物流園區(qū)AGV車體框架結構設計方案X35

1、摘要隨著我國改革開放的不斷開展，我國經濟建設和技術應用都得到了高速穩(wěn)定 的發(fā)展，自動牽引車已成為制造加工和物流行業(yè)必不可少的關鍵設備，自動牽引車可以分為潛伏式牽引車和叉車式牽引車兩種， 叉車式牽引車通常情況下是通過 車體尾部的貨叉來實現牽引貨物的， 所以其工作時需要占用大量的空間， 而潛伏 式牽引車恰恰克服了這一技術難題， 直接潛入到貨物底部來牽引貨物，能夠更加 方便快捷的完成各項任務。潛伏式牽引車相比叉車式牽引車底盤更低， 體積更小，更加便于實現現場的 使用和貨物運輸。本篇論文中提出了一種結構巧妙、機動性好、穩(wěn)定性能高的潛 伏式牽引車設計方案，本方案對自動牽引車技術進行深入分析研究，對小車的

2、運動過程整體性能及車體框架結構進行設計，對運動性能進行改進，合理布置其主框架 和副框架，潛伏式牽引車作為一種新型的自動牽引車，對此進一步的研究也是不 能忽視的。關鍵詞：自動導引車，運動性能，運動系統(tǒng)1 / 35AbstractWith the continuous development of Chinas reform and opening up, Chinas economic construction and technology applications have been high-speed and stable development, automatic tractor ha

3、s become a manufacturing and logistics industry essential essential equipment, automatic tractor can be divided into latent tractors And forklift tractor two, forklift tractor is usually through the tail of the car body to achieve the traction of goods, so its work need to take up a lot of space, an

4、d latent tractors just to overcome this technology Difficult to sneak into the bottom of the goods to attract the goods, to more convenient and quick to complete the task.The latent tractor is lower and smaller than the forklift tractor chassis, making it easier to use on-site and cargo. This paper

5、presents a design scheme of latent tractor with high structure, good maneuverability and high stability. The scheme analyzes the automatic tractor technology and analyzes the overall performance and body structure of the car Design and improvement of the performance of the vehicle, the rational arra

6、ngement of its main frame and sub-frame, latent tractor as a new type of automatic tractor, this further study can not be ignored.Keywords: Automatic Guided Vehicle, motion performance, braking system2 / 351緒論引言隨著我國改革開放的不斷開展，我國經濟建設和技術應用都得到了高速穩(wěn)定 的發(fā)展，自動牽引車應用的地方變得越來越多， 從單一的生產制造業(yè)發(fā)展到各行 各業(yè)，甚至延伸到排爆等危險的具體工作

7、。 現在國內外都開始了對自動牽引車的 系統(tǒng)研發(fā)和設計，而自動牽引車選擇何種取貨方式是其設計時最重要的考慮點之隨著自動牽引車行業(yè)技術的發(fā)展，叉車式自動牽引車由于其結構和操作過于 復雜，且應用時通常需要很大的場地，因此并沒有得到廣泛的使用。而目前市場 上的自動牽引車主流仍是叉車式自動牽引車， 我們常見的叉車式自動牽引車多像 自動叉車的結構形式，該叉車式自動牽引車移動結構簡單，適用于平坦的地面， 行走過程穩(wěn)定，但是同樣存在著許多缺陷，最大的問題是叉車式自動牽引車對行 走地面要求比較高，在有坡度或者是凹凸不平的道路上行走時極容易打滑；且移動轉向的時候需要整個叉車牽引車本體轉動， 轉彎半徑較大，占用的行

8、走空間較 多。我們都知道驅動單元是自動牽引車中極為重要的一個構件，因此在整體設計的時候應該考慮驅動結構的適用性，穩(wěn)定性和可靠性。為了讓潛伏式自動牽引車的各項性能滿足其使用要求，我們需要從以下方面要求入手考慮：機動性能好，轉彎半徑小，牽引能力強，與地面附著力大，穩(wěn)定 可靠性高。本設計中我們選用潛伏式結構作為自動牽引車的總體結構，具既具備叉車式自動牽引車行走結構簡單的優(yōu)點，又具備叉車牽引車移動過程動作穩(wěn)定、 操作簡單的優(yōu)點；潛伏式自動牽引車能夠適用于各種環(huán)境下的工作，因此對其進一步的研究是不能忽視的。自動導引車的發(fā)展概況歐美等國家在自動牽引車的技術研究方面一直處于世界的前端，他們單獨設立有專門的自

