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基于全向輪的AGV的移動(dòng)底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
Structure design of AGV based mobile chassis based on omnidirectional wheel
摘要
現(xiàn)在加工行業(yè)的發(fā)展更加智能化，對于現(xiàn)代智能加工系統(tǒng)里面，物流實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化就在于自動(dòng)引導(dǎo)小車的出現(xiàn)。在現(xiàn)代化加工里面，自動(dòng)引導(dǎo)小車被當(dāng)做是一種可以移動(dòng)的機(jī)器來，用途比較特別，對于柔性加工還有現(xiàn)代化物流來說，是比較重要的，現(xiàn)在跟它有關(guān)的學(xué)科學(xué)術(shù)一直都是在發(fā)展的，所以控制技術(shù)的發(fā)展也是非?？斓?，現(xiàn)在在很多地方用。
這篇論文設(shè)計(jì)了全向輪自動(dòng)引導(dǎo)小車的移動(dòng)底盤結(jié)構(gòu)，主要進(jìn)行的工作是對全向AGV的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，確定電動(dòng)機(jī)，確定傳動(dòng)部分，將激光導(dǎo)航定位系統(tǒng)的原理還有特征都進(jìn)行了詳細(xì)的說明。將它里面主要零件進(jìn)行設(shè)計(jì)，將數(shù)據(jù)算出來。確定電動(dòng)機(jī)還有減速器的標(biāo)準(zhǔn)零件。
關(guān)鍵詞 全向輪；AGV；移動(dòng)底盤；設(shè)計(jì)；激光導(dǎo)航
II
Abstract
Along with the development of modern manufacturing industry toward intelligent, automatic guided car (AGV) is one of the important automated logistics equipment in modern intelligent manufacturing system. In the modern manufacturing activities, the omnidirectional AGV is the special application of the mobile robot. It is an important part of the flexible manufacturing and modern logistics system. With the continuous progress of science and technology in the related fields, its motion control technology has also been developed rapidly, and will be applied to more and more occasions.
This article mainly carries on the structural design for the AGV of the omni directional wheel. Its main design contents are as follows: studying the control system of omnidirectional AGV. The motor and transmission mechanism are selected, and the principle and characteristics of the laser navigation and positioning system are introduced. Design and calculate the main parts of the mechanism. Selection and determination of standard parts such as motors and speed reducer.
Keywords omnidirectional wheel AGV mobile chassis design laser navigation
目 錄
摘要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 本課題研究的背景 1
1.2 國內(nèi)外自動(dòng)導(dǎo)引車的發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.3 本課題研究意義及目的 2
2 自動(dòng)導(dǎo)引車（AGV）簡介 3
2.1 AGV工作原理的概述 3
2.2 AGV的分類及概述 3
3 自動(dòng)導(dǎo)引車的硬件設(shè)計(jì) 8
3.1 自動(dòng)導(dǎo)引車的設(shè)計(jì)要求 8
3.2 自動(dòng)導(dǎo)引車的設(shè)計(jì) 8
3.3 驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 8
3.3.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型 9
3.3.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速機(jī)的選型 11
3.4 升降牽引機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 13
3.6.1AGV小車的車體尺寸的設(shè)計(jì) 16
3.6.2主框架的設(shè)計(jì) 17
3.6.3副框架的設(shè)計(jì) 18
4 激光導(dǎo)航的原理、特點(diǎn)及控制 21
4.1 激光導(dǎo)航的原理及特點(diǎn) 21
4.1.1激光導(dǎo)航的原理 21
4.1.2激光導(dǎo)航AVG的特點(diǎn) 22
4.2 激光導(dǎo)航AGV控制系統(tǒng)簡介 22
結(jié)論 23
致謝 24
參考文獻(xiàn) 25
2
1 緒論
1.1 本課題研究的背景
現(xiàn)在加工業(yè)的發(fā)展是更加的智能化，對于現(xiàn)在只能加工行業(yè)來說，物流自動(dòng)化輸送的一個(gè)機(jī)器就是自動(dòng)引導(dǎo)小車，現(xiàn)在在加工行業(yè)用的是很多的。心在加工行業(yè)的規(guī)模，效率，智能化水平都提高了很多，研發(fā)更加靈活，更加穩(wěn)定，執(zhí)行效率更高的只能AGV，所以說意義還是非常巨大的。現(xiàn)代化生產(chǎn)里面，因?yàn)槿駻GV是被當(dāng)做移動(dòng)機(jī)器人來使用的，對于柔性加工還有現(xiàn)代化物流來說，它是非常重要的。（1）現(xiàn)在很多學(xué)術(shù)都一直在發(fā)展，所以它的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展也很快，將來在很多地方都會(huì)使用。
我們國家一直在進(jìn)行改革開發(fā)，不管是經(jīng)濟(jì)上，還是技術(shù)上都有了不小的進(jìn)步，自動(dòng)牽引車用的地方也是更多了，從原來只是單一的進(jìn)行加工，現(xiàn)在已經(jīng)在很多行業(yè)使用了，甚至說在一些非常危險(xiǎn)的排爆行業(yè)上也會(huì)進(jìn)行工作。（18）現(xiàn)在在國外，他們開始對自動(dòng)牽引車的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)行研究，不過怎么讓自動(dòng)牽引車對貨物進(jìn)行拿取，是設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵。
圖1-1自動(dòng)導(dǎo)引小車(AGV)
