車間用電動小車結(jié)構(gòu)設計

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1、 目 錄 中文摘要………………………………………………………………………………1 英文摘要………………………………………………………………………………2 1 緒論 ………………………………………………………………………………3 1.1 概述……………………………………………………………………………3 1.2 國外研究狀況…………………………………………………………………3 1.3 國內(nèi)研究狀況…………………………………………………………………4 1.4 研究背景和意義………………………………………………………………5 1.5 本章小結(jié)………………………

2、………………………………………………8 2 車間通道小車的設計 ……………………………………………………………8 2.1 常用電動小車的結(jié)構(gòu)組成……………………………………………………8 2.2 狹窄通道車間小車的設計……………………………………………………9 2.3 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新………………………………………………………………………11 2.4 各種小車結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點的比較…………………………………………………12 2.5 本章小節(jié)………………………………………………………………………13 3 AGV小車的設計……………………………………………………………………

3、13 3.1 AGV小車的結(jié)構(gòu)組成 …………………………………………………………13 3.2 AGV小車的設計要求 …………………………………………………………15 3.3 方案確定………………………………………………………………………15 3.4 直流伺服電動機的選擇………………………………………………………16 3.5 聯(lián)軸器的設計…………………………………………………………………18 3.6 蝸桿傳動設計…………………………………………………………………19 ……………………………………………………19 …………………………………………………………

4、………19 ……………………………………………………20 …………………………………………20 ……………………………………21 ……………………………………22 ………………………………………………………………22 3.7 軸的設計………………………………………………………………………22 ……………………………………………………………22 ……………………………………………………………25 3.8 AGV控制系統(tǒng)的設計 …………………………………………………………30 ……………………………………………………………………………………………………………31 ……

5、……………………………………31 …………………………………………32 ………………………………………………………33 3.9 本章小結(jié)………………………………………………………………………34 結(jié)論……………………………………………………………………………………34 致謝……………………………………………………………………………………34 參考文獻………………………………………………………………………………35 最新 精品 Word 歡迎下載 可修改 車間用電動小車結(jié)構(gòu)設計 摘要： 目前，車間通道兩側(cè)的機器故障檢測與排除、生產(chǎn)線上的物料更換；各車間之

6、間的物料運送主要是靠人工完成，不僅工作效率低下，而且工人的安全得不到保障，不利于車間的流程化生產(chǎn)。 針對這種情況，本課題的主要任務是設計出能夠滿足車間要求的車間電動小車，參考市面上已有的電動小車設計出能夠在狹窄的車間通道靈活行走的電動小車，根據(jù)人機工程學的原理對已有的小車進行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，使工人能長時間地在車上對車間通道兩側(cè)的機器進行操作。除了通道小車，還完成了AGV小車的結(jié)構(gòu)設計，該小車主要承擔的是車間之間物料的運送，使生產(chǎn)線之間的銜接更為融洽。最終完成的工作是對設計的小車進行了Solidworks的三維建模，完成了小車的CAD裝配體圖，零件圖。 車間通道小車的運用可以減輕工人的勞動強度，提

7、高車間的工作效率。AGV小車的運用不僅減少了工人勞動量，并且由于AGV的運送具有數(shù)字化的特征，利于車間的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，減少庫存，提高車間的流動資金，提升企業(yè)的競爭力。 關鍵詞: 車間小車，AGV，控制器，行走方案，人機工程學 Abstract：Nowadays,many works such as: testing and removing machine stoppage on both sides of aisle, replacing materials on the production line and transportation of

8、 supplies among all workshops are finished mostly by manual work, which have low efficiency. What’s more, this kind of working method brings threat to workers’ safety, which will go against streamline production. In allusion to this instance, the task of this paper is to design an electric vehicle

9、which can satisfy the need of the factory. The new electric vehicle should be flexible enough to run in the narrow aisle refer to the electric models sold in the market. According to the Man-Machine Engineering, some structure innovation should be operated to the existing electric vehicles in order

10、to provide longer time for the workers to operate machines on both sides of aisle on the vehicle. Besides the designing of electric vehicle, the paper has made structure design of AGV which is responsible for transformation of supplies among all workshops and makes more convenience of production lin

11、e joint. At last, the paper has finished Solidworks 3-D modal, CAD Assembly Drawing Views and detail drawing of the electric vehicle. The electric vehicle used in the narrow aisle can lighten workers’ working strength and improve working efficiency. The use of AGV can reduce working tasks and it he

12、lps do data statistics, reduce inventories, improve circulating capital and improve enterprise competition power for its digital features. Keywords:workshop car,the AGV,controller,walking program,man-machine engineering. 1 緒論 1.1 概述 本文介紹了車間電動小車在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和應用情況，在此基礎上，結(jié)合畢業(yè)設計的課題要求，設計了不同類型的