9、動牽引車技術研究小組，且都在努力將自動牽引車的技術推廣到各3 / 35行各業(yè)當中。目前美國的自動牽引車的研發(fā)已經取得了突破性的進展，他們成功將該自動牽引車應用到一些危險的環(huán)境中實際作業(yè)，還有部分自動牽引車甚至開始在戰(zhàn)爭中嶄露頭角，比如：iRobot公司的Packbot, Battelle公司的 ROCOMP, Remotec公司的MINI Andros等，其中最典型的是：iRobot公司的Packbot。iRobot公司在美國的自動牽引車研究領域處于領先地位，其研發(fā)的單兵便攜式遙控地面武器機動平臺Packhot被美國軍方視為輕型無人偵查、戰(zhàn)術用機動平 臺的模板。Packbot為潛伏式自動牽引車

10、，長 0.87m,寬0.51m,高0.18m,自重 18kg,最大運行速度14km/h,充電一次可以行駛10km,無線遙控移動，具有自 主移動能力，設置有5個載荷設施接口，可任意搭載機械手、小型武器或其他裝 備，主要用于偵察地形、戰(zhàn)術實施，如反地道、近距離干擾等。Packbot安裝有輔助轉臂，所以翻越障礙的能力極強，可以爬 60。坡度的樓梯，有多種越障方 式，能越過比自身高度大許多的障礙物，可以從任何顛覆狀態(tài)恢復到正常行駛狀 態(tài)。輔助轉臂可以拆卸，方便攜帶使用。Packbot平臺結構穩(wěn)固，抗沖擊能力極強，可經受400G的沖擊，從2m高度摔下來也不會損壞，可從窗戶或者低空直 升機直接拋出。目前國

11、內對移動自動牽引車的技術研究仍然處于初始階段，對移動自動牽引車的定位傳感器、位置導航、運動控制以及主體結構設計等關鍵層面的研究還遠 遠落后于其他歐美國家。不過現在許多國內研究機構也開始努力開展對移動自動 牽引車的研究工作，從最基礎的主體機械結構設計及運動控制入手。由于移動自動牽引車在機動性、越障方式等方面與其他自動牽引車有很大不同，因此國內在移動自動牽引車技術研發(fā)這條路上還有很長的路程要走。有限元分析的介紹有限元分析是運用電子計算機進行數值模擬的方式，現如今在工程技術領域中的應用十分多，有限元計算答案已成為各類工業(yè)產品設計和性能分析的可靠依 據?，F在，有限元分析大量應用于解決航空、工業(yè)、航天、

12、電子、土木、船舶、 能源、化工、核工業(yè)、生物、醫(yī)學及交通運輸等眾多領域的具體工程問題，尤其 是隨著計算機技術突飛猛進的高速發(fā)展，有限單元法在解決具體問題的規(guī)模、區(qū) 問方面也已經發(fā)生了巨大的變革。有限元分析技術可以實現：4 / 35(1)找到產品潛在的問題以及先天的缺陷，為我們創(chuàng)造更加品質優(yōu)異的產品。(2)對風險進行評估與預測，提高產品和加工生產的可靠性，降低存在的風 險。(3)通過進行對比計算分析，運用改進后的設計方案，降低產品生產加工成 本。(4)縮短產品投向市場的時間。(5)降低物理試驗次數，對大量實際情況進行快速而有效的模擬實驗分析。有限元分析是R.Courant于1943年首先提出的。

13、從提出有限元分析的概念 以來，有限元理論及其特殊的應用得到了高速發(fā)展。以往不能解決或能解決但解決精度不高的情況，都得到了更好的解決方法。傳統(tǒng)的 FEM假設：分析域是無 限；材質是同樣的，甚至在絕大部分的分析中認為材質是各向同性的；對邊界環(huán)境簡化處理。但實際情況往往是分析區(qū)域有限、材質各向異性及邊界環(huán)境難以確 定等因素。為了解決這些問題，美國學者發(fā)現用CFEM(Gener-alized Finite Element Method)解決分析區(qū)域內含有大量孔洞特性的情況；比利時學者也在之間提出了 用HSM解決實際開裂情況。FEM在國內的應用也十分廣。自從我國成功研制了國內第一個通用有限元 分析程序系

14、統(tǒng)JIGFEX后，有限元分析涵蓋到工程分析的各個領域中，從我國大 型的三峽工程到微米級的器件都運用了 FEM進行分析，在我國高速經濟發(fā)展中 擁有很大的發(fā)展空間?，F在我們在進行大型復雜工程結構中物理場分析時，為了控制并估計偏差， 常用后驗偏差估計的自適應有限元分析。而基于后處理法的計算偏差，與我們常 常使用的傳統(tǒng)算法不同，它完美的將網格自適應過程分成均勻化和變密度化兩個 迭代過程。而均勻化迭代過程中，運用均勻網格尺寸對整體分析區(qū)域進行網格劃 分，便得到一個合適的起始均勻分析網格；而在變密度化迭代過程中只進行網格 細化的操作，而且充分運用上一次迭代的答案，在單元所在的曲邊三角形區(qū)域內 部進行局部網