現(xiàn)在自動(dòng)牽引車行業(yè)一直在發(fā)展，叉車形式的自動(dòng)牽引車的結(jié)構(gòu)，還有用起來都太復(fù)雜了，并且用的時(shí)候需要的地方很大，所以用的不是很多?，F(xiàn)在市面上自動(dòng)牽引車主要是叉車式的，這些叉車自動(dòng)牽引的移動(dòng)部分沒有那么復(fù)雜，在平坦的地方上進(jìn)行行駛，非常穩(wěn)定，一樣的有很多不好的地方存在，不過問題最大的就是叉車式自動(dòng)牽引車對于路面的要求是很高的，要是路面不平順的話，車子行走就會(huì)出現(xiàn)打滑的情況；并且在進(jìn)行移動(dòng)，進(jìn)行轉(zhuǎn)向的時(shí)候，整個(gè)叉車牽引本體都要進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的地方太大了，占據(jù)的空間也是很大的。對于自動(dòng)牽引車來說，最重要的一個(gè)零部件就是驅(qū)動(dòng)部分，所以設(shè)計(jì)整體的時(shí)候，應(yīng)該要注意驅(qū)動(dòng)裝置的適應(yīng)性，穩(wěn)定性，還有可靠性。
1.2 國內(nèi)外自動(dòng)導(dǎo)引車的發(fā)展現(xiàn)狀
世界上歐美地區(qū)自動(dòng)牽引車的技術(shù)是最先進(jìn)的，他們都有專門對自動(dòng)牽引車技術(shù)研究的部門，并且一直在很多行業(yè)里面嘗試使用自動(dòng)牽引車。(2)現(xiàn)在美國生產(chǎn)的自動(dòng)牽引車取得了很大的發(fā)展，他們讓自動(dòng)牽引車在一些非常危險(xiǎn)的地方進(jìn)行工作，另外在打戰(zhàn)的時(shí)候，也會(huì)用到自動(dòng)牽引車。
iRobot公司在美國自動(dòng)牽引車行業(yè)里面一直都是非常厲害的，他們研究的單兵便攜式遙控地面武器平臺(tái)在美國軍隊(duì)使用。Packbot是一輛自動(dòng)牽引車，長是0.87m，寬0.51m，高0.18m，自身的重量18kg，運(yùn)行最快速度是14km/h，只需要充電一次就可以行走10km，控制移動(dòng)用的是無線遙控，它可以自己進(jìn)行移動(dòng)，主要用來對地形進(jìn)行偵查，實(shí)施站數(shù)，比方說反地道，近距離干擾等等。Packbot裝了輔助轉(zhuǎn)臂，它對障礙的翻爬能力是很強(qiáng)的，不過有多顛婆都是可以回到正常狀態(tài)，輔助轉(zhuǎn)臂是可以拆下來的，攜帶起來比較容易。Packbot平臺(tái)構(gòu)造是非常穩(wěn)定的，對沖擊的抵抗能力是很好的，400G以內(nèi)的沖擊都可以承受，兩米高摔下去也是沒事的，從窗戶或者是飛的不高的直升機(jī)上可以直接扔出去。
現(xiàn)在我們國家對移動(dòng)自動(dòng)牽引車的研究才剛剛開始，對于移動(dòng)自動(dòng)牽引車定位傳感器，控制，導(dǎo)航還有主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等等跟別的國家比差了很多。不過，現(xiàn)在我們國家已經(jīng)開始對他重視起來了，加大力度對他進(jìn)行研究。因?yàn)橐苿?dòng)自動(dòng)牽引車不管是機(jī)動(dòng)性，還有跨越障礙的辦法跟別的自動(dòng)牽引車都是不一樣的，所以我們研究的日子還很長。
1.3 本課題研究意義及目的
從全世界的需求格局來觀察，歐美地區(qū)的移動(dòng)自動(dòng)牽引車是主要的市場，功能非常多，并且構(gòu)造簡單，質(zhì)量不錯(cuò)，性能還很穩(wěn)定；在中東，非洲這些地方，移動(dòng)自動(dòng)牽引車都是款式比較舊的，價(jià)錢不高的；另外在俄羅斯這些地方，寒冷的時(shí)間非常長，所以使用的移動(dòng)自動(dòng)牽引車結(jié)構(gòu)更加能夠適合當(dāng)?shù)氐囊?；日韓這些地方使用的自動(dòng)牽引車，對于它的質(zhì)量和安全是更加注重的；現(xiàn)在我們國家使用的移動(dòng)自動(dòng)牽引車還是不錯(cuò)的，原來的移動(dòng)功能只有一個(gè)，外表也不好看，現(xiàn)在已經(jīng)變得非常漂亮，它的發(fā)展方向是用起來便利，質(zhì)量好，安全性好等。為了對各行的要求進(jìn)行滿足，現(xiàn)在市面上開始有移動(dòng)服務(wù)自動(dòng)牽引車。
2 自動(dòng)導(dǎo)引車（AGV）簡介
2.1 AGV工作原理的概述
現(xiàn)在市面上見得比較多的自動(dòng)牽引車都是叉車式的，它在進(jìn)行工作的時(shí)候因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的作用，輪子就跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，通過輪子將動(dòng)力傳動(dòng)到整個(gè)叉車式自動(dòng)牽引車上，主要就是讓它可以自由的形式。叉車式自動(dòng)牽引車有下面幾個(gè)不好的地方：對于路面的要求是很高的，要是在坡道上或者是不平的路面上走，那么就會(huì)出現(xiàn)打滑的情況；并且在進(jìn)行轉(zhuǎn)變方向的時(shí)候，整個(gè)自動(dòng)牽引車都會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，拐彎的半徑是很大的，占據(jù)的空間也很大；論文里面寫的自動(dòng)牽引車，工作的時(shí)候要按照它設(shè)計(jì)的路線，按照行走路線對它編寫程序，檢測用數(shù)字編碼器，看電壓的型號(hào)是不是跟事先編號(hào)的程序軌跡有不一樣的地方。（9）控制器將所處地點(diǎn)的差異檢測出來，調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，這樣偏差也就調(diào)整過來了，這樣一來，自動(dòng)導(dǎo)引車就順著事先設(shè)定好的路線進(jìn)行行走。對于自動(dòng)引導(dǎo)車來說，動(dòng)力是從電池來。
這兩種自動(dòng)牽引車在進(jìn)行工作的時(shí)候，原理是不一樣的，構(gòu)造也不一樣，用的時(shí)候辦法也不一樣。這次的說明書里面，自動(dòng)牽引車使用的是比較好的機(jī)械傳動(dòng)，這個(gè)車子的動(dòng)力來源是電動(dòng)機(jī)，通過比較穩(wěn)定的減速器，還有鏈傳動(dòng)，那么電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力就傳送到整個(gè)車子了，這樣車子就可以自由行駛了。整個(gè)車子在行駛的時(shí)候是非常穩(wěn)定的。對現(xiàn)有的自動(dòng)牽引車進(jìn)行改造，改造它的運(yùn)動(dòng)辦法和機(jī)械結(jié)構(gòu)，對材料進(jìn)行選用，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，那么用的人就感覺這個(gè)車子更加穩(wěn)定。
2.2 AGV的分類及概述
1、潛伏式AGV系列
其分類及概述見表2-1潛伏式AGV系列。
表2-1潛伏式AGV系列
雙向潛伏式
AGV小車
它的驅(qū)動(dòng)是四輪的，可以兩個(gè)方向進(jìn)行動(dòng)作，可以在貨車下面進(jìn)行潛伏，在跟貨車連接的時(shí)候用升降牽引裝置來進(jìn)行，選地點(diǎn)停下來，那么AGV可以在兩個(gè)以上的站點(diǎn)停下來，這樣就可以來回進(jìn)行工作。
超低雙向潛伏式
AGV
它的非常低的，高度只有168mm，并且可以進(jìn)行雙向牽引，潛到車子的地下，對貨物進(jìn)行牽引的時(shí)候用提升桿，地址塊有好多，那么來回搬運(yùn)的時(shí)候就比較便利了，這種車在很多生產(chǎn)車間里面使用。
小型潛伏式
AGV
體型不大，構(gòu)造很緊，運(yùn)輸起來靈活。可以在料車的下面進(jìn)行潛伏，升降桿可以跟料斗連接起來，那么自動(dòng)就可以自動(dòng)進(jìn)行掛扣還有脫扣，可以對料車進(jìn)行牽引。這種車在生產(chǎn)車間還有比較大的倉庫里面用。
