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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
題目 AGV車轉(zhuǎn)向總承設(shè)計(jì)
學(xué)院名稱 機(jī)械與汽車工程學(xué)院
專業(yè)班級(jí) 機(jī)械08-4
學(xué)生姓名
導(dǎo)師姓名
2012年 6月 8日
AGV車轉(zhuǎn)向總承設(shè)計(jì)
作 者 姓 名 孫昌榮
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師姓名 范維華
專業(yè)技術(shù)職務(wù) 高級(jí)實(shí)驗(yàn)師
目 錄
摘 要 ……………………………………………………….5
第一章 緒論…………………………………………7
1.1概述…………………………………………………………7
1.2發(fā)展趨勢(shì)及發(fā)展前景………………………………………7
1.3AGV系統(tǒng)的構(gòu)成與AGV的結(jié)構(gòu)…………………………….8
1.3.1AGV系統(tǒng)的構(gòu)成………………………………………….8
1.3.2AGV的結(jié)構(gòu)……………………………………………….9
第二章 設(shè)計(jì)任務(wù)……………………………………11
2.1設(shè)計(jì)題目：AGV小車的轉(zhuǎn)向總承設(shè)計(jì)…………………….11
2.2設(shè)計(jì)背景：………………………………………………….11
2.2.1題目簡(jiǎn)述………………………………………………….11
2.2.2使用狀況………………………………………………….11
2.2.3生產(chǎn)狀況………………………………………………….11
2.3設(shè)計(jì)參數(shù)..………………………………………………….11
2.4設(shè)計(jì)任務(wù)..………………………………………………….11
第三章 AGV機(jī)械結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)………12
3.1AGV機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)..……………………………………….13
3.1.1車體尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………….13
3.1.2驅(qū)動(dòng)方式選擇…………………………………………….13
3.2驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)部件的選擇與校核……………………………….14
3.2.1電機(jī)的選擇與聯(lián)軸器的選用…………………………….14
3.2.2AGV行駛阻力的計(jì)算………………………………………14
3.3主減速比的選擇…………………………………………….16
3.4蝸桿蝸輪的設(shè)計(jì)…………………………………………….17
3.5渦輪軸的設(shè)計(jì)……………………………………………….20
3.6后輪軸的設(shè)計(jì)……………………………………………….22
3.7蝸桿軸的設(shè)計(jì)……………………………………………….24
3.8車輪支架的設(shè)計(jì)…………………………………………….25
第四章 總結(jié)………………………………………….27
致謝……………………………………………………………….28
參考文獻(xiàn)………………………………………………………….29
摘要
AGV全稱自動(dòng)導(dǎo)引小車（Automatic Guided Vehiele），它是在計(jì)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(wú)人駕駛自動(dòng)小車，伺服驅(qū)動(dòng)。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(dòng)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(cāng)儲(chǔ)業(yè)、汽車、造紙等行業(yè)。隨著AGV小車的發(fā)展，努力設(shè)計(jì)一個(gè)更為合理簡(jiǎn)便的操作方式的AGV小車，來(lái)適用于更多的領(lǐng)域，AGV得到進(jìn)一步的推廣。
AGV是以微控制器為控制核心、蓄電池為動(dòng)力、裝有非接觸導(dǎo)引裝置的無(wú)人駕駛自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)載車，其自動(dòng)作業(yè)的基本功能是導(dǎo)向行駛、認(rèn)址停準(zhǔn)和移交載荷。作為當(dāng)代物流處理自動(dòng)化的有效手段和柔性制造系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，AGV已經(jīng)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，對(duì)AGV的研究也具有十分重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。
本文介紹了AGV在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用情況，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題要求，運(yùn)用了最為簡(jiǎn)單的構(gòu)造模式，前輪由伺服電機(jī)、蝸桿渦輪傳動(dòng)，后輪則采用萬(wàn)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)。本文主要進(jìn)行小車的機(jī)械部分設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞: AGV 連桿機(jī)構(gòu) 輪系結(jié)構(gòu)
ABSTRACT
AGV full automatic guided vehicle ( Automatic Guided Vehiele ), which is under the control of a computer, magnetic or laser guiding device guides and along the programmed path running finish homework unmanned automatic vehicle, servo drive. It is a modern manufacturing industry, modern logistics to provide a highly flexible and automated means of transport.
The AGV dolly is widely used in manufacturing, logistics warehousing, automotive, paper and other industries. With the development of AGV dolly, an effort to design a more reasonable and simple operation of the AGV car, to apply in more fields, AGV further promotion.
AGV is based on micro controller as control core, battery power, a non contact guidance device of unmanned automatic guided vehicle, the automatic operation is the basic function of guiding, recognizing the address to stop and over load. As the valid measure of contemporary logistics processingautomation and the key equipment of flexible manufacture system, AGV has got more and more extensive application, research on AGV has very important theory significance and the practical significance.