15、格細化工作，保證了全局分析網格尺寸分布的合理性， 這樣不同尺 寸的網格就能夠光滑銜接，從而提高網格的整體質量。上述整個方案簡單可行， 穩(wěn)定可靠，數次迭代即可快速收斂，生成的網格布局合理，質量水平高。1.4課題研究意義及目的5 / 35從目前全球市場需求布局來看，歐、美地區(qū)成為功能全、結構簡潔、 質量好、性能穩(wěn)定的移動自動牽引車的主要銷售市場；中東、非洲地區(qū)主 要選擇老款式、簡單實用價格便宜的移動自動牽引車；還有以俄羅斯為代 表的高寒國家則更喜歡能耐寒，機械結構牢固的移動自動牽引車以適應當 地的地理氣候條件；日韓則主要關注產品的品質與安全；目前國內的移動 自動牽引車整體研究狀況還是比較良好，已由

16、原來單一的移動功能，不注 重外觀，逐漸演變成為實際使用中的藝術品，以外觀精美結構巧妙，操作 方便，質量安全穩(wěn)定等特點成為新的發(fā)展方向。為進一步適應各行各業(yè)的 發(fā)展，現如今市場上還出現了移動服務自動牽引車。2自動導引車（AGV）簡介AGV工作原理現有市場上常見的自動牽引車基本上都是叉車式自動牽引車，其基本工作方式為電動機帶動輪子轉動，輪子再將動力傳遞給整個叉車式自動牽引車達到讓其 自由行走的目的。叉車式自動牽引車主要有以下幾個方面的缺點： 對行走地面要 求比較高，在有坡度或者是凹凸不平的道路上行走時極容易打滑；且移動轉向的時候需要整個自動牽引車本體轉動， 轉彎半徑較大，占用的行走空間較多；而本

17、設計中的潛伏式自動導引車的工作原理是根據工作要求設置其行走路線，依據其行走軌跡對其進行編程，由數字編碼器檢測、判斷電壓信號是否與預先編程的軌 跡的位置存在偏差，控制器根據檢測出來的位置偏差，通過調節(jié)電動機的轉速對 偏差進行糾正，從而實現，自動導引車沿預先編程的軌跡行走。 電池為自動導引 車的動力來源。這兩種自動牽引車的工作原理截然不同， 兩者結構不同、實現方式不同，使 用方法也不相同。本篇論文中的潛伏式自動牽引車設計運用了巧妙的機械傳動結 構，利用電動機作為自動牽引車行走的源動力， 再通過穩(wěn)定的減速器和鏈傳動將 電動機的動力傳遞給整個車體，使得自動牽引車可以實現自由的行走， 整個運動 過程更加

18、平穩(wěn)。我們在現有的潛伏式自動牽引車的理論基礎上改良結構和運動方 式，機械結構更加優(yōu)化，綜合材質的選擇、結構的簡化，讓使用者更加方便穩(wěn)定6 / 35的使用該移動自動牽引車，這是本篇論文潛伏式自動牽引車的設計初衷AGV的分類潛伏式AGVK列雙向潛伏式AGV、車該車的驅動方式是四輪驅動，可以雙向 運動潛伏到貨車卜向，通過升降牽引裝 置與貨車銜接，選擇站點停靠，可實現 AGVK照兩個或者多個站點停靠，完成 來回往返的搬運工作。超低雙向潛伏式AGVAGV的特點是非常低，只有168MM 的高度，同時具有雙向牽引功能，潛入 車底，用提升桿牽引貨物，選擇多個地 址塊，可以方便地來回自動搬運貨物。 該模型廣泛應

19、用于生產車問。小型潛伏式AGV牽引潛伏式AGV勺特點：外形小巧， 結構緊湊，搬運靈活?？蓾摲诹宪嚨?部，升降牽引裝置的升降桿，可以自動 和料車進行銜接，實現自動掛扣和脫 扣，也可以直接牽引料車。該小車被大 量使用在加工制造車間和大型物流倉 庫。超低型潛伏式AGV車體高度只有168mm比以往的潛 入牽引型車更低，可以便捷潛入牽引各 種料車；該車型方便操作維護，行駛穩(wěn) 定，目前已廣泛應用，在布間內部大量 使用。潛伏式后牽引AGV具備潛伏和后牽引的功能，AGW 以自動運動到貨物底部下，利用升降桿 牽引貨物，該車體的后牽引桿也可用于 牽引貨物，把貨車牽引到指定位置，然 后自動和分離，隨后鉆到空貨車的

20、下 面，拖走空貨車。該種后牽引 AGW型 在工廠物料或成品的搬運已經得到廣 泛應用。背負式AGVK列背負托盤式AGV該小車功能強大，既可以直接牽引 物流臺車，又可以潛伏到臺車底部進行 牽引運輸。通過布頂的牽引機構將臺車 和小車相關聯，通過布體內部的驅動電7 / 35機帶動整個牽引車1可前行走，啟著運行 速度快，運動定位精度高的優(yōu)點大型自卸式背負AGV使用滾筒驅動完成自動進料工作， 下料時，當材料升起時，機體會抬起材 料，使用帶式輸送機將材料從垂直方向 移除，該車型具有高度的柔韌性 適應 現場環(huán)境強勁，將配合AG#用的改造 工作降到最少，此型號已成功投入使用 電視檢測裝配線。重現AGV可以前進，