超低型潛伏式
AGV
車身高168mm，跟之前的嵌入式牽引車對比，是更矮的，可以對各種料車進(jìn)行牽引，這個(gè)車操作起來非常便利，行走很穩(wěn)，現(xiàn)在在很多車間里面用。
潛伏式后牽引
AGV
它的功能有潛伏，后牽引。可以自己走刀貨品的下面，通過升降桿對貨物進(jìn)行牽引，這個(gè)車子厚牽引桿可以對貨物進(jìn)行牽引，將貨車代到需要的地方，之后自己跟他分下來，后來鉆到空貨車的下面，將它拖走。現(xiàn)在在很多搬運(yùn)的地方用的比較多。
2、牽引式AGV系列
其分類及概述見表2-2牽引式AGV系列。
表2-2牽引式AGV系列
牽引
AGV
這個(gè)車子占據(jù)的空間不大，拐彎的半徑也不大。在車頂?shù)臓恳b置把臺(tái)車跟小車連接起來，整個(gè)車子的動(dòng)力來自于驅(qū)動(dòng)電機(jī)，它的速度是很快的，定位也非常精準(zhǔn)。
牽引潛伏兩用
AGV
這個(gè)車的功能很多，不僅可以直接對物流臺(tái)車進(jìn)行牽引，還可以潛到臺(tái)車的下面，對它進(jìn)行牽引運(yùn)輸。在車頂?shù)臓恳b置把臺(tái)車跟小車連接起來，整個(gè)車子的動(dòng)力來自于驅(qū)動(dòng)電機(jī)，它的速度是很快的，定位也非常精準(zhǔn)。。
潛伏式后牽引
AGV
它的功能有潛伏，還有后牽引。這種車可以在貨車下面潛伏，通過電動(dòng)升降桿對貨車進(jìn)行牽引，通過牽引鉤對貨車進(jìn)行牽引，把車子帶到指定的地方之后，引導(dǎo)車跟貨車就分下來了，之后鉆到空的貨車下面，把它拖走了。這個(gè)車子在很多材料搬運(yùn)的時(shí)候用。
3、全向橫移AGV（2）
其分類及概述見表2-3全向橫移AGV系列。
表2-3全向橫移AGV系列
萬向橫移舉升
AGV
這個(gè)車子的功能很多，不管在什么方向都可以牽引舉升臺(tái)車。牽引裝置把臺(tái)車還有小車都連起來，用驅(qū)動(dòng)電機(jī)將整個(gè)車帶著行走，它的速度還是很快的，定位精度是很高的。
萬向型
AGV
主要在醫(yī)學(xué)，教育，還有主題飯館使用，這種車子很靈活，工作空間不大，可以轉(zhuǎn)動(dòng)九十度或者一百八十度，這種車體積很小。
4、重型舉升AGV
其分類及概述見表2-4重型舉升AGV。
表2-4重型舉升AGV
雙向帶橫移
自動(dòng)升降機(jī)AGV
在機(jī)器很多面都有防撞機(jī)制，這樣四個(gè)方位行駛的時(shí)候安全性更好，機(jī)器的使用率是非常高的，現(xiàn)在在紡織廠用的比較多。
2.3AGV的導(dǎo)航方式
1、電磁導(dǎo)航
導(dǎo)向方式最傳統(tǒng)的辦法就是電磁導(dǎo)航，按照工作要求，將金屬導(dǎo)線埋在工作的地方，它的電流頻率低，電壓也低，行程一個(gè)磁場，AGV就順著這個(gè)路行駛，它里面的感應(yīng)圈對磁場進(jìn)行識(shí)別，那么AGV就可以進(jìn)行導(dǎo)引了。（1）
圖2-1 電磁導(dǎo)航
好處是將導(dǎo)線隱蔽起來，不會(huì)有污染和破壞，引導(dǎo)的原理非常簡單，也很可靠，可以對通訊進(jìn)行控制，不會(huì)對聲光進(jìn)行干擾，花的錢比激光導(dǎo)航還要少。
不好的地方，要想對路徑進(jìn)行擴(kuò)大還是非常麻煩的，鋪設(shè)引導(dǎo)線的時(shí)候有難度。
2、磁帶導(dǎo)航
它的技術(shù)跟電磁導(dǎo)航是一樣的，不一樣的在于用磁帶在路上，沒有將磁帶嵌到地下，用磁帶傳感應(yīng)信號(hào)，這樣就可以進(jìn)行指導(dǎo)了。
好處是：用磁帶導(dǎo)航，定位就更加準(zhǔn)確，對行走路線進(jìn)行擴(kuò)大，或者是鋪設(shè)的時(shí)候，跟電磁導(dǎo)向進(jìn)行對比簡單一些，并且它花的錢比較少。（19）
不好的地方是：磁帶容易斷下來，需要頻繁的維護(hù)磁帶，對路徑進(jìn)行更改的時(shí)候，需要對磁帶再一次進(jìn)行鋪設(shè)，AGV只會(huì)順著磁帶走，不能實(shí)時(shí)避免，沒有辦法通過控制系統(tǒng)對任務(wù)進(jìn)行更改。
3、二維碼導(dǎo)航
這個(gè)技術(shù)已經(jīng)研發(fā)出來了，通過視覺識(shí)別系統(tǒng)對二維碼進(jìn)行識(shí)別，因?yàn)橛袘T性，它的地圖就跟一個(gè)比較大的圍棋棋盤是很像的，自動(dòng)牽引車可以到達(dá)指定的地方。在倉庫里面，這種AGV好處是很大的，不過因?yàn)樨浖茏陨砗苤?，在開啟還有結(jié)束的時(shí)候，對于速度控制要求是比較高的。圖2-2
圖2-2 二維碼導(dǎo)航
好處：AGV進(jìn)行定位是很準(zhǔn)確的，導(dǎo)航的時(shí)候非常靈活，對路徑進(jìn)行鋪設(shè)，擴(kuò)大的時(shí)候也比較簡單，可以對通信進(jìn)行控制，對聲光不會(huì)有影響。
不好的地方：按時(shí)間對路徑進(jìn)行維護(hù)，要是現(xiàn)場非常復(fù)雜，那么就要對二維碼進(jìn)行取代，對于陀螺儀來說，它的準(zhǔn)確性要求是很高的，使用時(shí)間需要長一些，還有工作的路面要非常平順，花的錢也是比較多。
4、激光導(dǎo)航
第一種導(dǎo)航用的是反光板，在AGV工作的地方裝一些精準(zhǔn)的激光反射板，從AGV將激光發(fā)射出來，同一時(shí)間對這些激光束進(jìn)行收集，將AGV這個(gè)時(shí)候在的地方還有方向進(jìn)行確定，用不間斷的三角形操作，這樣AGV就可以進(jìn)行導(dǎo)航了。還有一種導(dǎo)航是用激光對距離進(jìn)行測試跟SLAM的算法結(jié)合在一起，建立一個(gè)自動(dòng)引導(dǎo)車行走的路線，沒有必要使用輔助材料，靈活性是很高的，可以從全面進(jìn)布局，這也是導(dǎo)航的發(fā)展方向，現(xiàn)在大家都在對它就進(jìn)行研究，從靈活性來看，比別的導(dǎo)航好很多。圖2-3
圖2-3 激光導(dǎo)航
好處：AGV定位是非常準(zhǔn)確的，不需要安排別的定位裝置在地面上，行走的時(shí)候不管什么地方都可以，現(xiàn)在國內(nèi)還有國外都用的是它。
不好：花的錢多，對于周邊環(huán)境的要求是很高的。
通過上面對幾種導(dǎo)航方法的概述，本次設(shè)計(jì)決定采用激光導(dǎo)航。
2.3 關(guān)于AGV的麥克納姆輪的概述
我國對Mecanum輪的研究工作開始于上世紀(jì)八十年代，主要集中于Mecanum輪的結(jié)構(gòu)與機(jī)理的分析上做研究，包括國防科技大學(xué)，中科院，清華大學(xué)，浙江大學(xué)等國家科研機(jī)構(gòu)和國家高等院校都在做此科研開發(fā)工作。
在各高校研究下，我國全向輪工藝也有了長足發(fā)展，江南大學(xué)，高春能和紀(jì)志成研發(fā)了一種定制使用單排萬向輪的新全向移動(dòng)機(jī)器人，見圖2-4. 付宜利和王樹國等則對全向機(jī)器人平臺(tái)進(jìn)行了研究，提出了一種新型全向輪式機(jī)器人結(jié)構(gòu)，見2-5
而浙大和哈工大的研究人員也研發(fā)出一種新式萬向行走輪，即雙排萬向行走輪。
圖2-4 圖2-5
2.3.1應(yīng)用現(xiàn)狀
全向移動(dòng)機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)前后左右，順時(shí)針逆時(shí)針，左前左后，右前右后的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)（8）等優(yōu)點(diǎn)，在各種生活中，物流，比賽和工業(yè)運(yùn)輸中都有很普遍的應(yīng)用。
比如在足球機(jī)器人的比賽中，全向移動(dòng)機(jī)器人已經(jīng)有相當(dāng)?shù)难芯窟\(yùn)用，以日本的Keio大學(xué)Eigen隊(duì)，德國Freie大學(xué)FU-fighter隊(duì) 實(shí)力較強(qiáng)，當(dāng)然，國內(nèi)也有所發(fā)展，如國防科技大學(xué)的獵豹隊(duì)。早在2001年就開始參加此類比賽。