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, using the most simple structure pattern by the servo motor, front wheel, rear wheel turbine worm driving, the universal wheel. The main car mechanical part design.
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Key words: AGV; Connecting rod mechanism; train structure
第一章 緒論
1.1 概述
AGV(Automatic Guided Vehicle)——自動(dòng)導(dǎo)引車是上世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的智能搬運(yùn)型機(jī)器人。AGV是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化物流系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，它是以電池為動(dòng)力，裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)航裝置，能夠獨(dú)立自動(dòng)尋址，并通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制，完成無(wú)人駕駛及作業(yè)的設(shè)備。自從1913年美國(guó)福特汽車公司使用有軌底盤裝配車，1954年英國(guó)采用地下埋線電磁感應(yīng)導(dǎo)向車以來(lái)，到九十年代全世界擁有AGV(Automated Guided Vehicles)10萬(wàn)臺(tái)以上。近年來(lái)，自動(dòng)化技術(shù)呈現(xiàn)加速發(fā)展的趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)和自動(dòng)化柔性裝配線進(jìn)入發(fā)展與普及階段。其中，在自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)與生產(chǎn)車間之間，各工位之間，各段輸送線之間，AGV起了無(wú)可替代的重要作用，與傳統(tǒng)的傳送輥道或傳送帶相比，AGV輸送路線具有施工簡(jiǎn)單、路徑靈活，不占用空間、較好的移動(dòng)性、柔性等優(yōu)點(diǎn)。
1.2發(fā)展趨勢(shì)及發(fā)展前景
1913年，美國(guó)福特汽車公司使用有軌底盤裝配車。1953年，美國(guó)Barrett Electric制造了世界上第一臺(tái)采用埋線電磁感應(yīng)式的跟蹤路徑自動(dòng)導(dǎo)向車，也被稱作“無(wú)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(guó)用于自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)和柔性裝配系統(tǒng)的物料運(yùn)輸。從80年代初開(kāi)始，新的導(dǎo)向方式和技術(shù)得到更廣泛研究和開(kāi)發(fā)。90年代以來(lái)，AGV從僅由大公司應(yīng)用，正向小公司單臺(tái)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(jī)式移載、升降臺(tái)式移載、機(jī)械手式移載等.
AGV是伴隨著柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)而產(chǎn)生并發(fā)展起來(lái)的。日本人認(rèn)為1981年是柔性加工系統(tǒng)元年，這樣計(jì)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(guó)通用公司開(kāi)始使用AGV，1985年AGV保有量500臺(tái)，1987年AGV保有量3000臺(tái)。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(shuō)AGV在其他行業(yè)也有廣泛的應(yīng)用。
目前國(guó)內(nèi)總體看AGV的應(yīng)用剛剛開(kāi)始，相當(dāng)于國(guó)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，它常用于工廠,汽車工業(yè)，飛機(jī)制造業(yè)，家用電器行業(yè)，煙草行業(yè)，機(jī)械加工，倉(cāng)庫(kù)，郵電部門,地下采礦廠中進(jìn)行材料運(yùn)輸,也用于海洋和太空探索等。這說(shuō)明AGV有一個(gè)潛在的廣闊市場(chǎng)。
AGV從技術(shù)的發(fā)展看，主要是從國(guó)家線路向可調(diào)整線路；從簡(jiǎn)單車載單元控制向復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制；從原始的段點(diǎn)定期通訊到先進(jìn)的實(shí)時(shí)通訊等方向發(fā)展；從落后的現(xiàn)場(chǎng)控制到先進(jìn)的遠(yuǎn)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(jī)械制造、加工、裝配生產(chǎn)線向廣泛的各行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)，物料搬運(yùn)，物品倉(cāng)儲(chǔ)，商品配送等行業(yè)發(fā)展。自動(dòng)導(dǎo)航車開(kāi)發(fā)的一個(gè)主要領(lǐng)域是導(dǎo)航和控制,導(dǎo)航的本質(zhì)就是避免迷路和與障礙物相撞成功的到達(dá)目的地.所以,自動(dòng)導(dǎo)引小車具有很大的發(fā)展前景.