21、后退，橫向移動，左右 行駛，它的停止定位精度可達 5MM車 體外殼由高強度材料制成，對于電梯 制造廠家而言，解決了點擊轉子轉運困 難的問題，大大降低了勞動者的勞動強 度。單向背負型AGV托盤，機架，物料箱等可放在 AGV 車身上進行搬運，或通過AGV1部拖引 料車。 小車按照上位程序設定的規(guī)定 路徑行走運輸貨物。雙向背馱式AGV該小車通過在車體頂部安裝動力 滾筒實現背馱貨物的自動上料和下料， 通常該小車可以負重較大重量物品。多站點背馱式AGV該背馱式自動牽引車通過預先設止的軌道運動，行走運動精度土 10mm 該小車被大量使用在加工制造車間和大型物流倉庫。背馱式AGV該自動牽引車通過布頂的牽引機

22、 構將臺車和小車相關聯，通過布體內部 的驅動電機帶動整個牽引車向前行走， 有著運行速度快，運動定位精度高的優(yōu) 點。牽引式AGVS歹【牽弓1 AGV該小車車體占地空間小，轉穹半徑 小。通過車頂的牽引機構將臺車和小車 相關聯，通過車體內部的驅動電機帶動 整個牽引車|可前行走，后著運行速度 快，運動定位精度高的優(yōu)點。牽引潛伏兩用AGV該小車功能強大，既可以直接牽引8 / 35物流臺車，又可以潛伏到臺車底部進行 牽引運輸。通過布頂的牽引機構將臺車 和小車相關聯，通過布體內部的驅動電 機帶動整個牟引車1可前行走，啟著運行 速度快，運動定位精度高的優(yōu)點。潛伏式后牽引AGV具備潛伏和后牽引兩種功能，AGV可

23、以潛伏在貨車卜間，使用電動升降桿 牽引貨車，也可以使用牽引鉤牽引貨 車，當運達至貨車固定位置后，導引車 自動分離貨車，然后鉆入空的貨車卜面 拖走將其拖走。該模型廣泛應用于工 廠材料或成品處理的搬運。滾筒AGV背馱帚動力輾筒AGV該小車通過在車體頂部安裝動力 滾筒實現背馱貨物的自動上料和下料， 通常該小車可以負重較大重量物品。雙向滾筒AGV、車雙向滾筒AGVJ、車通過與電力連接 平臺結合使用，形成完全自動化的無人 操縱系統(tǒng)。該模式已成功應用于紡織加 工和電子工業(yè) 等行業(yè)中。雙向重載背負滾筒AGV車體帶兩列獨立漆筒，位，方便上 下料；雙工位AGVT增加單次運載量或 供空箱回收使用，大大提高搬運效率

24、， 減少現場空間占用，為客戶節(jié)省投資成 本；這種模式已經在電梯制造業(yè)務中 得到成功應用。雙向滾筒式AGV、車該小車通過在車體頂部安裝動力 滾筒實現背馱貨物的自動上料和下料， 通常該小車可以負重較大重量物品。 通 過預先設定的軌道運動，彳亍走運動精度 土 10mm該小車被大量使用在加工制造9 / 35車間和大型物流倉庫。全向橫移AGV萬向橫移舉升AGV該小車功能強大,可以在任意方向 對臺車進行舉升牽引。通過布頂的牽引 機構將臺車和小車相關聯，通過車體內 部的驅動電機帶動整個牽引車向前行 走，有著運行速度快，運動定位精度高 的優(yōu)點。萬向型AGV主要用于醫(yī)學教育，商務辦公，自 動牽引車主題餐廳等等,

25、此款AG但 具有非常靈活的機動性能，而且工作空 間很小，可任意旋轉90度或180度， 是一款簡單的迷你智能AGV重型舉升AGV雙向帶橫移自動升降機AGV機體各面有機械防撞機制，加強了 四方位安全行駛的性能；由AGV身控 制剪刀升降機在不同局度的切割機對 接自動卸載作業(yè)，設備利用率較高，設 備已投入使用于紡織集團。AGV的導航方式電磁導航：電磁導航是一種更為傳統(tǒng)的導向方式， 根據工作需求，在工作區(qū) 域埋設金屬導線，并加載低頻低壓電流，使電線周圍的磁場， AGV&著此路徑行 走時，其內部的感應線圈通過對導航磁場力量識別跟蹤，實現 AGV勺導引。優(yōu)點：導線隱藏，不易污染和損壞，引導原理簡單可靠，易于