而生活領(lǐng)域，則有將全向輪用在輪椅上，方便了人們生活。
物流領(lǐng)域，Mecanum輪叉車提高了叉車運(yùn)行效率，提高了倉庫的空間利用率，圖2-6
工業(yè)領(lǐng)域則應(yīng)用更加廣泛，有Mecanum輪的小車幫助工廠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
圖2-6
2.3.2 車輪結(jié)構(gòu)
本設(shè)計(jì)主要Mecanum四輪小車結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)布局，如圖2-7所示，根據(jù)小車機(jī)械的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分為全向輪標(biāo)準(zhǔn)件，底盤，緩沖裝置，分別有四個(gè)電機(jī)獨(dú)立控制四個(gè)全向輪，輪子必須正反正反安裝，各車輪通過轉(zhuǎn)速和旋向配合實(shí)現(xiàn)全向移動(dòng)。
圖2-7
28
3 自動(dòng)導(dǎo)引車的硬件設(shè)計(jì)
3.1 自動(dòng)導(dǎo)引車的設(shè)計(jì)要求
1、論文里面自動(dòng)引導(dǎo)車是用在生產(chǎn)單位，或者是物流單位。
2、進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，要知道自動(dòng)引導(dǎo)車要有下面的好處：生產(chǎn)產(chǎn)品的時(shí)候花的錢不多，質(zhì)量好，安全性好，使用時(shí)間長，結(jié)構(gòu)非常牢靠，用起來便利，搬運(yùn)起來非常便利；
3、論文設(shè)計(jì)了車子的框架，主要包含的東西有主框架，副框架，升降牽引部分，運(yùn)動(dòng)部分，還有驅(qū)動(dòng)部分，對他們進(jìn)行設(shè)計(jì)還有計(jì)算。
3.2 自動(dòng)導(dǎo)引車的設(shè)計(jì)
論文設(shè)計(jì)的自動(dòng)導(dǎo)引車，它的主要結(jié)構(gòu)是車體的框架，車體的主框架用的是厚度5mm的鋼板，在機(jī)器人焊接工作站來進(jìn)行焊接，確保它的定位精度，還有結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，裝了萬向輪還有驅(qū)動(dòng)部分在副框架上，對于自動(dòng)牽引車來說，它們都是運(yùn)動(dòng)部分，對于小車運(yùn)動(dòng)的定位精度影響很大。裝了控制運(yùn)動(dòng)的板塊在車子的里面，裝了控制面案在車子的前面。
3.3 驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
論文里面的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)在下面圖紙里面有展示，主要的組成有驅(qū)動(dòng)固定外殼、直線軸承模塊、預(yù)緊螺母、支撐直桿、減震彈簧、車體框架連接板、車體框架固定板、行走輪固定軸、行走輪限位擋板、行走輪、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基座固定板、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基座、自動(dòng)導(dǎo)航傳感器、激光導(dǎo)航傳感器安裝板等。
圖3-1 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配圖
在這個(gè)裝置里面，驅(qū)動(dòng)部分的外殼是45號(hào)鋼板，厚度是2mm,對它進(jìn)行折彎加工，連接的時(shí)候用焊接的辦法來進(jìn)行，在固定外殼的左邊還有右邊將兩個(gè)驅(qū)動(dòng)級(jí)的電動(dòng)機(jī)裝在那，驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)座跟兩個(gè)電動(dòng)機(jī)的另外一邊進(jìn)行連接還有固定，在驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)座的上面裝驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)座固定板，一樣的道理在驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)座的軸承安裝孔里面直線軸承模塊也是裝在這，并且在直線軸承模板里面將整個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的支承立桿裝在里面，確保安裝的時(shí)候上面跟下面都是同心。
驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)里面避震裝置有預(yù)緊螺母，支承立軸，車體框架連接板，固定板還有減振彈簧，直線軸承板塊；在這個(gè)里面，支承立軸是裝在直線軸承的中間，確保它的同心度，將預(yù)緊螺母裝在支承立軸的上面，這樣可以進(jìn)行避震，下面一頭跟驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)座連接起來進(jìn)行固定，支承立軸用一根圓柱銷軸跟驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)座連接起來，進(jìn)行固定，在車子的框架連接板跟固定板中間將減震彈簧壓縮在這，這樣一來整個(gè)驅(qū)動(dòng)部分都可以實(shí)現(xiàn)避震。
這個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置整體結(jié)構(gòu)都非常簡單，避震效果很好，并且行走輪不是很高，確保自行牽引車行駛時(shí)候穩(wěn)定。
3.3.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型
在這搬運(yùn)的重是500kg,對驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定型號(hào)，論文里面搬運(yùn)車牽引線速度最大是35m/min。
按照式子
N=V/πD 式（3-3-1）
設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)輪的直徑是150mm，可以算出來驅(qū)動(dòng)電機(jī)從減速箱經(jīng)過之后，轉(zhuǎn)動(dòng)的速度：
N=35*1000/（π*150）≈74.27r/min 式（3-3-2）
確定驅(qū)動(dòng)部分的驅(qū)動(dòng)輪跟路面的滾動(dòng)摩擦系數(shù)是0.2，查看三維圖紙就可以算出來整個(gè)小車的重量是200KG，算的時(shí)候搬運(yùn)貨物的重量是500kG，就有：
在這個(gè)過程里面，進(jìn)行運(yùn)輸?shù)臅r(shí)候跟路面的固定摩擦力
f=0.2*700*10=1400N 式（3-3-3）
按照軌跡，搬運(yùn)小車運(yùn)輸?shù)臅r(shí)候速度是勻稱的，那么一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的牽引力就是F=1/2*f=700N 式（3-3-4）
算出來：
通過減速箱之后驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出的扭矩是
M=F*R=700×75/1000=52.5N.M 式（3-3-5）
用式子M=9550×/n
可以算出來：
理論上電動(dòng)機(jī)主軸的功率是=52.5*74.27/9550=0.4083KW≈0.4KW
將電動(dòng)機(jī)需要的功率算出來：
式（3-3-6）
=0.95
算出來