1．3AGV系統(tǒng)的構(gòu)成與AGV的結(jié)構(gòu)
1.3.1 AGV系統(tǒng)的構(gòu)成
AGV一般采用輪式驅(qū)動(dòng)，具有電動(dòng)車的特征。AGV小車能在地面控制系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度下，自動(dòng)搬運(yùn)貨物，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的物料傳送。因其具有靈活性、智能化等特點(diǎn)，能夠方便地重組系統(tǒng)，達(dá)到生產(chǎn)過(guò)程中的柔性化運(yùn)輸之目的。較之傳統(tǒng)的人工或半人工的物料輸送方式，AGV系統(tǒng)大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度和危險(xiǎn)性，提高了工作效率，在機(jī)械、電子、紡織、卷煙、醫(yī)療、食品、造紙等行業(yè)都可以發(fā)揮作用。國(guó)外的AGV系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)用水平都比較高，應(yīng)用范圍也很廣泛。國(guó)內(nèi)的應(yīng)用相對(duì)少一些，但是在各方面的共同努力下，國(guó)內(nèi)的AGV系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平和應(yīng)用水平正在接近或趕超國(guó)際先進(jìn)水平。
AGV系統(tǒng)由控制臺(tái)、通訊系統(tǒng)、地面導(dǎo)航系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、AGV和地面移載設(shè)備組成，如圖1-1所示。
地面移
栽設(shè)備
待命站
充電系統(tǒng)
路徑
AGV
圖1-1 AGV系統(tǒng)示意圖
其中主控計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)AGV系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的聯(lián)系與管理，它根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的物料需求狀況向控制臺(tái)下達(dá)AGV的輸送任務(wù)。在AGV電池容量降到預(yù)定值后，充電系統(tǒng)給AGV自動(dòng)充電。地面移載設(shè)備一般采用滾道輸送機(jī)、鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)等將物料從自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)或工作現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)移載到AGV上，反之也可以將物料從AGV上移載下來(lái)并輸送到目的地。AGV、充電系統(tǒng)、地面移載設(shè)備等都可以根據(jù)實(shí)際需要及工作場(chǎng)地任意布置，這也體現(xiàn)了AGV在自動(dòng)化物流中的柔性特點(diǎn)。
1.3.2 AGV的結(jié)構(gòu)
AGV由車載控制系統(tǒng)、車體系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、移載系統(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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、操作面板及電機(jī)驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可采用PLC、單片機(jī)及工控機(jī)等。導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)導(dǎo)航方式不同可分為電磁導(dǎo)航、磁條導(dǎo)航、激光導(dǎo)航和慣性導(dǎo)航等不同形式.通過(guò)導(dǎo)航系統(tǒng)能使AGV確定其自身位置，并能沿正確的路徑行走。通訊系統(tǒng)是AGV和控制臺(tái)之間交換信息和命令的橋梁，由于無(wú)線電通訊具有不受障礙物阻擋的特點(diǎn)，一般在控制臺(tái)和AGV之間采用無(wú)線電通訊，而在AGV和移載設(shè)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(diào)試時(shí)輸入指令，并顯示有關(guān)信息，通過(guò)RS232接口和計(jì)算機(jī)相連接。AGV上的能源為蓄電池，所以AGV的動(dòng)作執(zhí)行元件一般采用直流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和直流伺服電機(jī)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(dòng)車輛的結(jié)構(gòu)特征。
（3）行走系統(tǒng)
它一般由驅(qū)動(dòng)輪、從動(dòng)輪和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)組成.形式有三輪、四輪、六輪及多輪等，三輪結(jié)構(gòu)一般采用前輪轉(zhuǎn)向和驅(qū)動(dòng)，四輪或六輪一般采用雙輪驅(qū)動(dòng)、差速轉(zhuǎn)向或獨(dú)立轉(zhuǎn)向方式。
（4）移載系統(tǒng)
它是用來(lái)完成作業(yè)任務(wù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在不同的任務(wù)和場(chǎng)地環(huán)境下，可以選用不同的移載系統(tǒng)，常用的有滾道式、叉車式、機(jī)械手式等。
（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(guò)AGV工作路線時(shí)出現(xiàn)碰撞，AGV一般都帶有障礙物探測(cè)及避撞、警音、警視、緊急停止等裝置。另外，還有自動(dòng)充電等輔助裝置。
（6）控制臺(tái)