26、控制通訊，無 干擾聲光，投資成本遠低于激光導航缺點：改變或擴大路徑比較麻煩，引導線鋪設相對困難。10 / 35磁帶導航：磁帶導航技術與電磁導航相似，區(qū)別在于使用磁帶在路上而不是 磁帶嵌入地下金屬線，通過磁帶傳感應信號實現指導。優(yōu)點：采用磁帶導航導引車定位精確，鋪設、變更或擴充行走路線時，相對 于電磁導航的較容易，而且磁帶成本較低。缺點：磁帶容易斷開，需要經常對磁帶進行維護，更改路徑時需要重新鋪設 磁帶，AG以能通過磁帶走，不能實現實時避免，或者通過控制系統(tǒng)實時更改任 務。二維碼導航：該技術的出現已經有一段時間，運用該導航方式的導引車是通 過視覺識別系統(tǒng)識別二維碼，加上慣性進行導航，其地圖相當于

27、是一個大號的圍 棋棋盤，自動牽引車可以到達所有點。物流倉庫中的這種類型的 AGVI很大的用 處，但是因為貨架重心很大，所以啟動和結束時對速度控制有一定的要求。優(yōu)點：AGVt位精度，導航靈活性更好，鋪設，改變或擴展路徑也比較容易 方便控制通信，不會干擾聲光。缺點：需要定期維護路徑，如果現場復雜，則需要運行替代二維碼，對陀螺 儀的準確性要求高，其使用壽命要求長，另外對于工作場地的平整度要求較高， 價格偏高。激光導航：第一種是通過反光板導航，在AGVU乍的路徑周圍安裝位置精確 的激光反射板，通過AGVg射激光束，同時收集由路徑周圍的反射板反射過來的 激光束，確定AGV：匕時所在的位置和方向，并通過連

28、續(xù)的三角形幾何操作來實現 AGV導航。另一種是通過激光測距與 SLAM算法結合，建立一套自動導引車行駛 路線圖，不需要任何輔助材料，具有更高程度的靈活性，可以進行全面部署，這 種導航是未來的發(fā)展趨勢，也是很多廠商都在研發(fā)的方向，靈活性比其他導航方 法強。優(yōu)點：AGVt位精準，地面不需要設置其他定位設施，行駛可以適應各種現 場環(huán)境，目前國內外很多 AGVT商都傾向于使用該種先進的導航。缺點：制造成本高，對環(huán)境有相對較高的要求（外界光線，地面要求，能見 度要求等）11 / 353潛伏式自動導引車的硬件設計潛伏式自動導引車的設計要求(1)本設計中的潛伏式自動導引車主要用于制造工廠或物流園的貨物的輸

29、送、牽引拆裝、流通、運輸等。(2)本設計之前綜合考慮，該潛伏式自動引導車應該具有以下功能：產品 加工生產成本低，質量安全穩(wěn)定，使用壽命長，結構穩(wěn)固，使用便捷，方便搬運 移動；(3)本設計從車體框架結構的主框架和副框架、升降牽引裝置、運動控制 和驅動單元結構四個方面著手進行詳細的設計分析及計算闡述。潛伏式自動導引車的設計概述本設計中自動導引車由車體主框架、車體副框架、蓄電池、充電裝置、運動 定位系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、升降牽引結構和運動控制裝置等組成。本設計中的自動導 引車，主體結構由車體框架組成，而車體框架又可以分為主框架和副框架兩部分，車體主框架是由厚度為5mm 勺鋼板通過機器人焊接工作站焊接而成，

30、焊接火 具保證了其加工定位精度和焊接結構強度，副框架主要安裝有萬向輪，和驅動機 構，它的結構同樣十分關節(jié)，因為這些結構都是自動牽引車的運動部件， 直接影 響了小車運動的定位精度。車體的內部還安裝有運動控制模塊，包括西門子 PLC-200系列的CPU運動定位模塊，通訊模塊，模擬量輸出模塊等等，車體的 前端還安裝有控制面板，包括人機界面觸摸屏，報警三色燈，啟動按鈕，急停按 鈕，空氣開關，PBSB撞傳感器和自動感應撞擊的防撞條。驅動結構的設計本篇論文中的驅動結構由驅動固定外殼、 直線軸承模塊、預緊螺母、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、驅動

31、機構電動機、驅動機構基座固定板、驅動機構基座、自動導 航傳感器、自動導航傳感器安裝板等結構組成。12 / 35該機構中，驅動固定外殼為2mnd5度的45鋼板折彎而成，連接處通過焊接的方 式連接起來，兩個驅動機構電動機分別安裝在固定外殼的左右兩邊的內側，驅動機構基座與兩個電動機的另一側固定連接好， 驅動機構基座固定板安裝到驅動機 構基座的頂部，直線軸承模塊同樣也安裝到驅動機構基座的軸承安裝孔內，且整個驅動機構的支撐立桿安裝到直線軸承模塊內部，保證上下同心安裝。驅動結構的避震機構包括有 ：預緊螺母、支撐立軸、車體框架連接板、車體框 架固定板、直線軸承模塊和減震彈簧；其中，支撐立軸安裝在直線軸承的中