13、車間小車以滿足車間不同的需求。其研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面: 1.針對功能一，在市場上已有的電動小車、電動輪椅、segway電動小車的基礎上進行改進，使得最終設計出來的電動小車能夠在狹窄的車間通道靈活行走，工人能夠在小車上對生產(chǎn)線上的設備進行進行監(jiān)測，及時地發(fā)現(xiàn)故障并且排除故障，能夠在小車上完成上下料工作。同時設計改進的小車應當符合人機工程學的原理，這樣使得人能夠長時間的在小車上連續(xù)工作。 2.針對功能二，設計了一款簡易的AGV小車，該小車能夠在沒有人操作的情況下自動完成導向行駛，能夠在指定的位置自動停止并完成物料的移交,能夠自動到指定的位置完成電池的充電。簡要介紹了AG

14、V車體機械結(jié)構(gòu)的設計，并根據(jù)小車的驅(qū)動方式和工作要求，對底盤、電機、蓄電池等進行了設計和選型。根據(jù)AGV系統(tǒng)的控制和工藝要求，確定了控制系統(tǒng)的總體框架結(jié)構(gòu)。對AGV小車的重要零部件進行了設計計算。 3.在總結(jié)全文的基礎上，對車間電動小車的設計和研究提出了展望。 1.2 國外研究狀況 世界上第一臺AGV是美國Basrrett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)。小車中有一個真空管組成的控制器，小車跟隨一條鋼絲索導引的路徑行駛。 60年代和70年代初，除Basrrett公司以外，Webb和Clark公司在AGV市場中也占有相當?shù)姆蓊~。在這個時

15、期，歐洲的AGV技術發(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)進行了標準化，統(tǒng)一尺寸的托盆促進了AGV的發(fā)展。歐洲的主要制造廠家有Schindler-Digitron, Wogner HJC, ACS, BT. CFC, FATA, Saxby, Denford和Blecbert等。70年代中，歐洲約裝備了520個AGV系統(tǒng)，共有4800臺小車，1985年發(fā)展到一萬臺左右，為美、歐、日之首。在機械制造行業(yè)的應用為:汽車工業(yè)(57%)，柔性制造系統(tǒng)FMS(8%)和柔性裝配系統(tǒng)FAS(4%)。 歐洲的AGV技術于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

16、。芝加哥的Keebler分發(fā)中心從歐洲引進直接由計算機控制的AGV} 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，通用汽車公司便成為AGV的最大用戶，1986年已達1407臺(包括牽引式小車、叉式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的基礎上將AGV發(fā)展到更為先進的水平。他們采用更先進的計算機控制系統(tǒng)(可聯(lián)網(wǎng)于FMS或CIMS)，運輸量更大，移載時問更短，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

17、廠于1966年由一家運輸設備供應廠與美國的Webb公司合資開設。到1988年，日本AGV制造廠已達20多家，如大福、Fanuc公司、Murata(村田)公司等。到1986年，日本己累計安裝了2312個AGV系統(tǒng)，擁有5032臺AGV。 1.3 國內(nèi)研究狀況 國內(nèi)自主研發(fā)方面：六十年代開始研究。1976年，北京起重運輸機械研究所研制的ZDB-1型自動搬運車是最早的實用型AGV。1988年，原郵電部北京郵政科學技術研究所等單位研制了郵政樞紐AGV。1991年，中科院沈陽自動化所與新松機器人自動化股份有限公司為沈陽金杯汽車公司總裝線上設計的九臺自動裝配系統(tǒng)，并于1996年獲得國家科學技術

18、進步三等獎，是當時國內(nèi)較先進的使用型AGV。1992年，天津理工學院研制了核電站用光學導引AGV。1998年昆明船舶設備公司在紅河卷煙廠研究多模式激光導引無人自動車22輛，紅河項目于2021年獲國家科學技術進步二等獎。同期天津師范大學、吉林大學、吉大易飛、北京軍區(qū)后勤部、北京機科發(fā)展公司、北京易亨集團等也進行了試驗研究。 在引進國外技術與產(chǎn)品方面：1980年，上海石化總廠為滌綸長絲作業(yè)從日本大福公司引進國內(nèi)第一套AGVS。九十年代初，華寶空調(diào)裝配線上使用了日本進口的電磁導引AGV。996年，玉溪卷煙廠首家在煙草行業(yè)引進三星的52臺AGV，這是國內(nèi)企業(yè)中使用數(shù)量最多的AGV系統(tǒng)。河北承

19、德輸送機械廠合資引進美國WEBB公司AGV技術。天津理工學院研制的TIT-1全方位視覺引導自動車，屬國家863高科技項目，已通過鑒定，達到八十年代末國際先進水平。九十年代中期，昆船公司在引進國外最先進AGV技術的基礎上，先后承擔了數(shù)十個AGV系統(tǒng)的設計、安裝；其水平代表了目前國內(nèi)的最高水平。昆明船舶設備公司研制的各種導引形式的AGV系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應用于煙草行業(yè)，汽車行業(yè)，造幣行業(yè)等。 目前全國AGVS不超過60套，AGV不超過400臺。其中煙草行業(yè)應用最多，已有20家采用了AGV，絕大部分采用激光導引技術。 以中科院沈陽自動化所為金杯汽車公司設計的AGV系統(tǒng)為例進行說明，中國科學院沈陽分院成

