進行在線連接以向工廠管理系統(tǒng)提供實時信息。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)料員以及運貨車調(diào)度員的工作的減少甚至完全取消又進一步減低了成本。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21.3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(可聯(lián)網(wǎng)于FMS或CIMS),運輸量更人，移載時間更短，具有在線充電功能，以便24小時運行，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年由一家運輸設(shè)備供應(yīng)廠與美國的Webb公田)公司等。到1986年，日本累計安裝了2312個AGVs,擁有5032臺AGV。國科學(xué)院沈陽自動化所、人連組合機床研究所、清華大學(xué)、國防科技大學(xué)和華東工學(xué)院3都在進行不同類型的AGV的研制并小批量投入生產(chǎn)。1975年北京起重運輸機械研究所完成我國第一臺電磁導(dǎo)引定點通信的AGV,1989年北京郵政科學(xué)研究規(guī)劃院完成我國第一達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，達到國際先進水平，井于19%年度將搬運型AGV系統(tǒng)技術(shù)出口韓國三星公司，實現(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、哈爾濱飛機制造廠、上海新車站郵政樞紐等，所采用的AGV既有國外引進也有國產(chǎn)系統(tǒng)，是伴隨著柔性裝配系統(tǒng)、計算機集成制造系統(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)濟的發(fā)展，在我國AGV的應(yīng)用領(lǐng)域必將越來越大。由于AGV具有機能集中、地上系統(tǒng)簡單、施工和系統(tǒng)構(gòu)成容易等優(yōu)點，因此，廣泛地應(yīng)用在機械加工、汽車制造、港口貨運、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)。其運行速度可達到百米/分鐘，運輸能力可以從幾千克到兒十噸。中被認為是最有效的物料運輸設(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)域也在不斷擴展。這種十兒年4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。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能提供柔性最好承載量人，通常為2.22-4.5t,最大者可達6.3t。配各了功率較大的移藏裝置也是這類AGV的特點。在AGV上配備大型機器人用以對大型金屬構(gòu)件進行噴漆(如屹機骨架的噴漆)是診部自動運送到中央化驗室；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)，用以運送郵件、電文和包裹使機器人可在更大范圍內(nèi)自動完成作業(yè)，如在AGV上配各機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機器人用于核材料的搬運。51.5AGV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前處于環(huán)境中的什么位置；(3)如何根據(jù)小車的當前位置和當前信息確定行動策略；(4)如何產(chǎn)生合適的驅(qū)動信號使小車運動在預(yù)定的軌跡上。這四個問題的解決對于在實時環(huán)境中運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)和運動控制技術(shù)。(I)激光導(dǎo)引AGV模型的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計；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，本論文研究中用其來實現(xiàn)AGV的引導(dǎo)。62.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立驅(qū)動的小車，后輪用步進電機驅(qū)動，實現(xiàn)動力源，2.1AGV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)置電機帶動齒輪傳動，給與合適的動力源。前輪有電機帶動直推軸焊接橫軸來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。1.蓄電池組2.伺服交流電動機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7.減速器8.驅(qū)動車輪由于采用了兩輪獨立驅(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)定運行的一個重要指標。鑒于此，齒輪減速結(jié)構(gòu)與車輪通過柔性連軸器來連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動學(xué)的控7體動力學(xué)模型，可以得到直接的電機輸入與行走、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)計有重要而且深由于AGV在實際問題中有較嚴格地面要求的環(huán)境中運動，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。現(xiàn)以我以后輪為電機帶動齒輪來實現(xiàn)動力驅(qū)動的方式傳達力矩，前輪則通信裝置、信息采樣子系統(tǒng)、超聲探障保護子系統(tǒng)、移載裝置和車體方位計算子系統(tǒng)等控?？刂破饔嬎銠C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)控器可完駛向某個示教地點，完成任務(wù)后路原道返問到導(dǎo)引路徑上來車體部分：包括車架、蓄電池、驅(qū)動電機、轉(zhuǎn)向電機和齒輪減速機構(gòu)等，車體受到自車體給于的外力。其中這部分力包括自身的支撐反力和電機產(chǎn)生的等效驅(qū)動力矩等。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8圖2.2車體受力圖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。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：m,…Fgy+Fiy+Fyj1-Mg-M-Fb?