32、間， 保證其同心度，支撐立軸的上端安裝預緊螺母用于避震， 下端與驅動機構基座連 接固定，支撐立軸和驅動機構基座通過一根圓柱銷軸鏈接固定，減震彈簧被壓縮安裝于車體框架連接板和車體框架固定板之間，起到整個驅動機構避震的目的。該驅動機構整體結構簡潔，避震效果好，且行走輪的高度低，保證了整個自動牽 引車行走的穩(wěn)定性。驅動電機的設計選型這里我們按500KG的搬運重量進行驅動電機的設計選型。在本設計中我們設 定搬運小車的最大牽引線速度 V為35m/min。根據公式N = V/ 兀D式中：N驅動電機經過減速箱后的轉速循跡搬運小車的牽引線速度13 / 35驅動輪的直徑已知驅動輪的設計直徑為150mm計算得到驅

33、動電機經過減速箱后的轉速:N=35*1000/ （兀 *150） =74.27r/min0.2 ,從三維設計圖中計500kG0.2 ,從三維設計圖中計500kG計算，得到：整個循跡搬運小車在輸送過程中與地面的滾動摩擦力f=0.2*700*10=1400N整個循跡搬運小車在輸送過程中與地面的滾動摩擦力f=0.2*700*10=1400N我們這里的循跡搬運小車以勻速運動的方式運動時單個驅動輪的牽引力F=1/2*f=700N計算可以得到:驅動電機經過減速箱后的輸出扭矩 M=F*R=70X 75/1000=52.5N.M根據公式M=955(X根據公式M=955(XP ,w /n式中：M電動機經過減速箱

34、后的輸出扭矩Pw電動機的主軸輸出功率電動機經過減速箱后的輸出轉速計算得到:電動機的理論主軸功率Pw =52.5*74.27/9550=0.4083 KW 0. 4KW電動機所需的功率:Pm旦式中:P式中:Pw 輸送機理論主軸功率傳動裝置的總傳動效率，取 0.95Pm電動機功率一一一,一一，一P 0 4計算得到驅動電機功率 Pm kW0. 42kW0. 95由于本設計中整個系統(tǒng)選用的電壓為直流， 我們可以選擇使用直流伺服電機;14 / 35我們這里選用直流無刷伺服電機，選用上海步科的低壓伺服系統(tǒng)，驅動電機參數：小慣量DC48V電機額定功率0.75KW額定轉速3000r/min ,額定轉矩2.39

35、N.m,伺服電機型號 SMC80S-0075-30AAK-3DKH從伺服電機的產品手冊上查到標準馬達規(guī)范表，見下表伺服電機型號SMC60S-0020-30AoK-3DKHSMC60S-0040-30AoK-3DKHSMC80S-0040-30AoK-3DKHSMC80S-0075-30AoK-3DKH適配驅動FD123-LA-000,FD123-CA-000,FD123-CC-000,FD123-EA-000FD133-LA-000,FD133-CA-000,FD133-CC-000,FD133-EA-000直流母線電壓UDC48484848連續(xù)特性額定功率Pn(W)200400400750額

36、定轉矩Tn(Nm)0.641.271.272.39額定轉速nN(rpm)3000300030003000額定電流In(A)4.6109.621.5瞬時最大轉矩Tm(Nm)1.923.813.817.17瞬時最大電流Im(A)13.8252464.5連續(xù)靜態(tài)轉矩Ts(Nm)0.71.41.42.63連續(xù)靜態(tài)電流Is(A)5.061110.623.7線-線電阻RL ()1.10.420.220.1線-線電感LL(mH)2.40.7910.462.181.884.554.615 / 35電氣時間常數 （ms）機械時間常數（ms）3.221.841.651.79反電勢常數Ke （V/krpm ）988

37、6.7轉矩常數Kt N Nm/A )0.1490.132320.132320.111轉動慣量Jm (Kg.cm2)0.3750.4430.761.260.375（帶抱閘）0.447（帶抱閘）0.77 （帶抱閘）1.27 （帶抱閘）抱閘保持扭矩T （Nm）1.31.33.23.2極對數3333許 du/dt ( KV/ 科 S)8888絕緣等級FFFF軸承徑向力F（N）180180180335軸承軸向力F（N）909090167.5重量G(Kg)1.11.62.22.91.6 （帶抱閘）2.1 （帶抱閘）2.8 （帶抱閘）3.5機身長L（mm）114 1.5140 1.5123 1.5149 1

