agv车转向总承设计--大学毕业论文.doc

本科毕业设计(论文)题目 AGV车转向总承设计 学院名称 机械与汽车工程学院 专业班级 机械08-4 学生姓名 导师姓名 2012年 6月 8日AGV车转向总承设计作 者 姓 名 孙昌荣 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师姓名 范维华 专业技术职务 高级实验师 目 录摘 要 .5第一章 绪论71.1概述71.2发展趋势及发展前景71.3AGV系统的构成与AGV的结构.81.3.1AGV系统的构成.81.3.2AGV的结构.9第二章 设计任务112.1设计题目：AGV小车的转向总承设计.112.2设计背景：.112.2.1题目简述.112.2.2使用状况.112.2.3生产状况.112.3设计参数.112.4设计任务.11第三章 AGV机械结构和驱动转向系统的设计123.1AGV机械结构的设计.133.1.1车体尺寸结构设计.133.1.2驱动方式选择.133.2驱动系统部件的选择与校核.143.2.1电机的选择与联轴器的选用.143.2.2AGV行驶阻力的计算143.3主减速比的选择.163.4蜗杆蜗轮的设计.173.5涡轮轴的设计.203.6后轮轴的设计.223.7蜗杆轴的设计.243.8车轮支架的设计.25第四章 总结.27致谢.28参考文献.29摘要AGV全称自动导引小车（Automatic Guided Vehiele），它是在计算机的控制下，经磁或激光等导向装置引导并沿程序设定路径运行完成作业的无人驾驶自动小车，伺服驱动。它为现代制造业、现代物流提供了一种高度柔性化和自动化的运输方式。目前AGV小车广泛运用在制造业、物流仓储业、汽车、造纸等行业。随着AGV小车的发展，努力设计一个更为合理简便的操作方式的AGV小车，来适用于更多的领域，AGV得到进一步的推广。 AGV是以微控制器为控制核心、蓄电池为动力、装有非接触导引装置的无人驾驶自动导引运载车，其自动作业的基本功能是导向行驶、认址停准和移交载荷。作为当代物流处理自动化的有效手段和柔性制造系统的关键设备，AGV已经得到了越来越广泛的应用，对AGV的研究也具有十分重要的理论意义和现实意义。 本文介绍了AGV在国内外的发展现状和应用情况，在此基础上，结合毕业设计的课题要求，运用了最为简单的构造模式，前轮由伺服电机、蜗杆涡轮传动，后轮则采用万向轮转动。本文主要进行小车的机械部分设计。关键词: AGV 连杆机构 轮系结构ABSTRACTAGV 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.分享到 翻译结果重试抱歉，系统响应超时，请稍后再试· 支持中英、中日在线互译· 支持网页翻译，在输入框输入网页地址即可· 提供一键清空、复制功能、支持双语对照查看，使您体验更加流畅Key words: AGV; Connecting rod mechanism; train structure第一章 绪论1.1 概述AGV(Automatic Guided Vehicle)自动导引车是上世纪50年代发展起来的智能搬运型机器人。AGV是现代工业自动化物流系统中的关键设备之一，它是以电池为动力，装备有电磁或光学等自动导航装置，能够独立自动寻址，并通过计算机系统控制，完成无人驾驶及作业的设备。自从1913年美国福特汽车公司使用有轨底盘装配车，1954年英国采用地下埋线电磁感应导向车以来，到九十年代全世界拥有AGV(Automated Guided Vehicles)10万台以上。近年来，自动化技术呈现加速发展的趋势，国内自动化立体仓库和自动化柔性装配线进入发展与普及阶段。其中，在自动仓库与生产车间之间，各工位之间，各段输送线之间，AGV起了无可替代的重要作用，与传统的传送辊道或传送带相比，AGV输送路线具有施工简单、路径灵活，不占用空间、较好的移动性、柔性等优点。