控制臺(tái)可以采用普通的IBM-PC機(jī)，如條件惡劣時(shí)，也可采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，控制臺(tái)通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接受主控計(jì)算機(jī)下達(dá)的AGV輸送任務(wù)，通過(guò)無(wú)線通訊系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集各AGV的狀態(tài)信息。根據(jù)需求情況和當(dāng)前各AGV運(yùn)行情況，將調(diào)度命令傳遞給選定的AGV。AGV完成一次運(yùn)輸任務(wù)后在待命站等待下次任務(wù)。如何高效地、快速地進(jìn)行多任務(wù)和多AGV的調(diào)度，以及復(fù)雜地形的避碰等一系列問(wèn)題都需要軟件來(lái)完成。由于整個(gè)系統(tǒng)中各種智能設(shè)備都有各自的屬性，因此用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的C++語(yǔ)言來(lái)編程是一個(gè)很好的選擇。在編程時(shí)要注意的是AGV系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性較強(qiáng)，為了加快控制臺(tái)和AGV之間的無(wú)線通訊以及在此基礎(chǔ)上的AGV調(diào)度，編程中最好采用多線程的模式，使通訊和調(diào)度等各功能模塊互不影響，加快系統(tǒng)速度。
（7）通訊系統(tǒng)
通訊系統(tǒng)一方面接受監(jiān)控系統(tǒng)的命令，及時(shí)、準(zhǔn)確地傳送給其它各相應(yīng)的子系統(tǒng)，完成監(jiān)控系統(tǒng)所指定的動(dòng)作:另一方面又接收各子系統(tǒng)的反饋信息，回送給監(jiān)控系統(tǒng)，作為監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)調(diào)、管理、控制的依據(jù)。
由于AGV位置不固定，且整個(gè)系統(tǒng)中設(shè)備較多，控制臺(tái)和AGV間的通訊最適宜用無(wú)線通訊的方式?？刂婆_(tái)和各AGV就組成了一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線局域網(wǎng)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要注意兩個(gè)問(wèn)題:
①無(wú)線電的調(diào)制問(wèn)題
無(wú)線電通訊中，信號(hào)調(diào)制可以用調(diào)幅和調(diào)頻兩種方式。在系統(tǒng)的工作環(huán)境中，電磁干擾較嚴(yán)重，調(diào)幅方式的信號(hào)頻率范圍大，易受干擾，而調(diào)頻信號(hào)頻率范圍很窄，很難受干擾，所以應(yīng)優(yōu)先考慮調(diào)頻方式。而且調(diào)幅方式的波特率比較低，一般都小于3200Kbit/s，調(diào)頻的波特率可以達(dá)到9600K bit/s以上。
②通訊協(xié)議問(wèn)題
在通訊中，通訊的協(xié)議是一個(gè)重要問(wèn)題。協(xié)議的制定要遵從既簡(jiǎn)潔又可靠的原則。簡(jiǎn)潔有效的協(xié)議可以減少控制器處理信號(hào)的時(shí)間，提高系統(tǒng)運(yùn)行速度。
（8）導(dǎo)航系統(tǒng)
第二章 設(shè)計(jì)任務(wù)
2.1設(shè)計(jì)題目：AGV小車的轉(zhuǎn)向總承設(shè)計(jì)
2.2設(shè)計(jì)背景：
2.2.1題目簡(jiǎn)述：
隨著工廠自動(dòng)化程度的提高，AGV小車越來(lái)越受到人們的青睞，它本身的自動(dòng)化集成度相當(dāng)高，只需要人們輸入相關(guān)的指令，小車便可按著預(yù)定的指令行走，并且電源的充電過(guò)程都可以自動(dòng)的完成。
國(guó)內(nèi)外制作設(shè)計(jì)的AGV小車的類型有很多，可用于不同的場(chǎng)合，針對(duì)不同的場(chǎng)合，設(shè)計(jì)出不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，本文所做的小車完全應(yīng)用于工廠車間的物料搬運(yùn)，工作環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，所以設(shè)計(jì)用蝸桿渦輪進(jìn)行傳動(dòng)。由渦輪帶動(dòng)前輪驅(qū)動(dòng)，后輪是萬(wàn)向輪，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)向。
2.2.2使用狀況：
室內(nèi)工作；動(dòng)力源為直流電90V伺服電機(jī),電機(jī)雙向轉(zhuǎn)動(dòng)，載荷較平穩(wěn)；使用期限為五年，每年工作200天，每天工作2小時(shí)；檢修期為三年大修。
2.2.3生產(chǎn)狀況：
專業(yè)機(jī)械廠制造。
2.3 設(shè)計(jì)參數(shù)
AGV小車的長(zhǎng)度：800mm
AGV小車的寬度：500mm
AGV小車的行駛速度：110mm/s。
2.4 設(shè)計(jì)任務(wù)：
設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，包括動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，畫(huà)出總體機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
選取電機(jī)，計(jì)算電機(jī)所需功率。
設(shè)計(jì)總體傳動(dòng)方案
設(shè)計(jì)主要傳動(dòng)裝置，完成總體裝配圖（A0）。
設(shè)計(jì)主要零件，完成零件圖。
編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
第三章 AGV機(jī)械結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1 AGV機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