20、功開發(fā)的自動導引車(AGV)和自動導引車系統(tǒng)(AGVS)主要用于汽車等生產(chǎn)線，實現(xiàn)動態(tài)裝配，可提高裝配線的自動化水平。在中國汽車生產(chǎn)總裝線上首次使用具有自主版權的AGV產(chǎn)品和系統(tǒng)。沈陽金杯客車制造有限公司總裝車間有9臺AGV構(gòu)成的發(fā)動機、后橋、油箱裝配副環(huán)線，已經(jīng)投入生產(chǎn)運行兩年。該AGV具有自動動態(tài)跟蹤、提升、定位、裝配功能，已達國際先進水平。且獲得多項專利，如雙舉升載人自動裝配導引車、雙倍行程舉升裝置等。運用該產(chǎn)品及系統(tǒng)技術可大大提高總裝生產(chǎn)線動態(tài)裝配的自動化程度，減少設備投資及提高生產(chǎn)效率。以金杯客車制造有限公司的9臺AGV應用工程為例，據(jù)估算，一臺AGV國產(chǎn)價格要比進口的便宜20萬元人

21、民幣，應用工程系統(tǒng)的設計調(diào)試技術費的差額更大。 1.4 研究背景和意義 圖1.1 通道小車工作環(huán)境 目前，我國機械化的車間生產(chǎn)線普遍地指定工人來回地巡視，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)線上機器的故障并且及時地排除故障，或者在生產(chǎn)線上換料。一個工人往往同時照看幾條生產(chǎn)線，常常在各生產(chǎn)線之間來回地穿梭。這使得工人的勞動強度較大，更為重要的是各條生產(chǎn)線之間的銜接不是特別融洽。這種情況在國內(nèi)大中型企業(yè)中也比較常見，這些企業(yè)往往是不同流水線的生產(chǎn)設備比較先進，生產(chǎn)效率也比較高，但是生產(chǎn)線的銜接往往出現(xiàn)滯后的情況，不能使得各生產(chǎn)線同步同時生產(chǎn)，往往是上條生產(chǎn)線的半成品積壓一定的數(shù)量，這樣不僅占據(jù)工廠

22、的生產(chǎn)空間，更占據(jù)了工廠的流動資金。為了使工人擺脫繁重的勞動，提高車間的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，使給條生產(chǎn)線的生產(chǎn)更為融洽，減少貨物和資金的積壓，提高企業(yè)的競爭力，車間用的電動小車應運而生。 從上述圖片可以看出，狹窄的車間通道兩側(cè)布滿了纏繞絲線的機械設備，車間的工人需要來回地在車間通道行走，發(fā)現(xiàn)通道兩側(cè)的機器故障，列如，纏繞的絲線斷了，需要人工去將線頭接上，使得機器能夠?qū)⒔z線均勻地纏繞在線筒上?；蛘?，繞線的機器發(fā)生故障停止繞線，這時需要人工去排除障礙。這樣要求工人不停地在車間通道來回巡視，勞動強度較大。針對這種情況，本設計對市場上已有的小車進行了引進、改進，并在此基礎上結(jié)合人機工程學

23、的原理設計出一款適合工人長期坐在上面對生產(chǎn)線兩側(cè)的機器進行操作的小車。 圖1.2 AGV小車工作環(huán)境 在車間生產(chǎn)過程中還常常遇到另外一種情況，即需要將積壓的物品運送到指定的位置，目前國內(nèi)對積壓物品的運送大多采用人工上下料，再由人駕駛著運送小車運到指定的位置。這種情況不利于生產(chǎn)的時間規(guī)劃和安排，不利于對整個車間的生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計。針對這種情況，本設計設計了一款簡易的AGV電動小車，該小車最大的特點是不需要人工駕駛，能夠自動到指定的位置停放，并且能夠控制小車的運行時間，對整個物流的情況有一個數(shù)字話的記錄，這能極大地提高車間的生產(chǎn)效率，合理地分配車間的生產(chǎn)資源，減少不必要的產(chǎn)品積壓，

24、增加企業(yè)的流動資金，提高企業(yè)競爭力。 AGV系統(tǒng)由控制臺、通訊系統(tǒng)、地面導航系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、AGV和地面移載設備組成，如圖1.3所示。 工位 待命站 充電系統(tǒng) 路徑 AGV 圖1.3 AGV小車的工作情況 1.5 本章小結(jié) 本章對AGV的國內(nèi)外現(xiàn)狀作了敘述和分析，介紹了AGV系統(tǒng)的組成。本章還提出了本課題的研究背景和研究目標。 車間小車作為一種新興的車間機械設備，能夠完成車間特定的生產(chǎn)工作，幫助企業(yè)提高效率，提高市場競爭力，必然需要快速開發(fā)新產(chǎn)品、形成不同特色、滿足不同企業(yè)需求的車間小車，并且迅速地占領市場。因此，本次畢業(yè)設計的主要內(nèi)容是在市場上已有的電動自行車、