1.2发展趋势及发展前景1913年，美国福特汽车公司使用有轨底盘装配车。1953年，美国Barrett Electric制造了世界上第一台采用埋线电磁感应式的跟踪路径自动导向车，也被称作“无人驾驶牵引车”。20世纪70年代中期，具有载货功能的AGV在欧洲得到迅速发展和推广应用，并被引入美国用于自动化仓储系统和柔性装配系统的物料运输。从80年代初开始，新的导向方式和技术得到更广泛研究和开发。90年代以来，AGV从仅由大公司应用，正向小公司单台应用转变，而且其效率和效益更好。AGV按照引导方式不同分为：固定路径导引、自由路径导引等。按照移载方式不同分为：侧叉式移载、叉车式移载、推挽式移载、辊道输送机式移载、升降台式移载、机械手式移载等.AGV是伴随着柔性加工系统、柔性装配系统、计算机集成制造系统、自动化立体仓库而产生并发展起来的。日本人认为1981年是柔性加工系统元年，这样计算AGV大规模应用的历史也只有15至20年。但是，其发展速度是非常快的。1981年美国通用公司开始使用AGV，1985年AGV保有量500台，1987年AGV保有量3000台。资料表明欧洲40%的AGV用于汽车工业，日本15%的AGV用于汽车工业，也就是说AGV在其他行业也有广泛的应用。目前国内总体看AGV的应用刚刚开始，相当于国外80年代初的水平。但从应用的行业分析，分布面非常广阔，它常用于工厂,汽车工业，飞机制造业，家用电器行业，烟草行业，机械加工，仓库，邮电部门,地下采矿厂中进行材料运输,也用于海洋和太空探索等。这说明AGV有一个潜在的广阔市场。AGV从技术的发展看，主要是从国家线路向可调整线路；从简单车载单元控制向复杂系统计算机控制；从原始的段点定期通讯到先进的实时通讯等方向发展；从落后的现场控制到先进的远程图形监控；从领域的发展看，主要是从较为集中的机械制造、加工、装配生产线向广泛的各行业自动化生产，物料搬运，物品仓储，商品配送等行业发展。自动导航车开发的一个主要领域是导航和控制,导航的本质就是避免迷路和与障碍物相撞成功的到达目的地.所以,自动导引小车具有很大的发展前景.13AGV系统的构成与AGV的结构1.3.1 AGV系统的构成AGV一般采用轮式驱动，具有电动车的特征。AGV小车能在地面控制系统的统一调度下，自动搬运货物，实现自动化的物料传送。因其具有灵活性、智能化等特点，能够方便地重组系统，达到生产过程中的柔性化运输之目的。较之传统的人工或半人工的物料输送方式，AGV系统大大减轻了劳动强度和危险性，提高了工作效率，在机械、电子、纺织、卷烟、医疗、食品、造纸等行业都可以发挥作用。国外的AGV系统设计，应用水平都比较高，应用范围也很广泛。国内的应用相对少一些，但是在各方面的共同努力下，国内的AGV系统的设计水平和应用水平正在接近或赶超国际先进水平。AGV系统由控制台、通讯系统、地面导航系统、充电系统、AGV和地面移载设备组成，如图1-1所示。地面移栽设备待命站充电系统路径AGV图1-1 AGV系统示意图其中主控计算机负责AGV系统与外部系统的联系与管理，它根据现场的物料需求状况向控制台下达AGV的输送任务。在AGV电池容量降到预定值后，充电系统给AGV自动充电。地面移载设备一般采用滚道输送机、链式输送机等将物料从自动化仓库或工作现场自动移载到AGV上，反之也可以将物料从AGV上移载下来并输送到目的地。AGV、充电系统、地面移载设备等都可以根据实际需要及工作场地任意布置，这也体现了AGV在自动化物流中的柔性特点。1.3.2 AGV的结构AGV由车载控制系统、车体系统、导航系统、行走系统、移载系统和安全与辅助系统组成。（1）车载控制系统车载控制系统是AGV的核心部分，一般由计算机控制系统、导航系统、通讯系统、操作面板及电机驱动器构成.计算机控制系统可采用PLC、单片机及工控机等。导航系统根据导航方式不同可分为电磁导航、磁条导航、激光导航和惯性导航等不同形式.通过导航系统能使AGV确定其自身位置，并能沿正确的路径行走。