-FyC上面式子中m.和j。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處的運動方程為9車體L和R處運動的方程為：2.2.2驅(qū)動后輪的運動建模左后輪動力學(xué)方程為Jx1Mg-F?R?-MJ\-MJny\J1…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Vx=Vx=0。這樣看來車體將以位于左右輪軸線上的某一點M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，通過左右輪轉(zhuǎn)動計算，根據(jù)下圖2.4所示：LVRY將以上的2個式子帶入(2.14),(2.18)中可以看到將vx=vx=0代入式子(2.12)和式子(2將vx=vx=0式子(2.14)和式子(2.15)可改寫成式子(2.4)至式子(2.11)變?yōu)闉榱四軌蚋玫娜〉密圀w整體的動力學(xué)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(shè)計左右是對稱的，則有：(3)左輪的直徑及其質(zhì)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(zhuǎn)動慣量，即：M?=Mo=M?=M,Jo=Jc=Jgx=J=JFFJ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M?、M。和左、右輪轉(zhuǎn)動的角速度w,、wg之間的關(guān)系。任何一種導(dǎo)引方法的實現(xiàn)最終都歸結(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帶動齒輪差動驅(qū)動后輪，前輪有電機直接控制實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的的四輪AGV小車，并建立了所需要的運動學(xué)方程。3.AGV中機械部分主要零件的選取說有私服驅(qū)動電動機的選取、控制轉(zhuǎn)向的電動機的選取，傳動齒輪的選取等。介紹其選3.1伺服驅(qū)動電動機的選取及其參數(shù)伺服驅(qū)動電動機是用來控制后輪驅(qū)動行進的原動力機構(gòu)，是支持和為整個車體提供在這次電機部分的選取中，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作為后輪的驅(qū)動電機。其外觀如圖3.1。圖3.1伺服電機外觀圖的重物也不是很大，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，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(qū)動動力及其達到不必要的浪費。選取的驅(qū)動電機為ACH-13150A 所以選取的兩個電機則均為方形；邊長為260MM,圓柱形；外徑為φ130電機額定轉(zhuǎn)速：1500rpm外形：方形邊長為142MM,圓柱形，外徑為中61電機額定轉(zhuǎn)速：3000rpm3.1.1電機的結(jié)構(gòu)圖及其主要參數(shù)的選取選取的ACH-13150A(1500W)交流私服電動機的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.3。圖3.3伺服電機結(jié)構(gòu)示意圖選取的JSF60-40-30-DF-1000交流私服電動機的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.4。圖3.4伺服電機示意圖驅(qū)動電機其主要參數(shù)如表3-1。表3-1伺服電機參數(shù)表型號額定功率(KW)12相數(shù)、線電壓(V)3相220V額定轉(zhuǎn)速(rpm)最高轉(zhuǎn)速(rpm)最高機械轉(zhuǎn)速(rpm)額定轉(zhuǎn)矩(N.m)最大轉(zhuǎn)矩(N.m)額定線電流(A)3轉(zhuǎn)子慣性(Kg.cm2)電機L5555外型尺寸9999光軸或鍵連結(jié)，如采用鍵連接，則鍵尺寸為T88888888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3.1.2伺服電機的選取過程Na=η?·n2·N3·n?式中：7、7?、7?、74分別為軸承、齒輪傳動、聯(lián)軸器和輪軸的傳動效率。取=0.98(滾動軸承),72=0.97(不包括軸承效率),73=0.99(聯(lián)軸器),74=0.96,則7a=0.98?×0.972×0.992×0.96=0.82所以B)確定電動機的轉(zhuǎn)速二級圓柱齒輪減速器傳動比i=12.5~20,則總的傳動比合理范圍為a=12.5~20,故電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為：n=ian=(12.5～20)×73.49=918~1469F——搬運車的運行阻力，N;v——搬運車輪的線速度，m/s。(已經(jīng)確定搬運小車運行速度大約為30m/min,通過運算轉(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的交流伺服電機為此次設(shè)計的驅(qū)動電機。(C)根據(jù)電動機和減速器的結(jié)構(gòu)尺寸選擇出聯(lián)軸器和鍵。根據(jù)計算轉(zhuǎn)矩、最小軸徑、軸的轉(zhuǎn)速，查標準GB5014-85或手冊，選用彈性柱銷聯(lián)減速器輸入端的鍵：b×L×h=8×33×6;減速器輸出端的鍵：b×L×h=8×32×9;3.1.3減速器的使用范圍及選取(1)適用范圍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，起動前潤滑油應(yīng)預(yù)熱。代表硬齒面)(2)減速器的選取輪軸的轉(zhuǎn)速電機的額定轉(zhuǎn)速減速器的傳動比取減速器的傳動比為實際輪軸的轉(zhuǎn)速車輪的實際線速度綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量和減速器的傳動比，選擇的減速器型號ZLY3.2伺服電機及其控制3.2.1伺服電機工作原理伺服電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移或直線運動的執(zhí)行機構(gòu)，由環(huán)形分配器、功率驅(qū)動裝置、步進電機構(gòu)成一個開環(huán)的定位運動系統(tǒng)，當系統(tǒng)接受一個電脈沖信號時，伺服電機的轉(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，電機轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速或位移速度就越快。