25、電動輪椅、AGV小車的基礎上進行改進，最后得出能夠滿足企業(yè)生產(chǎn)車間用的電動小車。并且比較各個方案的優(yōu)缺點。 2 車間通道小車的設計 2.1 常用電動小車的結(jié)構(gòu)組成 電動自行車由車體、電動機、控制器、位置傳感器、蓄電池、充電器、儀表系統(tǒng)組成，其中電動機、控制器、蓄電池、充電器是非常重要，又比較容易發(fā)生故障的部件，俗稱“四大件”。 車架部件包括車架、前叉、車把等部分。前叉部件的上端和車把、車架配合，下端和前軸、前輪部件配合，組成電動車的導向部分。前叉可以相對車架的前管靈活轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動車把帶動前叉，使前輪改變方向。另外前叉對于行車時保持電動車的平衡也起著重要的作用。 附屬部件包括鞍座部件、

26、反射器和鳴號部件、前擋泥板部件、后擋泥板部件、支架部件、車鎖部件、前筐部件等。 電動機按磁場結(jié)構(gòu)，可分為勵磁式、永磁式、混合式;按電動機總稱的機械結(jié)構(gòu)，可分為有齒式和無齒式；按外形結(jié)構(gòu)，可分為柱式和輪轂式。最常用的分類方式是按電動機的通電方式，分為有刷電動機和無刷電動機。 位置傳感器有很多種，而最適合于無刷直流電動機的是的光電式和磁敏式兩種位置傳感器。 目前，電動車主要采用鉛酸蓄電池。鉛酸蓄電池由正負極板、隔板和電解液、蓄電池槽及連接條、接線端子和排氣閥組成。一只蓄電池一般由6個單格組合而成，每個單格由若干片正負極板間隔重疊而成，中間用超細玻璃纖維隔板隔離。數(shù)片正極板用鉛合金焊接而成正極

27、群，同樣負極也是如此，正負極群裝于蓄電池槽內(nèi)組成單體蓄電池。單體蓄電池之間用鉛零件或連接條從單格之間的蓄電池槽隔板頂端以串聯(lián)形式連在一起，蓄電池槽蓋用密封膠粘結(jié)。首尾單格做引出端子，引出正負極。 充電器是電動車四大核心部件之一，充電器的好壞嚴重影響著蓄電池的使用壽命。充電器主要由整流濾波、高壓開關、電壓交換、恒壓及電控制等幾個部分組成。其中整流濾波電路的用途是將220v交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?00v左右的直流電壓，通過高壓開關電路及電壓交換，產(chǎn)生充電時所需的低壓直流電壓，再由充電控制電路控制后對蓄電池充電，采用這種方式的充電器具有體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點。 2.2狹窄通道車間小車的設計 對于

28、在狹窄的車間通道行走的小車，車間通道的寬度為0.8m，工人坐在小車上的操作高度為1.2m，考慮到通道中有吸塵裝置的存在，將小車的寬度設計0.5m。這樣小車就能靈活地在車間通道行走。 此類車間小車的負載為操作工人，對小車的強度要求不高。設計時主要考慮的是小車的行駛速度，電動機的力矩。小車行駛速度的要求為成人正常的步行速度，成人的步行速度為1.2m/s，設計時初選小車的輪胎為10寸輪胎，則車輪的速度為 （2.1) 電機的轉(zhuǎn)速 選擇鏈輪的傳動比為1.47 （2.2） 由于控制器是電動小車的控制核心，它是用

29、來控制電動車電機的啟動、運行、進退、速度、停止以及電動車的其它電子器件的核心控制器件，它就象是電動車的大腦，是電動車上重要的部件。電動車控制器也因為不同的車型而有不同的性能和特點。所以根據(jù)控制器的原理可以初步選用一個電機 表2.1 電機相關參數(shù)表 參數(shù)名稱 相關數(shù)據(jù) 額定轉(zhuǎn)矩 11N?m 額定轉(zhuǎn)速 1000r/min 額定功率 1.l kw 額定電壓 90v 額定電流 15A 峰值轉(zhuǎn)矩 88N?m 機電時間常數(shù) 2.13ms 重量 14kg 根據(jù)控制器的原理將電機的最高轉(zhuǎn)速控制在200r/min。 小車的載重及自身

30、重量 （2.3） 滾動摩擦系數(shù) u=0.36 阻尼轉(zhuǎn)矩 F=u*G=0.36X686=246.96N （2.4） 電機轉(zhuǎn)矩 （2.5） 電機功率（不計能量損失) P=F*v=246.961.2W=256.4W （2.6） 初選電動機為130ZY01-49A1，相關參數(shù)如表2.1。 由于鉻鉬鋼車架具有以下的優(yōu)點： (1).加工性好 鉻鉬鋼的車架是歷史最久的車架，因此對它的研究時間也最長?，F(xiàn)在能做到

31、車架所需強度的極薄的管道。 (2).沖擊的吸收性能好 騎感極好，如像彈簧般的騎感。構(gòu)成車架的鉻鉬鋼管道有優(yōu)異的吸收沖擊的能。 (3).焊接容易 鉻鉬鋼比起鈦、鋁焊接容易?？梢栽O計成名種形狀。另外，焊接后也不需要熱處理，因此不需要大型的熱處理設備，成本低。 (4).價格便宜 雖然有些高擋次的鉻鉬鋼車架價格貴，但一般價格便宜。也可以說，用便宜的價格買到高擋次的車架。 所以電動小車的車架選用鉻鉬鋼。 2.3 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新 針對在狹窄的車間通道行走的電動小車創(chuàng)新設計主要參考的是電動自行車創(chuàng)新設計的方法。 創(chuàng) 輕量化設計