通讯系统是AGV和控制台之间交换信息和命令的桥梁，由于无线电通讯具有不受障碍物阻挡的特点，一般在控制台和AGV之间采用无线电通讯，而在AGV和移载设备之间为了定位精确采用光通讯.操作面板的功能主要是在AGV调试时输入指令，并显示有关信息，通过RS232接口和计算机相连接。AGV上的能源为蓄电池，所以AGV的动作执行元件一般采用直流电动机、步进电动机和直流伺服电机等。（2）车体系统它包括底盘、车架、壳体和控制器、蓄电池安装架等，是AGV的躯体，具有电动车辆的结构特征。（3）行走系统它一般由驱动轮、从动轮和转向机构组成.形式有三轮、四轮、六轮及多轮等，三轮结构一般采用前轮转向和驱动，四轮或六轮一般采用双轮驱动、差速转向或独立转向方式。（4）移载系统它是用来完成作业任务的执行机构，在不同的任务和场地环境下，可以选用不同的移载系统，常用的有滚道式、叉车式、机械手式等。（5）安全与辅助系统 为了避免AGV在系统出故障或有人员经过AGV工作路线时出现碰撞，AGV一般都带有障碍物探测及避撞、警音、警视、紧急停止等装置。另外，还有自动充电等辅助装置。（6）控制台控制台可以采用普通的IBM-PC机，如条件恶劣时，也可采用工业控制计算机，控制台通过计算机网络接受主控计算机下达的AGV输送任务，通过无线通讯系统实时采集各AGV的状态信息。根据需求情况和当前各AGV运行情况，将调度命令传递给选定的AGV。AGV完成一次运输任务后在待命站等待下次任务。如何高效地、快速地进行多任务和多AGV的调度，以及复杂地形的避碰等一系列问题都需要软件来完成。由于整个系统中各种智能设备都有各自的属性，因此用面向对象设计的C+语言来编程是一个很好的选择。在编程时要注意的是AGV系统的实时性较强，为了加快控制台和AGV之间的无线通讯以及在此基础上的AGV调度，编程中最好采用多线程的模式，使通讯和调度等各功能模块互不影响，加快系统速度。（7）通讯系统通讯系统一方面接受监控系统的命令，及时、准确地传送给其它各相应的子系统，完成监控系统所指定的动作:另一方面又接收各子系统的反馈信息，回送给监控系统，作为监控系统协调、管理、控制的依据。由于AGV位置不固定，且整个系统中设备较多，控制台和AGV间的通讯最适宜用无线通讯的方式。控制台和各AGV就组成了一点对多点的无线局域网，在设计过程中要注意两个问题:无线电的调制问题无线电通讯中，信号调制可以用调幅和调频两种方式。在系统的工作环境中，电磁干扰较严重，调幅方式的信号频率范围大，易受干扰，而调频信号频率范围很窄，很难受干扰，所以应优先考虑调频方式。而且调幅方式的波特率比较低，一般都小于3200Kbit/s，调频的波特率可以达到9600K bit/s以上。通讯协议问题 在通讯中，通讯的协议是一个重要问题。协议的制定要遵从既简洁又可靠的原则。简洁有效的协议可以减少控制器处理信号的时间，提高系统运行速度。（8）导航系统 第二章 设计任务2.1设计题目：AGV小车的转向总承设计2.2设计背景：2.2.1题目简述：随着工厂自动化程度的提高，AGV小车越来越受到人们的青睐，它本身的自动化集成度相当高，只需要人们输入相关的指令，小车便可按着预定的指令行走，并且电源的充电过程都可以自动的完成。国内外制作设计的AGV小车的类型有很多，可用于不同的场合，针对不同的场合，设计出不同的传动机构，本文所做的小车完全应用于工厂车间的物料搬运，工作环境相对稳定，所以设计用蜗杆涡轮进行传动。由涡轮带动前轮驱动，后轮是万向轮，负责转向。2.2.2使用状况：室内工作；动力源为直流电90V伺服电机,电机双向转动，载荷较平稳；使用期限为五年，每年工作200天，每天工作2小时；检修期为三年大修。2.2.3生产状况：专业机械厂制造。2.3 设计参数 AGV小车的长度：800mm AGV小车的宽度：500mm AGV小车的行驶速度：110mm/s。2.4 设计任务：设计转向结构，包括动力装置、传动装置、执行机构，画出总体机构简图。