38、.5155 1.5（帶抱閘）181 1.5（帶抱閘）166 1.5（帶抱閘）192 1.5 （帶抱閘）位置反饋裝置2500ppr光電式編碼器（增量式）冷卻力式全封閉，自冷卻防護等級IP65,軸端 IP54使用環(huán)境溫度-20-40 C濕度90%RH以下（無凝露）環(huán)境遠離腐蝕，可燃性氣體，油滴，灰塵海拔10004000m,每升高100m,功率卜降1.5%抗震等級2、，一，2X向24.5m/s，丫軸方向最大49m/S參考標準 C 34-14（1986）16 / 35表2-2 SMC系列伺服電機技術參數SMC80S-0075-30AAK-3DKH驅動電機減速機的設計選型已知驅動電機的額定轉速n1為30

39、00 r/min ,驅動電機經過減速箱后的轉速 n2為74.27r/min ,計算傳動比：ni i n 2i=3000/74.27=40.39 =40已知選定的驅動電機型號為 SMC80S-0075-30AAK-3DK叫工作額定功率為 0.75W,額定轉速n為3000r/min,且轉動輪的轉速為74.27r/min ,如果我們直接 通過減速器減速則減速器總傳動比為 40。如果我們只選用減速器減速，那么傳動比 i=40就必須通過很多級減速才可 以實現，考慮到潛伏式自動牽引車的設計要求：結構安裝簡單，自身重量輕，因 此減速器的體積也需要盡可能的小，所以本設計中采用電機自帶減速器的方式先 來降低電機

40、自身輸出轉速。齒輪減速器為行走電機與鏈傳動之間的獨立的閉式傳動裝置， 它通過降低轉速和 增大轉矩來滿足實際工況的需求。 減速器的類型有很多，按照傳動方式的不同可17 / 35以分為齒輪減速器，蝸輪蝸桿減速器和行星減速器；按照傳動的級數可以分為單 級和多級減速器。我們已知本設計中的齒輪減速器的減速比為1。通常情況下單級齒輪減速器的傳動比i 170本設計中的齒輪副的工作環(huán)境 為封閉的減速箱內，且齒輪傳動的轉速較高，因此選定小齒輪的齒數Z1為20。我們這里選用湖北行星傳動設備有限公司的精密行星減速機， 由于我們的 驅動方式為L型輸出方式，所以我們這里選用他們的 ZJPX系列的精密行星減速 機。該減速

41、機主要性能：.采用直齒圓柱齒輪傳動，輸出力矩比直傘齒輪高 30%噪音更低；.轉動體經動平衡校正確保運行更平穩(wěn)；.適配任何伺服電機，輸入，輸出模塊組合，可進行特殊連接設計，安裝 簡便可靠；.維護簡單，在壽命期間無需要換潤滑油脂。ZJPX行星減速機技術參數產品型 號ZJPX65ZJPX85ZJPX115ZJPX142減速比級數額定輸 出扭矩13.5399830831級298020560042465137425518 / 35%15378627281542110335122級349023067516349023067520297115546025349023067532297115540040174

42、295305641954142422603級441102969008044110296900100441102969001204411029690016038901955852004411029690025638901953853202252122395512故障停 止轉矩52倍額定輸出轉矩產品型號ZJPX65ZJPX85ZJPX115ZJPX142單位級數取大徑向 力1550305543309480N最大軸向 力1220233033006800N滿載效率95%1級932級903級平均壽命20000h重量3.36.716.537.01級19 / 353.77.518.243.0Kg2級4.27

43、.518.540.03級從減速機的產品手冊上查到，已知驅動電機經過減速箱后的輸出扭矩為 90N.M我們這里選用2級減速比40的減速機型號ZJPX1153.3.3減速箱齒輪的靜力及接觸的有限元分析分析直齒輪的應力分布圖，我們可以得出直齒輪在進入或退出嚙合時，因為直齒輪的彈性形變將發(fā)生干涉和沖擊，直齒輪的齒頂、齒根和端面邊緣都會發(fā)生 應力集中，這些應力集中很容易造成直齒輪失效， 因此分析直齒輪受力，避免應 力集中可以有效地提高直齒輪的使用時間。從主動齒輪的接觸應力圖中可以看出， 主動齒輪齒根圓處的應力大小在 70MPa到100MPa區(qū)間內，齒輪齒形表面的應力分布有逐漸增大的態(tài)勢，其大小為14024

44、5MPa,而齒形表面及齒槽表面分布其應力值逐漸降低到35MPa左右，主動齒輪的最大應力出現在加載的齒形嚙合部分的齒頂附近處，大小為316MPa。 Max2上IO加8一 24593七8.L7567e8 1.054e8I 7*68/1732.2 Min圖2.4主動齒輪接觸應力分布圖從齒輪副接觸應力圖中可以看出， 從動齒輪的應力分布方式與主動齒輪基本相 似。從動齒輪的齒根圓處的應力值在 274MPa到366MPa之間的范圍，齒形表 面的應力分布逐漸加大，附近的應力其值為457549MPa,而齒形表面及齒根表面的應力分布，其應力值逐漸降低到91183MPa左右，與主動齒輪的應力20 / 35分布相似，