32、 混合動力 新 綠色環(huán)保 自行車 偏心輪 方 可折疊 創(chuàng)新 皮帶傳動 向 人機工程學 可折疊 偏心輪 可折疊 人機工程學 圖2.1 各種創(chuàng)新的小車 由于

33、車間里的小車長期處于工作狀態(tài)，不必將小車存放起來，所以設計折疊的電動小車意義不大；同時對于輕量化設計中，小車采用的大多是碳纖維的材料，價格昂貴，不適合在車間里普遍推廣；對于車間中的小車，它應該具有良好的穩(wěn)定性，偏心輪設計也就不用考慮了。所以，比較了各種電動自行車的模型后， 決定采用符合人機工程學的設計方案。在完成了對兩個電動小車的建模工作后對電動小車的各個部件功能有了一個清晰的認識，結(jié)合機械設計學以及人機工程學的相關原理對電動小車的結(jié)構(gòu)做出了創(chuàng)新，設計出了躺式電動小車，人可以躺在電動小車上對車間通道兩側(cè)的機器進行操作。 2.4 各種小車結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點的比較 兩輪電動小車體積較小，靈活輕便，工人

34、能夠駕著小車在狹窄的車間通道靈活行走。但是兩輪電動小車的平衡性較差，工人駕車時要時刻集中精神，很容易疲勞。對通道兩側(cè)的機器進行檢測、維修時往往需要下車，比較麻煩。而且小車對于操作工人的駕車技術有一定的要求。 三輪電動小車相比兩輪小車而言，最大的優(yōu)點是平穩(wěn)性較好，工人可以在小車上對通道兩側(cè)的機器進行操作，設計時將三輪小車的座椅設計成可以旋轉(zhuǎn)的，當發(fā)現(xiàn)通道上機器故障了，工人只需將座椅旋轉(zhuǎn)來對著故障了的機器就可以進行操作了，在平時的駕車過程中，工人可以靠著座椅，相對于兩輪小車的坐墊更為舒適。 躺式電動小車與兩輪和三輪電動小車相比，舒適性更好好常規(guī)電動車車騎時間長了，肩、背、腰、手臂、手掌易疲勞。

35、 躺車騎行時，腰、背、肩、手臂、手掌完全處于放松狀態(tài)，故躺車長時間騎行也不易疲勞。安全性更好，操作人員臨時停車來維修機器時，兩腳自然落地躺車仍可站立。躺車重心低，即使摔倒其勢能也低，不會像騎常規(guī)電動車車那樣，一個跟斗栽下去，最多只是車倒側(cè)滑。同時，躺式小車也存在著明顯的缺點，躺式小車的車身長度略長，靈活性不足。更適合于車間通道稍微寬一點的操作。 2.5 本章小節(jié) 本章中主要是電機的選用設計過程，其中對小車驅(qū)動功率、電機扭矩的計算作了詳細的論述。根據(jù)計算、分析選擇直流電動機和蓄電池，選擇輪胎，設計控制器和蓄電池的安放位置。并且比較了常規(guī)的電動車與設計的躺式電動車的優(yōu)缺點。 3 A

36、GV小車的設計 3.1 AGV小車的結(jié)構(gòu)組成 AGV由車載控制系統(tǒng)、車體系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、移載系統(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，一般由計算機控制系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、操作面板及電機驅(qū)動器構(gòu)成.計算機控制系統(tǒng)可采用PLC、單片機及工控機等。導航系統(tǒng)根據(jù)導航方式不同可分為電磁導航、磁條導航、激光導航和慣性導航等不同形式。通過導航系統(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和控制臺之間交換信息和命令的橋梁，由于無線電通訊具有不受障礙物阻擋的特點，一般在控制臺和AGV之間采用無線電通訊，而在

37、AGV和移載設備之間為了定位精確采用光通訊.操作面板的功能主要是在AGV調(diào)試時輸入指令，并顯示有關信息，通過RS232接口和計算機相連接。AGV上的能源為蓄電池，所以AGV的動作執(zhí)行元件一般采用直流電動機、步進電動機和直流伺服電機等。 （2）車體系統(tǒng) 它包括底盤、車架、殼體和控制器、蓄電池安裝架等，是AGV的軀體，具有電動車輛的結(jié)構(gòu)特征。 （3）行走系統(tǒng) 它一般由驅(qū)動輪、從動輪和轉(zhuǎn)向機構(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，四輪或六輪一般采用雙輪驅(qū)動、差速轉(zhuǎn)向或獨立轉(zhuǎn)向方式。 （4）移載系統(tǒng) 它是用來完成作業(yè)

38、任務的執(zhí)行機構(gòu)，在不同的任務和場地環(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AGV工作路線時出現(xiàn)碰撞，AGV一般都帶有障礙物探測及避撞、警音、警視、緊急停止等裝置。另外，還有自動充電等輔助裝置。 （6）控制臺 控制臺可以采用普通的IBM-PC機，如條件惡劣時，也可采用工業(yè)控制計算機，控制臺通過計算機網(wǎng)絡接受主控計算機下達的AGV輸送任務，通過無線通訊系統(tǒng)實時采集各AGV的狀態(tài)信息。根據(jù)需求情況和當前各AGV運行情況，將調(diào)度命令傳遞給選定的AGV。AGV完成一次運輸任務后在待命站