步進電機控制的最大特點是沒有積累誤差，常用于開環(huán)控制。步進電機系統(tǒng)由控制器、驅(qū)動器及步進電機構(gòu)成，它們?nèi)咧g是相互配套的。伺服電機轉(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)來控制步進電機的角位移量，而通過改變輸入脈沖頻率可實現(xiàn)調(diào)速。伺服電機主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子的主要結(jié)構(gòu)是繞組，三相、四相、五相步進電機分別有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電機的“相序”。轉(zhuǎn)子的主要結(jié)構(gòu)是磁性轉(zhuǎn)軸，當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。伺服電機步距角0的計算公式為：式子中的N為伺服電機的一個通電循環(huán)拍數(shù)，Z為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。通過設(shè)置伺服電機驅(qū)動器的工作方式和細分數(shù)，由單片機控制8253輸出的脈沖頻率可以推算出伺服電機的轉(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)動器細分為d,脈沖數(shù)為c,伺服電機固有步距角為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。通過伺服電機驅(qū)動器細分后，伺服電機的步距角：電機所轉(zhuǎn)的角度r可以由以下式子表示：輸入C個脈沖所需要的時間為：伺服電機的脈沖頻率f為：由車輛速度表達式(4.5)可以看出，車輛行駛速度由脈沖頻率f、步距角a、細分數(shù)d,傳動比I和驅(qū)動輪半徑R決定。其中步距角為電機固定參數(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和伺服電機驅(qū)動器的設(shè)定細分數(shù)d來實現(xiàn)控制。細分值越大，伺服電機越平穩(wěn)、噪音越小、振動越小，但同時電機轉(zhuǎn)速也越慢。所以，要綜合考慮各方面因素，在滿足平穩(wěn)性和運行速度之間做好權(quán)衡，才能較好的控制好電機。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)速約束條件進行軸的穩(wěn)定性計算。(1)按扭轉(zhuǎn)強度約束條件或與同類機器類比，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，進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定軸值得指出的是：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)該實施再設(shè)計，直至滿足要求。由于是驅(qū)動電機驅(qū)動后輪使小車前進，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n=67r/min驅(qū)動電機的額定功率P=1.5kW輪軸傳遞功率為受轉(zhuǎn)矩T(N●mm)的實心圓軸，其切應(yīng)力：軸的最小直徑：軸的材料C35mm,所以可以選擇出軸上的鍵為b×L×h為8×36×6,執(zhí)行標準：GB1096—79。圖3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。計算支撐反力垂直面反力合成彎矩許用應(yīng)力許用應(yīng)力值校核軸徑校核完畢用插入法由表5—1查得：[o_]=60MP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)材料碳素鋼合金鋼3.3.4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飾而失效的。軸承中任一原件出現(xiàn)疲勞剝落擴展跡象前運轉(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。實際選擇軸承時常以基本額定壽命為標準。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)運轉(zhuǎn)條件下的壽命，以符號L10(r)或L10h(h)表示。標準中規(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)生點飾失效，其可靠度為90%。當量動載荷式中P=XF+YF?X、Y——徑向動載荷系數(shù)和軸向動載荷系數(shù)，可查。由于機械工作時常具有振動和沖擊。為此，軸承的當量動載荷應(yīng)按下式計算：P=f(XF,+YF?)由于不受軸向力，所以P=f?F?=1×875=875F.徑向力，取875N。表3-4沖擊載荷系數(shù)f載荷性質(zhì)機器舉例平穩(wěn)運轉(zhuǎn)或輕微沖擊電機、水泵、通風(fēng)機、汽輪機中等沖擊車輛、機床、起重機、內(nèi)燃機、冶金設(shè)備強大沖擊破碎機、軋鋼機、振動篩、工程機械、石油鉆機L?o=1);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軸承達到預(yù)期壽命。3.4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。和其他機械傳動比較，齒輪傳動的主要優(yōu)點是：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；這樣可以更好的承載能力高——要求在尺寸小，重量輕的前提下，齒輪的強度高、耐磨性好，在預(yù)在齒輪設(shè)計、生產(chǎn)和科研中，有關(guān)齒廓曲線、齒輪強度、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行的。也是處理和達到精度要求的最表3-5標準模數(shù)m錐齒輪表3-6直齒錐齒輪基本齒廓基本參數(shù)齒形角a齒頂高h工作齒高'h'頂隙c齒根圓角半徑錐齒輪m根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，由表3-5初取標準模數(shù)m=2.5,再由表3-4確定錐齒輪基本齒廓尺寸齒頂高h,=2.5頂隙c=0.5齒根圓角半徑P/=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=,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，達到所要求的部分。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、轉(zhuǎn)向電機、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，還能保證平穩(wěn)的運行。