因?yàn)檎撐脑O(shè)計(jì)的這個(gè)系統(tǒng)電壓是直流，電機(jī)用的是直流伺服的。（10）論文里面用的是直流無刷伺服電機(jī)，用的系統(tǒng)是上海步科的低壓伺服的。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)的數(shù)據(jù)：小慣量DC48V，電動(dòng)機(jī)功率的額定值0.75KW，轉(zhuǎn)動(dòng)速度的額定值3000r/min，轉(zhuǎn)矩的額定值2.39N.m，伺服電機(jī)型號(hào)SMC80S-0075-30AAK-3DKH，查看伺服電機(jī)的有關(guān)資料，就可以知道標(biāo)準(zhǔn)馬達(dá)的資料，在表格3-1展示：
表3-1 SMC系列伺服電機(jī)技術(shù)參數(shù)
伺服電機(jī)型號(hào)
SMC60S-
0020-30
AoK-3DKH
SMC60S-
0040-30
AoK-3DKH
SMC80S-
0040-30
AoK-3DKH
SMC80S
-0075-30
AoK-3DKH
適配驅(qū)動(dòng)
FD123-LA-000
FD123-CA-000
FD123-CC-000
FD123-EA-000
FD133-LA-000
FD133-CA-000
FD133-CC-000
FD133-EA-000
直流母線電壓UDC
48
48
48
48
連續(xù)
特性
額定功率Pn(W)
200
400
400
750
額定轉(zhuǎn)矩Tn(Nm)
0.64
1.27
1.27
2.39
額定轉(zhuǎn)速(rpm)
3000
3000
3000
3000
額定電流In(A)
4.6
10
9.6
21.5
瞬時(shí)最大轉(zhuǎn)矩Tm(Nm)
1.92
3.81
3.81
7.17
瞬時(shí)最大電流Im(A)
13.8
25
24
64.5
連續(xù)靜態(tài)轉(zhuǎn)矩Ts(Nm)
0.7
1.4
1.4
2.63
連續(xù)靜態(tài)電流Is(A)
5.06
11
10.6
23.7
線-線電阻RL（Ω）
1.1
0.42
0.22
0.1
線-線電感LL(mH)
2.4
0.79
1
0.46
機(jī)械時(shí)間常數(shù)（ms）
3.22
1.84
1.65
1.79
反電勢常數(shù)Ke（V/krpm）
9
8
8
6.7
位置反饋裝置
2500ppr光電式編碼器（增量式）
冷卻方式
全封閉，自冷卻
圖3-2 SMC80S-0075-30AAK-3DKH電機(jī)外形圖
3.3.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速機(jī)的選型
已經(jīng)知道驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度額定值n1=3000r/min，電機(jī)從減速箱經(jīng)過之后，轉(zhuǎn)動(dòng)速度n2=74.27r/min，將傳動(dòng)比算出來：
式（3-3-7）
i=3000/74.27=40.39≈40
已經(jīng)知道驅(qū)動(dòng)電機(jī)的型號(hào)是SMC80S-0075-30AAK-3DKH，在進(jìn)行工作的時(shí)候功率額定值是0.75W，轉(zhuǎn)速額定值是n=3000r/min，還有轉(zhuǎn)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的速度是74.27r/min，要是減慢速度用減速器，那么它的傳動(dòng)比總數(shù)是40。
要是減速用減速器，傳動(dòng)比i=40，要減速很多級(jí)才可以，因?yàn)樵O(shè)計(jì)自動(dòng)牽引車的需要：構(gòu)造，安裝都比較容易，自身質(zhì)量不高，所以減速器的體積要小一點(diǎn)，論文里面用的電機(jī)是帶有減速器的，可以對電機(jī)自身輸出的轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行降低。
在行走電機(jī)跟鏈傳動(dòng)的中間，有一個(gè)獨(dú)立的閉式傳動(dòng)就是齒輪減速器，可以將轉(zhuǎn)動(dòng)速度變慢，讓轉(zhuǎn)矩變大，這樣對于實(shí)際工況的要求就可以滿足。減速器有很多種，論文里面齒輪減速器的減速比是1，一般來說，齒輪減速器是一級(jí)的，它的傳動(dòng)比要小于八，并且它的效率很高，可靠性也是很好的，工作時(shí)間長，維護(hù)起來比較容易，論文里面履帶轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候工作轉(zhuǎn)矩是很大的，所以論文的齒輪減速器用的是螺旋傘齒輪。
設(shè)計(jì)的時(shí)候確保齒輪傳動(dòng)中心距沒有改變，將齒數(shù)變多，這樣齒輪齒合的重合度就變大，確保傳動(dòng)非常穩(wěn)定，并且可以讓齒輪的模數(shù)變小，將齒高變低，讓生產(chǎn)的切削量變小。要想將傳動(dòng)的穩(wěn)定性變得更好，傳動(dòng)時(shí)候震動(dòng)變小，這樣磨損就變小了。
按照齒輪副的工作地點(diǎn)不一樣，選用的齒輪齒數(shù)都是不一樣的，齒輪傳動(dòng)是閉式的，正常轉(zhuǎn)動(dòng)速度都是很快的，要想讓傳動(dòng)時(shí)候更加穩(wěn)定，沖擊還有振動(dòng)變小，那么一般選用的齒輪是齒數(shù)比較多的，小齒輪的齒數(shù)確定是Z1=20~40，對于開式，或者還是半開式的齒輪傳動(dòng)，因?yàn)辇X輪有損耗，有失效，所以小齒輪的齒數(shù)一般用的都不是很多，正常小齒輪的齒數(shù)在Z1=17—20，為了避免齒輪在齒合的時(shí)候有根切出現(xiàn)，那么Z1≥17。在論文里面，齒輪副工作的地方是封閉起來的減速箱，并且齒輪進(jìn)行傳動(dòng)的時(shí)候，轉(zhuǎn)動(dòng)的速度是很快的，所以確定小齒輪的齒數(shù)Z1=20。
論文中使用的減速器是湖北行星公司生產(chǎn)的，精密行星減速機(jī)，因?yàn)樵隍?qū)動(dòng)的時(shí)候，輸出用的是L，在這里確定用的是精密行星減速機(jī)，是ZJPX系列的。
這個(gè)減速器的作用有：
1、傳動(dòng)用的是直齒圓柱齒輪，輸出來的力矩要比直傘齒輪高百分之三十，噪聲很?。?
2、轉(zhuǎn)動(dòng)體通過平衡校正，這樣運(yùn)行就更加的穩(wěn)定了；
3、不管用什么伺服電機(jī)都可以，組合起來輸出板塊，輸入板塊，連接設(shè)計(jì)的是比較特別的，組裝起來非常便利，很可靠；
4、維護(hù)起來非常容易，使用區(qū)間里面不需要對潤滑油脂進(jìn)行更換。
表3-2 ZJPX行星減速機(jī)技術(shù)參數(shù)
產(chǎn)品
型號(hào)
ZJPX65
ZJPX85
ZJPX115
ZJPX142
減速比
級(jí)數(shù)
額定
輸出
扭矩
13.5
39
98
308
3
1級(jí)
29
80
205
600
4
24
65
137
425
5
15
37
86
272
8
15
42
110
335
12
2級(jí)
34
90
230
675
16
34
90
230
675
20
29
71
155
460
25
34
90
230
675
32
29
71
155
400
40
17
42
95
305
64
22
52
122
395
512
故障
停止
轉(zhuǎn)矩
2倍額定輸出轉(zhuǎn)矩
表3-3 ZJPX行星減速機(jī)技術(shù)參數(shù)
產(chǎn)品
型號(hào)
ZJPX65
ZJPX85
ZJPX115
ZJPX142
單位
級(jí)數(shù)
最大
徑向力
1550
3055
4330
9480
N
最大
軸向力
1220
2330
3300
6800
N
滿載
效率
95
%
1級(jí)
93
2級(jí)
90
3級(jí)
平均
壽命
20000
h
查看減速器的資料，知道驅(qū)動(dòng)電機(jī)從減速箱這邊經(jīng)過之后，輸出扭矩的大小是90N.M
確定減速器用的是二級(jí)的，減速比是40的，型號(hào)是ZJPX115。
3.4 升降牽引機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