39、等待下次任務。如何高效地、快速地進行多任務和多AGV的調(diào)度，以及復雜地形的避碰等一系列問題都需要軟件來完成。由于整個系統(tǒng)中各種智能設備都有各自的屬性，因此用面向?qū)ο笤O計的C++語言來編程是一個很好的選擇。在編程時要注意的是AGV系統(tǒng)的實時性較強，為了加快控制臺和AGV之間的無線通訊以及在此基礎上的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、準確地傳送給其它各相應的子系統(tǒng)，完成監(jiān)控系統(tǒng)所指定的動作: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

40、的依據(jù)。 由于AGV位置不固定，且整個系統(tǒng)中設備較多，控制臺和AGV間的通訊最適宜用無線通訊的方式。 3.2 AGV小車的設計要求 設計一臺自動導引小車AGV，可以在水平面上按照預先設定的軌跡行駛。本設計采用ARM8019主板作為控制系統(tǒng)來控制小車的行駛，從而實現(xiàn)小車的左、右轉(zhuǎn)彎，直走，倒退，停止功能。 其設計參數(shù)如下： 自動導引小車的長度：800mm 自動導引小車的寬度：500mm 自動導引小車的行駛速度：100mm/s 3.3 方案確定 采用四輪布置結(jié)構(gòu)。自動導引小車采用兩后輪獨立驅(qū)動差速轉(zhuǎn)向，兩前輪為萬向輪的四輪結(jié)構(gòu)形式。直流伺服電動機通過蝸

41、桿蝸輪直接驅(qū)動后輪，當兩輪運動速度不同時，就可以實現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向。傳動系統(tǒng)如圖3.1所示: 圖3.1 傳動方案 四輪結(jié)構(gòu)有較大的負載能力和較好的平穩(wěn)性。該方案方案采用兩套蝸輪-蝸桿減速器及直流伺服電動機，成本相對于較高，但它的傳動誤差小，并且轉(zhuǎn)向靈活。 3.4 直流伺服電動機的選擇 伺服電動機的主要參數(shù)是功率(KW)。但是，選擇伺服電動機并不按功率，而是更根據(jù)下列指標選擇。 運動參數(shù)： AGV行走的速度為100mm/s，則車輪的轉(zhuǎn)速為 （3.1） 電機的轉(zhuǎn)速: 選擇蝸輪-蝸桿的減速比i=30

42、 (3.2） 自動導引小車的受力分析： 40 500 250 420 圖3.2 車輪受力簡圖 小車車架自重為P （3.3） 小車的載荷為G （3.4） 取坐標系OXYZ如圖2.3所示，列出平衡方程 由于兩前輪及兩后輪關于Y軸對稱，則 ， ， （3.5） ， （3.6） 解得

43、 兩驅(qū)動后輪的受力情況如圖3.2所示： 滾動摩阻力偶矩的大小介于零與最大值之間，即 （3.7） （3.8） 其中δ滾動摩阻系數(shù)，查表5-2，δ=2～10，取δ=6mm 牽引力F為 （3.9） 圖3-3

44、 圖3-4 摩擦系數(shù) 牽引力 F N 重物的重力 W N 滾子直徑 D mm 傳遞效率 η 傳動裝置減速比 1/G 求換算到電機軸上的負荷力矩（） = 0.36Nm （3.10） 電機的選定 根據(jù)額定轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速匹配條件，選擇直流伺服電動機。 型號 額定功率KW 額定轉(zhuǎn)矩Nm

45、 額定轉(zhuǎn)速r/min F2260-890 0.08 1.35 1800 3.5 聯(lián)軸器的設計 由于電動機軸直徑為Φ8mm，并且輸出軸削平了一部分與蝸桿軸聯(lián)接部分軸徑為Ф12mm，故其結(jié)構(gòu)設計如圖3.5所示。 圖3.5 聯(lián)軸器機構(gòu)圖 聯(lián)軸器采用安全聯(lián)軸器，銷釘直徑d可按剪切強度計算，即 （3.11） 銷釘材料選用45鋼。查表5-2優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB 699-88） 45

46、 調(diào)質(zhì) ≤200mm =637MPa =353MPa =17% Ψ=35% 硬度217～255HBS 銷釘?shù)脑S用切應力為 （3.12） 過載限制系數(shù)k值 查表14-4 取k=1.6 選用d=4mm滿足剪切強度要求。 3.6 蝸桿傳動設計 根據(jù)GB/T 10085-1988的推薦，采用漸開線蝸桿(ZI)。 蝸桿要求表面硬度和耐磨性較高，故

47、材料選用40Cr。蝸輪用鑄鋁鐵青銅制造，采用金屬模鑄造。 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2 按Z=1，估取效率η=0.7,則 （3.13） 圖3.6 蝸輪-蝸桿受力分析 各力的大小計算為 （3.14） （3.15） （3.16） （3.17） 根據(jù)開式蝸桿傳