4.結(jié)論與展望本文主要研究了激光導(dǎo)引AGV小車的機械裝配，在小車機械設(shè)計的基礎(chǔ)上可以增加旋轉(zhuǎn)編碼器的路徑軌跡來運用推算導(dǎo)向法，并將兩者相結(jié)合用于實現(xiàn)激光導(dǎo)引AGV的自動引導(dǎo)，自制了一輛兩后輪獨立驅(qū)動、差速轉(zhuǎn)向的小車，結(jié)合小車的運動控制理論進行本文的土要研究結(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立，后輪驅(qū)動，前輪轉(zhuǎn)向。再此基礎(chǔ)上，進行穩(wěn)定的運輸。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)。小車采用前后輪獨立驅(qū)動的模式，后輪由電機帶動齒輪傳動，給與合適的動力源。前輪有電機帶動直推軸焊接橫軸來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，車輛穩(wěn)定運行的一個重要指標。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)機械部分主要零件的選取。AGV機械部分設(shè)計中的一些主要部件的選取。通過計算對伺服驅(qū)動電制轉(zhuǎn)向的電動機的選取，傳動齒輪的選取等。選取不同的電機，在確保安全穩(wěn)定的運行下，還要保證動力最低的浪費。(4)AGV運動控制系統(tǒng)及其實現(xiàn)小車通過兩個步進電機實現(xiàn)差速驅(qū)動，并由單片機控制8253芯片產(chǎn)生驅(qū)動步進電機運行所需的脈沖信號，與單片機的定時器相配合來完成步進電機的升、降速控制。PC機與單片機之間的通信由串口通信來完成，串口通信接口標準RS-232目前己在微機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，作者認為以下幾個力面有待進(1)進一步研究檄光導(dǎo)引的理論和實現(xiàn)方法，搭建一個實際的激光掃描儀，并對其(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)驗的匱乏，查閱文獻不夠，沒有養(yǎng)成良好的習(xí)慣，不能夠注重觀察，注重細節(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，整個過程中都悉心指導(dǎo)。王老師不僅知識豐富、治學(xué)嚴謹、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。而且改掉了許多以前一直長期同時感謝為我細心分析，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)到的點點滴滴，從一個懵懂少年，慢慢歷練成為一個有所為有所不為的，積極上進的當代大學(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【1】邱宣懷.機械設(shè)計.北京；高等教育出版社，1997(2006重印)【2】羅圣國.龔接義。機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書.高等教育出版社1990.4【3】王德夫.姜勇.李長順.韓學(xué)栓機械設(shè)計手冊;北京；化學(xué)工業(yè)出版社；1997年【4】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)【6】T.立賢，汀濱琦.用單片機實現(xiàn)步進電機變速控制的方法.應(yīng)用科技，【8】宋小鵬，盛仲FA.多功能步進電機控制器軟件設(shè)計.華北工學(xué)院學(xué)報，【10】王宏偉.吳建設(shè)，基于VC++6.0的串行通信設(shè)計與實現(xiàn).黃石高等專科學(xué)校學(xué)報，achievementofengineandprecisidevelopedquicklyandalltypesoftherobotsproductsarecomeintobeing.Thepractiofrobotproductsnotonlysolvestheproblemswhicharedifficulttooperateforofrobotinvolvesseveralkindsoftechnologyandtherobotsystemconfigurationissocompletofsewageisincreasingquickly:WiththedevelopmentofmoderntechnologyandtheenhancementofconsciousnedesignamanipulatorthatcanautomaticallyfulfilltheplasticWiththeanalysisoftheproblemsinthedesignoftheplasticholdinisconcludedonthebasisoftheantheideaofthfmechanicalconfiguration,electronic,softwareandhardware.Inthisarticle,themechanicalconfigurationcombinesthecharacterofdireccanimprovethestabilityandoperationfltransmissionmechanismistotransmitpowertoimplementdepartmentandcomplnecessarymovement.Inthistransmissionstructure,thescBothofthetransmissionmechanismshaveacharaTheanalysisofkinematicsanddynamicsforobjectholdingmcompletingthedesignbasisofpathprogrammingandtrackcontrol.Thepositiveandreversrelationshipbetweenmanipulator'stippositionandatransformmethod.Thegeometrymethodisusedinsolvinginversof七hecleaningrobotandthearthrosisforceandtortobeextendedisusedastheprincipalcomputercellathecontrol.Systemandthesoftwareistbetweenthemaincomputerandthecontrolcellsandtakethemeasureofreducinginfluenceoftheoutersignaltothecontrocalculate,easyto