选取电机，计算电机所需功率。设计总体传动方案设计主要传动装置，完成总体装配图（A0）。设计主要零件，完成零件图。编写设计说明书。第三章 AGV机械结构和驱动转向系统的设计 3.1 AGV机械结构的设计AGV小车结构示意图3-1。小车采用两前轮独立驱动差速转向，两后轮为万向轮的四轮结构形式。伺服电机经减速器后通过驱动轮提供驱动力，当两轮运动速度不同时就可以实现差速转向。 1-后轮，2-减速器，3-电瓶，4-光感应器，5-前轮，6-单片机，7-车架，8-伺服电机驱动器，9-伺服电机图3-1 AGV结构示意图1、车架车架是整个AGV小车的机体部分，主要用于安装轮子、光感应器、步进电机和减速器。车架上面安装步进电机驱动器、PCD板和电瓶。对于车架的设计，要有足够的强度和硬度要求，故车架材料选用铸造铝合金，牌号为6061。其中6061质量比较轻，焊接性好。2、车轮车轮采用实心橡胶轮胎。车体前面两主动轮为固定式驱动轮，与轮毂式电机相连。后面两个随动轮为旋转式随动轮，起支承和平衡小车的作用。3、载荷传送装置AGV的载荷传送装置为一平板，其作用为运输箱体类零件到指定工位。主要用来装载箱体类零件，运送物料等。3.1.1 车体尺寸结构设计车体框架是装配AGV其他零部件的主要支撑装置，是运动中的主要部件之一，主要分为主框架和副框架两个部分。主框架为立体型框架结构，用于安装各种控制和通讯设备。副框架则安装轮子、各种传感器和驱动电机，主框架和副框架用可拆卸联接，便于安装和拆卸，总的来说AGV车架相当于汽车底盘，是AGV机械部分的关键。车架设计及工艺的合理性直接影响AGV的定位精度，根据以上所述要求，并能更好地满足实际任务的需要，AGV整体尺寸设计为0.8×0.5×0.6 m(长×宽×高)。除AGV车体以外的其他辅助系统的安装直接影响着小车的驱动和转向。AGV车体重心越低，越有利于抗倾翻。如图3-4为车体实物外型。 图3-4小车车体实物外型3.1.2 驱动方式的选择AGV驱动的方式大致可分成两种，一种为两台电机各置于左、右两边，利用两台电机的动作与两轮差速的方式达到左右转，前进或停止，即差速型。另一种方式则类似汽车的转向及传动方式，即前轮为转向轮，后轮为驱动轮，称为舵轮型。前轮利用电机控制连接前轮的连杆，带动前轮左、右转向，而后轮直接利用步进电机与减速机构带动承载车前进或停止。 图3-5差速型转间流程图这两种传动方式有不同的控制流程，第一种利用两个左、右电机差速转弯，因此控制流程图如图3-5所示。经由传感器感应地面轨道回传转向讯号后，马上经由控制系统判断转向位置，当位置正确时承载车则继续前进，反之，电机即会继续转向直到传感器与地面轨道子系统回传直行讯号。此种传动方式当承载重量过大时，可能会因电机扭力不足无法动作。而第二种则类似汽车转向及传动方式，。本课题中我们所选的驱动移载机构就为差速型，即小车的后面两轮为万向轮，而前面两轮分别由两个直流电机驱动和控制3. 2驱动系统部件的选择与校核AGV的驱动系统主要由驱动电源、直流电动机和减速器组成。电动机的性能参数及咸速器的规格型号的确定直接决定整车的动力性，即车辆的运动速度和驱动力直接决定整车的动力性，即车辆的运动速度和驱动力。3.2.1电机的选择及联轴器的选用伺服电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或直线运动的执行机构，由环形分配器、功率驱动装置、步进电机构成一个开环的定位运动系统，当系统接受一个电脉冲信号时，伺服电机的转轴将转过一定的角度或移动一定的直线距离，电脉冲输入越多，电机转轴转过的角度或直线位移就越多;同时，输入电脉冲的频率越高，电机转轴的转速或位移速度就越快。步进电机控制的最大特点是没有积累误差，常用于开环控制。步进电机系统由控制器、驱动器及步进电机构成，它们三者之间是相互配套的。