48、動的設計準則，按齒根彎曲疲勞強度進行設計。蝸輪輪齒因彎曲強度不足而失效的情況，多數(shù)發(fā)生在蝸輪齒數(shù)較多或開式傳動中。 彎曲疲勞強度條件設計的公式為 確定載荷系數(shù)K 由于工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)Kβ=1，由表11-15選取使用系數(shù)KA=1.15。由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù)KV=1.1,則 （3.18） 由表11-8得，蝸輪的基本許用彎曲應力 假設 Z=30, 620’24"，蝸輪的當量齒數(shù)

49、 （3.19） 根據(jù)，=30.56，從圖11-19中可查得齒形系數(shù) 螺旋角系數(shù) （3.20） 由表11-2得 中心距a=32.4mm 模數(shù)m=2mm 分度圓直徑 蝸桿頭數(shù) 直徑系數(shù)18 分度圓導程角62024" 蝸輪齒數(shù) 變位系數(shù).3 1）蝸桿 軸向齒距 （

50、3.21） 齒頂圓直徑 （3.22） 齒根圓直徑 （3.23） 蝸桿軸向齒厚 （3.24） 2）蝸輪 傳動比 （3.23） 蝸輪分度圓直徑 （3.24） 蝸輪喉圓直徑 （3.25） 蝸輪齒根 （3.26） 蝸輪咽喉母圓半徑 （3.27） 考慮到所設計的自動導引小車屬于精密傳動，從GB/T 1008

51、9-1988圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇6級精度，側(cè)隙種類為 由于該蝸輪-蝸桿傳動是開式傳動，蝸輪-蝸桿產(chǎn)生的熱傳遞到空氣中，故無須熱平衡計算。 3.7 軸的設計 前輪軸只承受彎矩而不承受扭矩，故屬于心軸。 圖3.7 前輪軸結(jié)構(gòu) 1.求作用在軸上的力 自動導引小車的前輪受力，受力如圖3-2所示。 2.軸的結(jié)構(gòu)設計 1）擬定軸上零件的裝配方案 裝配方案是：蝸輪、螺母、套筒、滾動軸承、軸用彈性擋圈依次從軸的右端向左安裝，左端只安裝滾動軸承和軸用彈性擋圈。這樣就

52、對各軸段的粗細順序作了初步安排。 2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 (1)初步選擇滾動軸承。自動導引小車前輪軸只受彎矩的作用，主要承受徑向力而軸向力較小，故選用單列深溝球軸承。由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取單列深溝球軸承6004，其尺寸為dDT=20mm42mm12mm,故。 右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由手冊上查得6004型軸承的定位軸肩高度h=2.5mm，因此取。 (2)軸用彈性擋圈為標準件。選用型號為GB 894.1-86 20，其尺寸為,故 , ,。 其余尺寸根據(jù)前輪軸上關于左右輪輻結(jié)合面基本對稱可任意確定尺寸，確定了軸上的各段直徑和長度。 （3）軸上零件的周

53、向定位 蝸輪與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接。按dⅥ由手冊查得平鍵截面bh=8mm7mm (GB/T 1095-1979),鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為28mm(標準鍵長見GB/T 1096-1979),同時為了保證左右輪輻與軸配合有良好的對中性，故選擇左右輪輻與軸的配合為H7/n6。滾動軸承與軸的周向定位是借過度配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為j7。 （4）確定軸上圓角和倒角尺寸 取軸端倒角為145，各軸肩處的圓角半徑為R1。 3.求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計算簡圖。根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖。 圖3-8 前輪軸的載荷分析圖

54、 4.按彎曲應力校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩的截面強度。最大負彎矩在截面C上，。 對截面C進行強度校核，由公式 （3.28） 由表15-1得，45鋼 調(diào)質(zhì) 由表15-4得， （3.29） 因此該軸滿足強度要求，故安全。 后輪軸在工作中既承受彎矩又承受扭矩，故屬于轉(zhuǎn)軸。 圖3-9 后輪軸結(jié)構(gòu) 1

55、.求后輪軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 取蝸輪-蝸桿傳動的效率=0.7,則 （3.30） 2.作用在蝸輪上的力 3.初步確定軸的最小直徑 先按式（15-2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。根據(jù)表15-3，取=115，于是得 （3.31） 后輪軸的最小直徑是安裝輪輻處軸的直徑。由于輪輻與軸采用鍵聯(lián)結(jié)，故。 4.軸的結(jié)構(gòu)設計 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

56、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度 (1)初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列深溝球軸承。單列深溝球軸承6206，其尺寸為dDT=30mm62mm16mm，故。 右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由手冊上查得6206型軸承的定位軸肩高度h=3mm,因此，取。 (2)軸用彈性擋圈為標準件。選用型號為GB 894.1-86 30,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，此軸段應略短于輪輻的

57、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度。 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。按由手冊查得平鍵截面bh=8mm7mm,鍵槽長為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145，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3.10a。 L1=L2=64mm L3=63mm 1)在水平面上后輪軸的受力簡圖為3.10b。 由靜力平衡方程求出支座A、B的支反力 三個集中力作用的截面上的彎矩分別為 3.10在垂直面上后輪軸