AGV小車結(jié)構(gòu)示意圖3-1。小車采用兩前輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)差速轉(zhuǎn)向，兩后輪為萬(wàn)向輪的四輪結(jié)構(gòu)形式。伺服電機(jī)經(jīng)減速器后通過(guò)驅(qū)動(dòng)輪提供驅(qū)動(dòng)力，當(dāng)兩輪運(yùn)動(dòng)速度不同時(shí)就可以實(shí)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(jī)，7-車架，8-伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，9-伺服電機(jī)
圖3-1 AGV結(jié)構(gòu)示意圖
1、車架
車架是整個(gè)AGV小車的機(jī)體部分，主要用于安裝輪子、光感應(yīng)器、步進(jìn)電機(jī)和減速器。車架上面安裝步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、PCD板和電瓶。對(duì)于車架的設(shè)計(jì)，要有足夠的強(qiáng)度和硬度要求，故車架材料選用鑄造鋁合金，牌號(hào)為6061。其中6061質(zhì)量比較輕，焊接性好。
2、車輪
車輪采用實(shí)心橡膠輪胎。車體前面兩主動(dòng)輪為固定式驅(qū)動(dòng)輪，與輪轂式電機(jī)相連。后面兩個(gè)隨動(dòng)輪為旋轉(zhuǎn)式隨動(dòng)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(yùn)輸箱體類零件到指定工位。主要用來(lái)裝載箱體類零件，運(yùn)送物料等。
3.1.1 車體尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
車體框架是裝配AGV其他零部件的主要支撐裝置，是運(yùn)動(dòng)中的主要部件之一，主要分為主框架和副框架兩個(gè)部分。主框架為立體型框架結(jié)構(gòu)，用于安裝各種控制和通訊設(shè)備。副框架則安裝輪子、各種傳感器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，主框架和副框架用可拆卸聯(lián)接，便于安裝和拆卸，總的來(lái)說(shuō)AGV車架相當(dāng)于汽車底盤，是AGV機(jī)械部分的關(guān)鍵。車架設(shè)計(jì)及工藝的合理性直接影響AGV的定位精度，
根據(jù)以上所述要求，并能更好地滿足實(shí)際任務(wù)的需要，AGV整體尺寸設(shè)計(jì)為0.8×0.5×0.6 m(長(zhǎng)×寬×高)。除AGV車體以外的其他輔助系統(tǒng)的安裝直接影響著小車的驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向。AGV車體重心越低，越有利于抗傾翻。如圖3-4為車體實(shí)物外型。
圖3-4 小車車體實(shí)物外型
3.1.2 驅(qū)動(dòng)方式的選擇
AGV驅(qū)動(dòng)的方式大致可分成兩種，一種為兩臺(tái)電機(jī)各置于左、右兩邊，利用兩臺(tái)電機(jī)的動(dòng)作與兩輪差速的方式達(dá)到左右轉(zhuǎn)，前進(jìn)或停止，即差速型。另一種方式則類似汽車的轉(zhuǎn)向及傳動(dòng)方式，即前輪為轉(zhuǎn)向輪，后輪為驅(qū)動(dòng)輪，稱為舵輪型。前輪利用電機(jī)控制連接前輪的連桿，帶動(dòng)前輪左、右轉(zhuǎn)向，而后輪直接利用步進(jìn)電機(jī)與減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)承載車前進(jìn)
或停止。
圖3-5差速型轉(zhuǎn)間流程圖
這兩種傳動(dòng)方式有不同的控制流程，第一種利用兩個(gè)左、右電機(jī)差速轉(zhuǎn)彎，因此控制流程圖如圖3-5所示。經(jīng)由傳感器感應(yīng)地面軌道回傳轉(zhuǎn)向訊號(hào)后，馬上經(jīng)由控制系統(tǒng)判斷轉(zhuǎn)向位置，當(dāng)位置正確時(shí)承載車則繼續(xù)前進(jìn)，反之，電機(jī)即會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)向直到傳感器與地面軌道子系統(tǒng)回傳直行訊號(hào)。此種傳動(dòng)方式當(dāng)承載重量過(guò)大時(shí)，可能會(huì)因電機(jī)扭力不足無(wú)法動(dòng)作。而第二種則類似汽車轉(zhuǎn)向及傳動(dòng)方式，。本課題中我們所選的驅(qū)動(dòng)移載機(jī)構(gòu)就為差速型，即小車的后面兩輪為萬(wàn)向輪，而前面兩輪分別由兩個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制．
3. 2驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)部件的選擇與校核
AGV的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)電源、直流電動(dòng)機(jī)和減速器組成。電動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)及咸速器的規(guī)格型號(hào)的確定直接決定整車的動(dòng)力性，即車輛的運(yùn)動(dòng)速度和驅(qū)動(dòng)力直接決定整車的動(dòng)力性，即車輛的運(yùn)動(dòng)速度和驅(qū)動(dòng)力。
3.2.1電機(jī)的選擇及聯(lián)軸器的選用
伺服電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移或直線運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由環(huán)形分配器、功率驅(qū)動(dòng)裝置、步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成一個(gè)開(kāi)環(huán)的定位運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)接受一個(gè)電脈沖信號(hào)時(shí)，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸將轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度或移動(dòng)一定的直線距離，電脈沖輸入越多，電機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度或直線位移就越多;同時(shí)，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(méi)有積累誤差，常用于開(kāi)環(huán)控制。步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)由控制器、驅(qū)動(dòng)器及步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成，它們?nèi)咧g是相互配套的。