現(xiàn)在自動(dòng)牽引車上進(jìn)行牽引的辦法比較多，用的最多的是背馱的，叉車的，還有潛伏的。論文里面的牽引辦法用的是潛伏式的，占據(jù)的空間很小，它在進(jìn)行工作的時(shí)候，自動(dòng)牽引車通過上位程序進(jìn)行編制，將運(yùn)動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在指定車輛的下面，將車子底部的二維碼信息進(jìn)行確認(rèn)，那么這個(gè)車就是沒有問題，把牽引部分升起來，這個(gè)時(shí)候車子跟牽引車就成為一個(gè)整體，這樣按照事前制定好的動(dòng)作路線，那么臺(tái)車就可以運(yùn)動(dòng)到需要的地方。
在車子的車體框架的中心地區(qū)安裝升降牽引裝置，這個(gè)部分主要零件就是可以進(jìn)行升降的直桿，在對牽引車有需要的時(shí)候，直桿就升起來，這個(gè)時(shí)候直桿就將臺(tái)車勾住了，牽引車跟臺(tái)車就一起進(jìn)行動(dòng)作。在要讓臺(tái)車跟牽引車分下來的時(shí)候，直桿就降下來，這個(gè)時(shí)候直桿跟臺(tái)車就分下來了，牽引小車這個(gè)時(shí)候自己走刀下一個(gè)工位，準(zhǔn)備下一個(gè)工作。
圖3-3 升降機(jī)構(gòu)
論文里面升降牽引裝置的零部件有升降機(jī)構(gòu)固定外殼、升降驅(qū)動(dòng)電機(jī)、直桿、直桿連接板、直線軸承模塊、凸輪組件、壓縮彈簧、彈簧導(dǎo)向軸、直桿連接板導(dǎo)向柱和升降機(jī)構(gòu)總固定板。升降牽引裝置在升降裝置總固定板還有車體框架上進(jìn)行連接，并且固定住，將升降驅(qū)動(dòng)電機(jī)在升降裝置固定外殼的左邊外邊進(jìn)行固定，一樣的，埋一根彈簧導(dǎo)向軸在升降裝置固定外殼的下面，在裝置總固定板的反邊將直線軸承模塊固定在這，并且要確保直線軸承板塊跟彈簧的導(dǎo)向軸是同心的，在直線軸承模塊的孔里面安裝直桿，在直線軸承板塊的下面安裝直桿連接板，跟直桿固定在一起，直桿是一個(gè)空心的，下面可以把壓縮彈簧放進(jìn)去，并且壓縮彈簧套在彈簧導(dǎo)向軸里面，彈簧下面跟固定外殼的下面進(jìn)行焊接，并且固定住，彈簧的上面連接直桿，并且固定起來，將凸輪裝在升降驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸上，這個(gè)凸輪的外邊在直桿連接板上面的面壓著，裝了兩個(gè)極限開關(guān)在固定升降驅(qū)動(dòng)電機(jī)的一邊，在升降驅(qū)動(dòng)電機(jī)的上面裝上極限開關(guān)，在升降電動(dòng)機(jī)的下邊安裝下極限位置開關(guān)，因?yàn)樯凋?qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪也就跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，在進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，上極限位置開關(guān)還有下極限位置開關(guān)就都被打開了，在這個(gè)裝置的外面右邊還裝了直桿連接導(dǎo)向柱，確保直桿連接板不管是上升還是下降都非常順利。
設(shè)計(jì)升降牽引部分的有關(guān)數(shù)據(jù)：
升降桿直徑：35mm；
電機(jī)參數(shù)：DC24V直流永磁電機(jī)功率30W轉(zhuǎn)動(dòng)速度最大值2500r/min
工作電壓：9-30V；
邏輯電平：高電平3.3-30V，低電平0V；
牽引力：5000N；
升降范圍：0-50mm；
升降保護(hù)：升降限位開關(guān)保護(hù)，避免電機(jī)被弄壞了
升降速度：速度25mm/s；
工作濕度：10－90%RH；
工作溫度：-25℃－+85℃；
防護(hù)等級(jí)：IP-67；
外殼材質(zhì)：普通碳鋼
對于這個(gè)裝置來說主要零件就是直桿，可以進(jìn)行自由升降，所以要對它進(jìn)行有限元分析，按照前面算的，物流臺(tái)車上使用的這個(gè)直桿，作用力大小是1000N。
經(jīng)過分析，作用在直桿上的應(yīng)力最大的地方就是跟直線軸承模塊碰到的最下面，因?yàn)橹睏U的彈性變化會(huì)有碰撞，還有沖擊，那么直桿的下面最邊緣的地方應(yīng)力就非常集中，這樣一來直桿就失效了，多以對這個(gè)直桿的受力進(jìn)行分析，防止應(yīng)力都集中在一起，這樣直桿的使用時(shí)間就變得更長了。直桿的原材料用的是Q235A，查看機(jī)械書本，在一般的情況下， Q235A的屈服強(qiáng)度[σ]=235MPa。
3.5 自動(dòng)導(dǎo)引車運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定
牽引方式：潛伏牽引式
導(dǎo)引方式：激光導(dǎo)航
行走方向：前進(jìn)行走
驅(qū)動(dòng)方式：雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)
前進(jìn)速度：最大速度35m/min
負(fù)載能力：1000KG
最小轉(zhuǎn)彎半徑：700mm
直線導(dǎo)引精度：±10mm
停止精度：±10mm
驅(qū)動(dòng)電機(jī)型號(hào)：DC無刷電機(jī)功率200W
蓄電池：DC24V，75AH（2組）
1、AGV小車載重量的額定值
自動(dòng)引導(dǎo)車可以牽引的最大的貨物，現(xiàn)在很多自動(dòng)導(dǎo)引車的載重都是在五十千克到一千千克，在這個(gè)里面比較多的就是中小型的，論文設(shè)計(jì)的這個(gè)自動(dòng)導(dǎo)引車，是在物流行業(yè)里面用的，對貨物進(jìn)行運(yùn)輸，所以裝在的貨物都是比較重的，論文設(shè)計(jì)額定載重一千千克。
2、劃分物流貨車
物流貨車有三種，有網(wǎng)絡(luò)狀的，有雙面型的，還有鋼板型的。在這個(gè)里面，最輕的就是網(wǎng)絡(luò)狀的物流貨車，它的機(jī)動(dòng)性也非常好，所以在物流行業(yè)里面用的很多。市面上網(wǎng)絡(luò)狀物流貨車的大小是1700×900×750（mm），承載的最大的重量是五百千克。裝了兩個(gè)定向輪，萬向輪在車的下面，并且兩個(gè)萬向輪都是有腳剎的，這樣貨車就可以進(jìn)行定位了。四個(gè)底腳輪用的都是聚氨酯橡膠輪，是六寸的，跟地面之間相距195mm。要想讓自動(dòng)導(dǎo)引車對物流貨車進(jìn)行自動(dòng)牽引，設(shè)計(jì)貨車的時(shí)候，首先把機(jī)架增高100mm，那么就可以知道貨車的機(jī)架跟地面之間相距295mm。
圖紙3-4里面展示的是自動(dòng)導(dǎo)引車的裝配圖：
圖3-4 自動(dòng)導(dǎo)引車的裝配圖
3.6 自動(dòng)導(dǎo)引車車體框架的設(shè)計(jì)
3.6.1AGV小車的車體尺寸的設(shè)計(jì)
1、設(shè)計(jì)自動(dòng)導(dǎo)引車的高
貨車的機(jī)架到地面的高最少是295mm，升降牽引裝置里面，升降桿在進(jìn)行升降的時(shí)候，高在0~50mm，并且升降桿升起來之后跟物流車的門是連著的，并且貨車機(jī)架最低的面是超過去的，所以這個(gè)車的總高最高只能是345mm。論文設(shè)計(jì)的自動(dòng)導(dǎo)引車的高是327mm。
2、設(shè)計(jì)自動(dòng)導(dǎo)引車的寬
貨車的機(jī)架寬已經(jīng)知道是900mm，因?yàn)樨涇嚨臋C(jī)架下面裝了四個(gè)地腳輪，大小是留存的，它的直徑是25.4×6=150mm。貨車在運(yùn)輸?shù)臅r(shí)候，四個(gè)地腳輪有的時(shí)候是直行的，有的時(shí)候是拐彎的，一個(gè)地腳輪活動(dòng)的區(qū)間是150mm，（21）貨車下面前后左右都要裝地腳輪，因?yàn)樨涇嚨南旅嬲嬲目臻g只有600mm，一定要確保自動(dòng)導(dǎo)引車可以在車子下面自由的進(jìn)出，所以確定自動(dòng)導(dǎo)引車的寬是520mm。