58、的受力簡圖 由靜力平衡方程求出支座A、B的支反力 （3.32） ， (3.33) = =-360.47N ， (3.34) =543.41-460.83+360.47 =443.05N 在段中，將截面左邊外力向截面簡化，得 (3.35) 在段中，同樣將截面左邊外力向截面

59、簡化，得 (3.36) =35455.2-100.36 在段中，同樣將截面右邊外力向截面簡化，得 (3.37) 計算A、B、C、D截面的總彎矩M (3.38) (3.39) 后輪軸上的轉(zhuǎn)矩 按彎扭合成應力校核軸的強度進行校核時

60、，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面D）的強度。 由式（15-5）得 (3.40) 其中，為折合系數(shù)，取=0.6 為軸的抗彎截面系數(shù)，由表15-4得 選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表15-1查得 因此，故安全。 3.8 AGV控制系統(tǒng)的設計 本系統(tǒng)使用ART1010運動控制卡作為核心的控制運算部分。連接在電機上的數(shù)字編碼器在電機運轉(zhuǎn)時發(fā)出的脈沖信號，脈沖信號輸入到ART1010中的比較寄存器，用于邏輯位置計數(shù)器和實際位置計數(shù)器的大

61、小比較。在驅(qū)動時，可以從狀態(tài)寄存器讀出比較寄存器和邏輯/實際位置寄存器之間的關系。ART1010是PC104總線兩軸伺服/步進電機運動控制卡，它以高頻率脈沖串形式輸出，控制伺服步進電機的運動。該卡能精確地控制所發(fā)出的脈沖頻率（電機速度）、脈沖個數(shù)（電機轉(zhuǎn)角）及脈沖頻率變化率（電機加速度），它能滿足步進電機的各種復雜的控制要求。可對電機進行位置控制、插補驅(qū)動、加速/減速等控制。具有圓弧、直線插補功能。它含有豐富的，功能齊全的軟件庫函數(shù)資源。 3.11 控制系統(tǒng)組成圖 3.11 元件布局圖 S

62、W1：板基地址撥碼開關。板基地址可設置成200H-3F0H之間可被16整除的二進制碼，板基地址默認為300H，將占用板基地址起的連續(xù)20個I/O地址。開關的第1、2、3、4、5、6位，分別對應于地址位S4、S5、S6、S7、S8、S9，用來選擇板卡基地址：當圖中撥碼開關的黑色方塊撥向板卡上標示的“ON”方向時表示高有效值為1，開關撥向另一側(cè)則為低高有效值為0。板基地址選擇開關SW1如下圖。 撥碼開關如下設置：（默認基地址300H） 3.12 信號輸入輸出連接器 圖形方式 3.13 管腳定義 表格形式

63、 3.1 管腳定義 3.2 寄存器地址分配表 3.9本章小結(jié) 本章中主要是AGV小車直流伺服電機的計算選擇、聯(lián)軸器的設計、蝸桿傳動設計、前后輪軸的設計、控制系統(tǒng)的設計，其中對小車驅(qū)動功率、電機扭矩的計算、蝸輪的齒根彎曲疲勞強度校核作了詳細的論述。根據(jù)計算、分析選擇直流電動機和蝸輪蝸桿，蓄電池，選擇輪胎，設計控制器和蓄電池的安放位置。 結(jié)論 本課題為車間小車的結(jié)構(gòu)設計。車間小車是以控制器（運動控制卡）為控制核心、蓄電池為動力，主要應用于生產(chǎn)線上的故障檢測、故障排除、生產(chǎn)線上的上換料；調(diào)節(jié)離散型物流、自動化

64、的搬運裝卸。它使各條生產(chǎn)線之間的生產(chǎn)銜接更為和諧、快捷，幫助人們擺脫繁重的車間勞動，降低生產(chǎn)成本，提高車間的生產(chǎn)效率。 本課題的設計有待進一步的改進：在硬件方面，增加位置檢測傳感器形成閉環(huán)控制系統(tǒng)；在軟件方面，開發(fā)應用軟件有利于隨意改變小車的運動軌跡。車間小車的發(fā)展會向著智能化方向前進。 致謝 畢業(yè)設計終于結(jié)束了，我感到十分的充實,這是對所學知識的歸納和總結(jié),在這次設計中我們學到了很多的專業(yè)知識，在老師的指導下自己刻苦獨立完成而感到充實；這次設計讓我充分懂得不論做什么事情都要認真，這也讓我充實；老師的諄諄教導讓我的感到充實，如果沒有老師我們的設計是一定會走許多的彎路的。 總之，我能順利

65、完成這次設計，要衷心感謝董玉德老師的精心指導，同時謝謝研究生學長和對我設計提供過幫助的人！ 參考文獻 [1]黃康.機械CAD與SolidWorks三維計算機輔助設計[M].合肥：中國科學技術大學出版社，2022.46—252. [2]劉遂俊.圖解電動自行車維修快速入門[M].北京：人民郵電出版社，2022.1—134. [3]王晶.機械原理與機械設計課外實踐選題匯編 第一屆全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽決賽作品集[M].2022.52—121. [4]張春林.機械創(chuàng)新設計（第二版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2022.42—75. —44. [6]濮良貴.紀名剛．機械設

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