自動(dòng)引導(dǎo)車是電動(dòng)車的一種，而電機(jī)是電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)源，出于直流電機(jī)本身具有控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，調(diào)速方便，不需逆變裝置等優(yōu)點(diǎn)，并且本課題設(shè)計(jì)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(jī)作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力源 。
我們?cè)O(shè)計(jì)的AGV原理樣車載重總質(zhì)量為75kg，最高時(shí)速設(shè)定為1.11m/s，正常運(yùn)行時(shí)速設(shè)定為0.28～0.83m/s 。
初步選擇電機(jī)的種類為直流伺服電機(jī)，型號(hào)為130SZD，相關(guān)的參數(shù)如表3-1所示。
表3-1電機(jī)相關(guān)參數(shù)表
參數(shù)名稱
相關(guān)數(shù)據(jù)
額定轉(zhuǎn)矩
3.3N?m
額定轉(zhuǎn)速
3000r/min
額定功率
l.lkw
額定電壓
90v
額定電流
15A
峰值轉(zhuǎn)矩
88N?m
機(jī)電時(shí)間常數(shù)
2.13ms
重量
14kg
電機(jī)的型號(hào)確定下來(lái)，緊接著選擇聯(lián)軸器，由于電機(jī)伸出端的最小軸的直徑為14mm，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩相對(duì)來(lái)說(shuō)不算太大，我們選擇套筒式聯(lián)軸器，該聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，徑向尺寸小，能用于連接兩直徑相同的軸身，其尺寸與電機(jī)，與蝸桿軸的尺寸匹配。
圖3-2
3.2.2 AGV行駛阻力的計(jì)算
AGV在水平道路上等速行駛時(shí)必須克服來(lái)自地而的滾動(dòng)阻力和來(lái)自空氣的空氣阻力。滾動(dòng)阻力以符號(hào)Ff表示， AGV加速行駛需要克服的阻力稱為加速阻力，以符號(hào)Fj表示。因此車輛行駛的總阻力為:
(1)AGV的滾動(dòng)阻力的計(jì)算
式中: μ—滾動(dòng)阻力系數(shù)，
考慮到AGV在工廠運(yùn)行，路而一般為瀝青或混凝土路面，參考有關(guān)數(shù)據(jù)
可知，μ=0.018～0.020，實(shí)際取μ＝0.0196，設(shè)計(jì)其總質(zhì)量為m=75kg，代
入公式(3.2)得滾動(dòng)阻力為:
(2)加速阻力的計(jì)算
設(shè)AGV從原地起步經(jīng)過(guò)的位移S=lm時(shí)，其車速達(dá)到Vt＝1.Om/s
則AGV的加速度為:
故加速阻力為:
AGV總的運(yùn)動(dòng)阻力為:
3.3 主減速比的選擇
(1)滿足驅(qū)動(dòng)能力時(shí)的主減速比計(jì)算
原理樣車采用了半徑為0.08m的驅(qū)動(dòng)輪。總的運(yùn)動(dòng)阻力為 ΣF=51.9N．
則總的運(yùn)動(dòng)阻力矩為:
電機(jī)的轉(zhuǎn)矩為3.3Nm，原理樣車采用兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)
力矩即為:
為滿足AGV正常行駛，應(yīng)保證最小主減速比imin為:
(2)考慮保證運(yùn)動(dòng)速度時(shí)的主減速比計(jì)算
車輪半徑R=0.125m，要求的最高運(yùn)動(dòng)速度為 Vmax=1.11m/s，則車輪的轉(zhuǎn)
速應(yīng)為:
已知電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 n=3000r/min，最大主減速比為:
基于以上參數(shù)，確定主減速比的選擇范圍為:
即：
根據(jù)此運(yùn)算結(jié)果，本課題選用蝸桿渦輪減速器且is=50
(3)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)速度的校核
知道了主減速比后，我們就可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)速度的校核，確保車輛有足夠
驅(qū)動(dòng)力的同時(shí)也要有較高的工作速度。如前所述車輪半徑R=0.08m，電機(jī)轉(zhuǎn)
速n＝3000r/min，主減速比is=50，則:
雖然1.12m/s大于預(yù)期設(shè)定的速度值,但我們可以控制小車低速行駛，故可以選用該電機(jī)。
(4)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)能力的校核
車輪半徑R=0.08m，扭矩MD=1.65Nm，主減速比 is=50，則車輪的驅(qū)動(dòng)力矩為:
由于 ，所以能保證車輛的正常起動(dòng)，并有一定的驅(qū)動(dòng)力儲(chǔ)備。
(5)啟動(dòng)時(shí)加速度的校核
啟動(dòng)時(shí)的驅(qū)動(dòng)阻力為: Ff= 51.9N。電機(jī)到車輪所發(fā)出的驅(qū)動(dòng)力為:
則加速度為:
高于最初預(yù)計(jì)的加速度，這說(shuō)明設(shè)計(jì)完全能夠達(dá)到預(yù)期的加速能力。
經(jīng)過(guò)上述計(jì)算和校核，確定電機(jī)的型號(hào)為130SZD， is=50，車輪半徑為0.08m，從而可以構(gòu)建原理樣車的行車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
3.4蝸桿蝸輪的設(shè)計(jì)