3、設(shè)計(jì)自動(dòng)導(dǎo)引車的長
貨車機(jī)架的長已經(jīng)知道是900mm，按照自動(dòng)引車的設(shè)計(jì)，要裝一個(gè)防護(hù)裝置在車子的前面，也就是防障礙傳感器，并且在車子的后面裝兩塊蓄電池，這就是自動(dòng)導(dǎo)引車的電源。將人機(jī)界面，啟動(dòng)按鍵，急停按鍵等等都是裝在車子的正前方，所以對于牽引車的長要進(jìn)行考慮，比機(jī)架長9000mm,在這還要注意PLC控制板塊（6），驅(qū)動(dòng)板塊在裝的時(shí)候需要空間，設(shè)計(jì)自動(dòng)導(dǎo)引車總長就是1235mm。
按照之前的分析，還有算的數(shù)據(jù)，就知道這個(gè)自動(dòng)牽引車對于生產(chǎn)車間，還有比較大的倉庫運(yùn)輸臺(tái)車來說，是符合要求的，那么這個(gè)自動(dòng)牽引車的外表大小是L1235×W520×H327（mm）(長×寬×高)。
3.6.2主框架的設(shè)計(jì)
說明書里面設(shè)計(jì)的車子的主體框架組成零部件有車身自己，電箱固定板、驅(qū)動(dòng)單元固定板、電池倉、后腳輪安裝板、前腳輪安裝板、防撞觸邊安裝板、前焊接板、后焊接板，所有這些零部件都是在焊接工作站上面的焊接夾具作用下，焊接在一起，焊接夾具對于車體框架結(jié)構(gòu)的精度，還有強(qiáng)度都是可以確保的，并且零件的原材料都是45號(hào)鋼，厚度是5mm，這樣的焊接結(jié)構(gòu)確保自動(dòng)牽引車的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。
圖3-5 主框架圖
在車身的中間開一個(gè)小洞，是圓形的，這個(gè)小孔可以將升降牽引裝置裝上去，在自動(dòng)牽引車?yán)锩妫榷际窃陔娤涔潭ò謇锩娴膱A孔里面進(jìn)行安裝的，型號(hào)是艾智威AWS-24AF，控制電箱是放在電箱固定板的左邊，在車子中下地方的驅(qū)動(dòng)部分固定板上裝這個(gè)牽引車的驅(qū)動(dòng)部分， DC24V有兩個(gè)，75AH蓄電池在電池里面進(jìn)行安裝固定，裝兩個(gè)萬向輪在前腳輪安裝板上，一樣的再裝兩個(gè)定向輪在后腳輪安裝板上面，將控制面板等板塊都裝在整個(gè)車框架的前面，將自動(dòng)感應(yīng)撞擊防撞條裝在下面。
圖3-6 主框架尺寸外形圖
3.6.3副框架的設(shè)計(jì)
副框架的組成有驅(qū)動(dòng)部分，萬向輪，電池，還有PBS防撞傳感器。
（1）設(shè)計(jì)萬向輪
材質(zhì)：輪面聚氨脂
輪子直徑：75MM
輪寬：38MM
安裝高度：111MM
底板尺寸：101*82MM
板厚：5MM厚度
中心孔距：76*56MM
安裝孔徑：最大可穿M10螺絲
（2）確定蓄電池的型號(hào)
電池的型號(hào)是DC24V75AH，牌子是霍克，電池外表的大小是L329×W172×H221（mm）(長×寬×高)， DC24V*2，75AH電池在電池倉里面進(jìn)行安裝固定。
（3）設(shè)計(jì)障礙物傳感器，并且確定型號(hào)
用的防撞傳感器是PBS，型號(hào)是PBS-03JN-CE，使用專門的軟件把數(shù)據(jù)導(dǎo)進(jìn)到電腦里面，這些數(shù)值就確定了防撞傳感器的檢測區(qū)間。
表3-4 PBS-03JN-CE
供電電壓
24VDC（18-30VDC）
供電電流
<250mA，除I/O端子電流和沖流
激光光源
紅外線LED
監(jiān)測對象和范圍
300×300mm白紙；
0.2to3m×2m，掃描角度180°
2種掃描模式
每個(gè)區(qū)域可單獨(dú)設(shè)置輸出
輸出
光電耦合/NPN開集電極輸出；1，2，3：OFF=探測到物體；
故障輸出：ON=正常工作
輸入（1-4）
光電耦合輸入（共陽極，每個(gè)輸入電流>4mA），可用于設(shè)置監(jiān)測區(qū)域
監(jiān)測區(qū)域設(shè)置
監(jiān)測區(qū)域轉(zhuǎn)換：：通過[輸入1，2，3，4]來設(shè)定區(qū)域；
發(fā)射停止：
[輸入1，2，3，4]同時(shí)為ON；
輸出響應(yīng)時(shí)間
<180msec(掃描速度1rev./100msec)；
輸入響應(yīng)時(shí)間
周期：1個(gè)掃描時(shí)間（100msec）
指示燈
電源（綠）：故障時(shí)閃爍；輸出1，2，3（黃）：燈亮表示監(jiān)測到物體
連接線長
1m
環(huán)境照明
鹵素/汞燈：<10，000lx，日光燈：<6，000lx
環(huán)境溫濕度
-10to+50degreesC，<85%RH（無凝露）
振動(dòng)
雙振幅1.5mm10to55Hz，每軸2個(gè)小時(shí)
沖擊
490m/s2，10次，X，Y，Z方向
防護(hù)等級(jí)
IP64(IEC標(biāo)準(zhǔn))
壽命
5years（電動(dòng)機(jī)壽命）
材料
前面：Polycarbonate，后面：ABS
重量
約500g
3.7 車體框架結(jié)構(gòu)的焊接工藝
論文里面，自動(dòng)引導(dǎo)車的框架通過焊接工作站進(jìn)行焊接，用工裝夾具對車體框架的每一個(gè)零件進(jìn)行定位，工件夾具是自動(dòng)焊接的，控制用的是氣動(dòng)的，有的地方比較特別的，用的是手動(dòng)的夾鉗，整體進(jìn)行裝夾的時(shí)候，拆卸的時(shí)候都非常便利，氣動(dòng)夾緊跟手動(dòng)夾緊進(jìn)行配合，這樣裝夾零件花費(fèi)的時(shí)間比焊接的時(shí)間還要短。在焊接工作臺(tái)上裝焊接工裝夾具，夾具的定位基準(zhǔn)跟設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是一樣的，確保焊接零件圖紙的需要，設(shè)計(jì)夾具底板的時(shí)候是板塊化的；在整個(gè)底板上面對工裝夾具進(jìn)行安裝，按照設(shè)計(jì)要求，用反變形等辦法將焊接產(chǎn)生的形狀改變都消除掉，這樣焊接產(chǎn)品才能符合圖紙的需要，還有工作臺(tái)跟夾具零件的剛度，強(qiáng)度都可以滿足要求，在夾具里面，焊接零件要進(jìn)行時(shí)效處理，這樣可以將內(nèi)應(yīng)力消除掉。
在工作站的焊接臺(tái)上，將焊接夾具固定上去，固定用螺栓來進(jìn)行。夾具的主要框架通過焊接支撐塊，定位銷，基板，方管來形成?？蚣苡玫脑牧鲜遣垆摚兔娴脑牧鲜?5號(hào)鋼，零件的支撐塊用的是金屬支撐塊，對45號(hào)鋼進(jìn)行熱處理，硬度可以達(dá)到HRC38-42°，定位銷采用T8或40Cr硬度HRC58-62，鋼套原材料45#，夾具精度要小于0.5mm。
在固定板上將夾具裝上去，在變位機(jī)上將固定板裝上去，固定板在變位機(jī)上進(jìn)行動(dòng)作那么整個(gè)夾具就跟著動(dòng)作，每一個(gè)焊縫都是可以進(jìn)行焊接的，確保強(qiáng)度還有精度，焊接縫成型比較好，外表看上去漂亮，不會(huì)有氣孔，裂紋這些缺陷出現(xiàn)。
下面圖紙里面就是工作站的格局：
圖3-7 工作站布局圖
4 激光導(dǎo)航的原理、特點(diǎn)及控制
4.1 激光導(dǎo)航的原理及特點(diǎn)
4.1.1激光導(dǎo)航的原理
在九十年代的時(shí)候，導(dǎo)航用的是激光，除了GPS意外，不需要在地面進(jìn)行處理的導(dǎo)航辦法，激光導(dǎo)航AGV可以用激光掃描器，事先在它行走的地方布局好反光板，這樣激光定位需要的基礎(chǔ)環(huán)境就存在了。激光導(dǎo)航里面，車子的導(dǎo)航系統(tǒng)所處地點(diǎn)是靜態(tài)的，算出來運(yùn)動(dòng)狀況下對運(yùn)動(dòng)地點(diǎn)，下面對它進(jìn)行詳細(xì)的介紹：
1、AGV小車靜態(tài)位置計(jì)算模式
第一次，小車進(jìn)到系統(tǒng)里面AGV小車現(xiàn)在的地點(diǎn)不是很清楚，要算一開始的地點(diǎn)，對比已經(jīng)知道的反光板的地點(diǎn)，那么通過控制器里面的導(dǎo)航板塊，就可以將小車所處的地點(diǎn)算出來。