自动引导车是电动车的一种，而电机是电动车的驱动源，出于直流电机本身具有控制系统简单，调速方便，不需逆变装置等优点，并且本课题设计的AGV不需要工作在高速大功率之上，因此，在本文仍采用直流电机作为驱动系统的动力源 。我们设计的AGV原理样车载重总质量为75kg，最高时速设定为1.11m/s，正常运行时速设定为0.280.83m/s 。 初步选择电机的种类为直流伺服电机，型号为130SZD，相关的参数如表3-1所示。 表3-1电机相关参数表参数名称相关数据额定转矩3.3Nm额定转速3000r/min额定功率l.lkw额定电压90v额定电流15A峰值转矩88Nm机电时间常数2.13ms重量14kg电机的型号确定下来，紧接着选择联轴器，由于电机伸出端的最小轴的直径为14mm，电机的转矩相对来说不算太大，我们选择套筒式联轴器，该联轴器结构简单，径向尺寸小，能用于连接两直径相同的轴身，其尺寸与电机，与蜗杆轴的尺寸匹配。 图3-23.2.2 AGV行驶阻力的计算3.7蜗杆轴的设计 左端与电机相连，所以，左端的轴的直径选用与电机伸出端相匹配，定位14mm，长度定位26.73mm，由于，左端需要安装联轴器，所以右端采用轴肩定位，选用16.5mm的轴，蜗杆部分的设计，根据先前制定的涡轮，按照相关尺寸做出即可，蜗杆左右两端的轴段是安装轴承用的，选用6003号轴承，与其配套的轴的直径选为17mm，其余各轴段的长度大体自定，另外对于该轴进行必要的热处理。3.8车轮支架的设计 图3-8车轮的支架是车轮与底板连接的重要部件，车架是整个AGV小车的机体部分，对于车架的设计，要有足够的强度和硬度要求，故车架材料选用铸造铝合金，牌号为6061。其中6061质量比较轻，焊接性好。 第四章 总结本文对AGV小车转向系统的设计进行了系统的论述。并结合机械部分的设计，自制了一辆两前轮独立驱动、差速转向的小车，本文主要完成了以下几方面的工作:(1)小车的总体结构设计。由于设计的小车是前后轮相互独立，前轮驱动，后轮转向。再此基础上，进行稳定的运输。外形结构，采取了铝合金材料，这样既减轻的车身的重量，还能保证了运载货物的重量。(2) 自动引导小车的动力系统结构。小车采用前后轮独立驱动的模式，前轮由电机带动蜗杆传动，给与合适的动力源，带动动整辆车运动。致谢毕业设计终于结束了，我的感受是充实，十分的充实。本文的研究及设计是在指导老师曹传剑的关怀和悉心指导下完成的。在毕业设计的半年时间里，范老师在学习上给了我悉心的指导，使我在各方面能力都得到了很大提高。范老师严谨、求实的治学态度，深邃的洞察力，高度的责任心和敬业精神，平易近人的工作作风，一直深深地影响和激励着我，使我在学习和生活上受益匪浅。在毕业论文完成之时，谨向老师表示最衷心的感谢，并致以祟高的敬意。 同时，我对给予我帮助的老师和同学表示忠心的感谢，他们给我写作论文提供了许多优秀的资料，并对一些问题进行了深入的探讨，我的论文能够顺利完成，无不凝聚着他们的一份心血和汗水。最后，要特别感谢我的家人在精神和物质上的关心、支持和帮助，使我能够安心致力于学业。参考文献1濮良贵, 纪名刚主编. 机械设计M. 第八版. 北京：高等教育出版社. 19962周开勤主编. 机械零件手册M. 北京：高等教育出版社. 19943吴宗泽主编. 机械设计实用手册M. 北京：化学工业出版社. 19994机械工程手册编委会编. 机械工程手册M. 第二版：传动设计卷. 北京：机械工业出版社. 19975熊良山主编. 机械制造基础M. 武汉：华中科技大学出版社. 20076王先逵主编. 机械制造工艺学M. 北京：机械工业出版. 19957师忠秀，王继荣主编. 机械原理课程设计M. 北京： 机械工业出版社. 20008侯珍秀主编. 机械系统设计M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社. 20019吴宗泽主编. 机械设计师（上下册）M. 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