1.選擇蝸桿的傳動(dòng)類型
根據(jù)GB/T 10085-1988的推薦，采用漸開(kāi)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.蝸桿轉(zhuǎn)速為3000 r/min，取傳動(dòng)比為50，則渦輪的轉(zhuǎn)速為60r/min
4.取Z=1，，則
5. 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)
根據(jù)開(kāi)式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。蝸輪輪齒因彎曲強(qiáng)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(kāi)式傳動(dòng)中。
彎曲疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)的公式為
蝸輪使用環(huán)境：平穩(wěn)
蝸輪載荷分布情況：平穩(wěn)載荷
蝸輪使用系數(shù)Ka：1
蝸輪動(dòng)載系數(shù)Kv：1
蝸輪動(dòng)載系數(shù)Kv：1
導(dǎo)程角系數(shù)Yβ：0.957
疲勞接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)SHmin；1.1
轉(zhuǎn)速系數(shù)Zn：0.765
壽命系數(shù)Zh；1.13
材料彈性系數(shù)Ze：147N^0.5/mm
蝸輪材料接觸疲勞極限應(yīng)力σHlim：425N/mm^2
蝸輪材料許用接觸應(yīng)力[σH]：334.235N/mm^2
蝸輪材料彎曲疲勞極限應(yīng)力σFlim：190N/mm^2
蝸輪材料許用彎曲應(yīng)力[σF]：158.333N/mm^2
彎曲疲勞強(qiáng)度最小安全系數(shù)SFmin；1.2
6.渦輪材料強(qiáng)度計(jì)算
蝸輪軸轉(zhuǎn)矩T2:119.375N.m
蝸輪軸接觸強(qiáng)度要求:m^2d1≥115.407mm^3
模數(shù)m:2mm
蝸桿分度圓直徑d1:22.4mm
7.渦輪材料強(qiáng)度校核
蝸輪使用環(huán)境：平穩(wěn)
蝸輪載荷分布情況：平穩(wěn)載荷
蝸輪使用系數(shù)Ka：1
蝸輪動(dòng)載系數(shù)Kv：1
蝸輪動(dòng)載系數(shù)Kv：1
導(dǎo)程角系數(shù)Yβ：0.957
蝸輪齒面接觸強(qiáng)度σH:329.014N/mm^2，通過(guò)接觸強(qiáng)度驗(yàn)算！
蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度σF:72.385N/mm^2，通過(guò)彎曲強(qiáng)度計(jì)算！
8尺寸計(jì)算結(jié)果
實(shí)際中心距a：63mm
齒根高系數(shù)ha*:1
齒根高系數(shù)c*:0.2
蝸桿分度圓直徑d1：22.4mm
蝸桿齒頂圓直徑da1：26.4mm
蝸桿齒根圓直徑df1：17.6mm
蝸輪分度圓直徑d2：100mm
蝸輪變位系數(shù)x2：0.9
法面模數(shù)mn：1.992mm
蝸輪喉圓直徑da2：107.6mm
蝸輪齒根圓直徑df2：98.8mm
蝸輪齒頂圓弧半徑Ra2：9.2mm
蝸輪齒根圓弧半徑Rf2：13.6mm
蝸輪頂圓直徑de2：111.6mm
蝸桿導(dǎo)程角γ：5.102°
軸向齒形角αx：20.073°
法向齒形角αn：20°
蝸桿軸向齒厚sx1：3.142mm
蝸桿法向齒厚sn1：3.129mm
蝸桿分度圓齒厚s2：4.452mm
蝸桿螺紋長(zhǎng)b1≥：28mm
蝸輪齒寬b2≤：19.8mm
齒面滑動(dòng)速度vs：3.533m/s
渦輪畫(huà)法如下圖所示：
圖3-4渦輪零件圖
3.5蝸輪軸的設(shè)計(jì)
圖3-5渦輪軸零件圖
渦輪軸在工作中既承受彎矩又承受扭矩，故屬于轉(zhuǎn)軸。
1. 渦輪輪軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩為
取渦輪蝸桿傳動(dòng)的機(jī)械效率為0.7
T2=119.375N.m
3.初步確定軸的最小直徑
先按式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。取=112，于是得
25.8mm
渦輪軸上的最小直徑是安裝后輪處的最小直徑，所以取最小直徑26mm，
4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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(zhǎng)度
(1)初步選擇滾動(dòng)軸承。取深溝球軸承6206，其尺寸為d×D×T=30mm×62mm×16mm，故。
右端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。由手冊(cè)上查得6206型軸承的定位軸肩高度h=3mm,因此，取。
(2)軸用彈性擋圈為標(biāo)準(zhǔn)件。其尺寸為，故，。
(3)取安裝輪輻處的軸段Ⅵ的直徑。輪輻的寬度為27mm,為了使軸端擋圈可靠地壓緊輪輻，此軸段應(yīng)略短于輪輻的寬度，故取。
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(zhǎng)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(cè)查得平鍵截面b×h=8mm×7mm,鍵槽長(zhǎng)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1×45°，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(jiǎn)圖為2-11b)。
由靜力平衡方程求出支座A、B的支反力
三個(gè)集中力作用的截面上的彎矩分別為
由此做出軸的強(qiáng)度，彎矩，扭矩圖如下：
3.6后輪軸的設(shè)計(jì)
圖3-6
1. 后輪軸采用45#鋼
2. 軸上的裝配方案：左右各用一個(gè)軸用彈性擋圈，螺母，套筒，腹板。
3. 根據(jù)軸向定位的要求確定各段的長(zhǎng)度及直徑：
兩端初步確定軸承，選用6004深溝球軸承，其直徑為20mm，那么左右兩端與軸承配合處的軸頸為20mm，左端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位，查表知6004軸承的
定位軸肩為2.5mm，因此，右端軸頸為25mm.