（1）對靜態(tài)所處地點(diǎn)初始化的時(shí)候的要求：小車是停下來的，激光掃描器能夠掃描到最少三塊反光板，反光板所處地點(diǎn)已經(jīng)知道。
（2）算一開始靜態(tài)地點(diǎn)的原則還有辦法：
1）最后知曉的地點(diǎn)優(yōu)先
比方說激光掃描器轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，可以知道小車所處的地點(diǎn)，還有最后希望的地方在哪，跟它進(jìn)行匹配，那么這個(gè)地點(diǎn)就當(dāng)做是現(xiàn)在的位置，要是對最后所處的地點(diǎn)沒有進(jìn)行保存，或者是匹配不對，那么用下面的辦法進(jìn)行定位。
2）用激光定位的辦法算
激光掃描器轉(zhuǎn)動(dòng)一周，選出三個(gè)分布比較好的地方，算了之后就可以在坐標(biāo)里面將小車的地點(diǎn)定下來，要是地點(diǎn)對了，那么剩下來的基本上跟已經(jīng)知道的反光板是匹配的。
在操作的地區(qū)合適的地方擺放反光板，這個(gè)反光板要按照AGV的路線來擺放，基本上是三角形排列的。
2、AGV小車在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下持續(xù)動(dòng)態(tài)位置計(jì)算模式
算一開始的地點(diǎn)好了之后，車子開始動(dòng)作，在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，小車要一直對所處地點(diǎn)進(jìn)行算。下面分析用位置估算矯正法來進(jìn)行，這樣的辦法基礎(chǔ)是按照位置估算來進(jìn)行的，通過小車現(xiàn)在行駛的速度，轉(zhuǎn)動(dòng)多少度，間隔多長時(shí)間來估算，算出來之前在什么地方。
在小車算出來一開始的地點(diǎn)之后，那么導(dǎo)航就自己切換到另外一個(gè)模式，持續(xù)算所處地點(diǎn)，在小車用這個(gè)模式的時(shí)候，激光導(dǎo)航板塊將按照事先假設(shè)的地點(diǎn)跟真正小車所在的地點(diǎn)到放光板的地點(diǎn)結(jié)合起來，那么小車所處的地點(diǎn)就確定了。
通過從小車控制模塊傳來的當(dāng)前小車的速度、轉(zhuǎn)向和測量的小車到放光板的方位，就可以計(jì)算小車的位置。作為首要條件，小車的最初X，Y位置必須知道，然后每50ms進(jìn)行一次位置計(jì)算。
4.1.2激光導(dǎo)航AVG的特點(diǎn)
現(xiàn)在AGV系統(tǒng)里面，用的最多的引導(dǎo)辦法就是激光導(dǎo)航，按照引導(dǎo)的原理，AGV小車在引導(dǎo)范圍里面，可以自由的進(jìn)行行駛，并且定位是準(zhǔn)確的；在導(dǎo)航的范圍里面，小車行走的路途按照實(shí)際要求隨時(shí)可以變化，這樣AGV的柔性就完全發(fā)揮出來，生產(chǎn)效率就變高了。很多系統(tǒng)有必要在場地條件下實(shí)施，那么激光導(dǎo)航AGV系統(tǒng)這個(gè)時(shí)候就很合適。
4.2 激光導(dǎo)航AGV控制系統(tǒng)簡介
AGV進(jìn)行控制的系統(tǒng)有兩個(gè)部分，一個(gè)是地面控制，一個(gè)是車載控制。
1、地面控制系統(tǒng)
也就是地面進(jìn)行固定的裝置，主要是分配任務(wù)，調(diào)度車輛，管理交通等等。
2、車載控制系統(tǒng)
也就是車載移動(dòng)部分，收到上位系統(tǒng)的命令，那么AGV進(jìn)行引導(dǎo)，選擇路徑，小車行駛，進(jìn)行裝卸等等。
AGV車載控制系統(tǒng)采用是最新研發(fā)出來的，車載控制系統(tǒng)可以對AGV單車的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，用無線網(wǎng)還有AGV管理監(jiān)控計(jì)算機(jī)對型芯進(jìn)行互通，讓AGV管理監(jiān)控將調(diào)度的命令發(fā)出來，反饋AGV車子的狀態(tài)。AGV車載控制系統(tǒng)的核心部件采用Danaher Motion公司最新的NDC8 2.0版控制部件，所有零件都是從瑞典買回來的。
（1）AGV車載控制器VMC500
AGV車載控制VMC500系統(tǒng)主要對它進(jìn)行引導(dǎo)，確定路徑，小車行駛等。
最新的NDC8 2.0車載控制器VMC500，按照國際上工業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)IEC61131，對小車的數(shù)據(jù)傳送還有數(shù)據(jù)處理的時(shí)候，功能非常的強(qiáng)大。
在這個(gè)里面，對于車載控制系統(tǒng)核心來說車載控制器是它的關(guān)鍵，要完成下面幾點(diǎn)：
有命令從車載操作面板上發(fā)出來的時(shí)候，確定AGV的路徑；
處理導(dǎo)航的信息，處理導(dǎo)引的信息；
使用者定義的這些可以進(jìn)行編制程序的邏輯控制，比方說處理模擬信號(hào)，處理數(shù)字信號(hào)，操作裝卸貨等等；
車載或遠(yuǎn)程的設(shè)備通過通訊進(jìn)行AGV的狀態(tài)和有關(guān)事件的監(jiān)控和報(bào)告；
（2）激光導(dǎo)航掃描器Laser Scanner
激光掃描器主要是用來對激光的光束進(jìn)行發(fā)射還有接收的，將AGV小車到反射板的地區(qū)算出來。要是檢測到了方位之后，把這個(gè)信息發(fā)送到車載控制器里面。還有，掃描器還要對自身的狀態(tài)進(jìn)行檢測，所有檢測到的不對的，都傳送給車載控制器。
工作的原理是，在掃描器工作的時(shí)候，激光通過旋轉(zhuǎn)鏡面向外面進(jìn)行發(fā)射，在對反光板掃描了之后，數(shù)據(jù)采集程序就開始了，對旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的編碼器的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。
結(jié)論
論文到這里基本上就是快寫好了，剛剛開始準(zhǔn)備寫論文的時(shí)候，我簡單的認(rèn)為寫論文只是做一個(gè)簡單的總結(jié)，然后再加上進(jìn)行一些計(jì)算就好了。不過，真的把論文都寫好之后，我才覺得哪有這么簡單的事情，寫論文是一個(gè)非常系統(tǒng)，非常復(fù)雜的工作，不光要對我自己學(xué)的知識(shí)進(jìn)行運(yùn)用，還要到課外去查找資料，之后將理論跟實(shí)踐結(jié)合起來。
當(dāng)然在設(shè)計(jì)和計(jì)算的時(shí)候也碰到了難點(diǎn)，通過對問題的探索研究，最后也圓滿解決了，我深知設(shè)計(jì)各個(gè)階段的重要性和嚴(yán)謹(jǐn)性，達(dá)到了此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的。
經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，尤其是物流、汽車交通、機(jī)械電子等等這些行業(yè)，本次設(shè)計(jì)的課題將會(huì)運(yùn)用得更加廣泛。相信這次設(shè)計(jì)獲得的經(jīng)驗(yàn)和處理問題的能力將會(huì)對日后的學(xué)習(xí)和工作都會(huì)有幫助。
致謝
在寫論文的這段時(shí)間里面，老師和同學(xué)們都幫了我很多，我尤其要謝謝我的論文指導(dǎo)老師，每一個(gè)禮拜，老師都會(huì)抽空來檢查我們的論文進(jìn)展，這個(gè)時(shí)候有什么問題向老師提出來，老師都會(huì)及時(shí)的幫我們解決，并且還會(huì)將我們論文中設(shè)計(jì)不合理的地方指出來，這樣論文也就寫出來了。感謝老師對我的幫助，也感謝我的同學(xué)對我的幫助。馬上就要分別，祝大家工作順利。
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