取安裝輪轂處的軸頸為30mm，輪轂左端采用軸肩定位，這段軸的直徑可選為36mm，這段軸長(zhǎng)定位5mm，右端采用圓螺母定位，軸的直徑選為24mm，與輪轂配合處的軸長(zhǎng)定位32mm，與其能更好的壓緊輪。
4.軸的周向定位：左右輪輻與軸采用鍵進(jìn)行定位，選擇平鍵b×h=8×7，長(zhǎng)度大約定在28mm。
5.做出軸的彎矩及扭矩圖，并作強(qiáng)度校核：
，，
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩的截面強(qiáng)度。最大負(fù)彎矩在截面C上，。
因此強(qiáng)度滿足。
3.7蝸桿軸的設(shè)計(jì)
左端與電機(jī)相連，所以，左端的軸的直徑選用與電機(jī)伸出端相匹配，定位14mm，長(zhǎng)度定位26.73mm，由于，左端需要安裝聯(lián)軸器，所以右端采用軸肩定位，選用16.5mm的軸，蝸桿部分的設(shè)計(jì)，根據(jù)先前制定的渦輪，按照相關(guān)尺寸做出即可，蝸桿左右兩端的軸段是安裝軸承用的，選用6003號(hào)軸承，與其配套的軸的直徑選為17mm，其余各軸段的長(zhǎng)度大體自定，另外對(duì)于該軸進(jìn)行必要的熱處理。
3.8車輪支架的設(shè)計(jì)
圖3-8
車輪的支架是車輪與底板連接的重要部件，車架是整個(gè)AGV小車的機(jī)體部分，對(duì)于車架的設(shè)計(jì)，要有足夠的強(qiáng)度和硬度要求，故車架材料選用鑄造鋁合金，牌號(hào)為6061。其中6061質(zhì)量比較輕，焊接性好。
第四章 總結(jié)
本文對(duì)AGV小車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)的論述。并結(jié)合機(jī)械部分的設(shè)計(jì)，自制了一輛兩前輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)、差速轉(zhuǎn)向的小車，本文主要完成了以下幾方面的工作:
(1)小車的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由于設(shè)計(jì)的小車是前后輪相互獨(dú)立，前輪驅(qū)動(dòng)，后輪轉(zhuǎn)向。再此基礎(chǔ)上，進(jìn)行穩(wěn)定的運(yùn)輸。外形結(jié)構(gòu)，采取了鋁合金材料，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(dòng)引導(dǎo)小車的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
小車采用前后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的模式，前輪由電機(jī)帶動(dòng)蝸桿傳動(dòng)，給與合適的動(dòng)力源，帶動(dòng)動(dòng)整輛車運(yùn)動(dòng)。
致謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)終于結(jié)束了，我的感受是充實(shí)，十分的充實(shí)。本文的研究及設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)老師曹傳劍的關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的半年時(shí)間里，范老師在學(xué)習(xí)上給了我悉心的指導(dǎo)，使我在各方面能力都得到了很大提高。范老師嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，深邃的洞察力，高度的責(zé)任心和敬業(yè)精神，平易近人的工作作風(fēng)，一直深深地影響和激勵(lì)著我，使我在學(xué)習(xí)和生活上受益匪淺。在畢業(yè)論文完成之時(shí)，謹(jǐn)向老師表示最衷心的感謝，并致以祟高的敬意。
同時(shí)，我對(duì)給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)表示忠心的感謝，他們給我寫(xiě)作論文提供了許多優(yōu)秀的資料，并對(duì)一些問(wèn)題進(jìn)行了深入的探討，我的論文能夠順利完成，無(wú)不凝聚著他們的一份心血和汗水。
最后，要特別感謝我的家人在精神和物質(zhì)上的關(guān)心、支持和幫助，使我能夠安心致力于學(xué)業(yè)。
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