45、齒形嚙合處附近接近齒頂輪廓處的應力較大， 從動齒輪該處為最大應 力點，而從動齒輪上該位置的應力最大值約為824MPa。8.2417efi Max7.326e8 6第儂$4,5T87t831653eP2.7472e81 船15M n57 丸 7143J03 Min圖2.5齒輪副接觸應力分布圖根據以上分析可以得到結論：齒輪運動副中的危險應力集中位置，我們在實際 的齒輪生產加工工藝中可以作為技術依照， 為了后面使用過程中增加齒輪的耐久 性和穩(wěn)定性，需要在齒輪制造生產和熱處理工藝加工的過程中做特殊的表面熱處 理。升降牽引機構的設計目前常見的自動牽引車的牽引方式分為很多種， 常見的以背馱式，叉車式和 潛

46、伏式居多。本設計中采用運動占地最小的潛伏式作為牽引方式，其基本工作原理：自動牽引車通過上位程序的設定運動到指定臺車的正下方，讀取臺車底部二維碼的信息確認臺車無誤后，將牽引裝置升起，此時臺車已經與牽引小車合二為 一，鉤在一起，這時再按照事先設定的運動軌跡將臺車一起移動到指定的地點。升降牽引結構安裝在整個小車的車體框架的正中間。 該機構的關鍵部件是一 個可以自由升降的直桿，當我們需要牽引臺車的時候，讓直桿升起，此時直桿便 鉤住了臺車，牽引車運動則臺車一起跟著運動。當我們需要臺車與牽引車分離的 時候，讓直桿下降，此時直桿便與臺車分離，牽引小車又可以自由行走去下個工21 / 35位的臺車為待命本篇論文

47、中的升降牽引機構包括升降機構固定外殼、升降驅動電機、直桿、 直桿連接板、直線軸承模塊、凸輪組件、壓縮彈簧、彈簧導向軸、直桿連接板導 向柱和升降機構總固定板，升降牽引機構通過升降機構總固定板和整個牽引車的 車體框架連接固定好，升降驅動電機固定在升降機構固定外殼的左邊外側，同樣在升降機構固定外殼的底部焊接預埋有一根彈簧導向軸，直線軸承模塊固定到機 構總固定板的反面，且保證直線軸承模塊與彈簧導向軸的同心度， 直桿安裝于直 線軸承模塊的孔內，直桿連接板安裝到直線軸承模塊的底部，且與直桿固定牢固， 直桿的內空結構，底部可以容納放置壓縮彈簧，而壓縮彈簧又套于彈簧導向軸中， 彈簧底部與結構固定外殼底部焊接固

48、定好， 彈簧上部與直桿連接固定，升降驅動 電機的輸出軸安裝有凸輪組件，而凸輪的外沿正好壓在直桿連接板的上表面， 在 固定升降驅動電機的一側還安裝有兩個極限位置開關，上極限位置開關安裝在開降驅動電機的上端，下極限位置開關安裝在升降驅動電機的下端， 凸輪組件跟隨 者升降驅動電機的轉動而旋轉，在轉動的過程中觸發(fā)上極限位置開關和下極限位 置開關，機構固定外殼的右邊內側還安裝固定有直桿連接板導向柱，保證直桿連接板能夠上下升降順暢。22 / 35升降牽引裝置設計參數：升降桿直徑：35mm電機參數：DC24W：流永磁電機 功率30W 最大轉速2500r/min工作電壓：9-30V;邏輯電平：高電平 3.3-

49、30V,低電平0V;牽引力：500KG升降范圍：0-50mm升降保護：升降限位開關保護，防止電機燒壞升降速度：速度25mm/工作濕度：10-90% RH工作溫度：-25 C - +85 C ；防護等級：IP-67;外殼材質：普通碳鋼因為該機構的關鍵部件是一個可以自由升降的直桿，因此需要對其進行有限元的分析，經過之前的計算可以得到本設計中物流臺車作用于該直桿的作用力為 1000N1分析直桿的應力分布圖，我們可以看到直桿受到應力最大的位置，應力最大值的 地方位于和直線軸承模塊接觸的最底部。因為直桿的彈性形變將發(fā)生干涉和沖擊， 直桿的底部接觸邊緣都會發(fā)生應力集中，這些應力集中很容易造成直桿失效，因

50、此分析直桿受力，避免應力集中可以有效地提高直桿的使用時間。直桿材料選定為 Q235A查機械設計手冊,可以得到在常溫條件下， Q235A 的屈服強度6=235MPa,從應力分布圖中可以看到應力最大值為 12.24MPa1gH廿LlOhiM?.raiMM-K3MC-4M1ml小H料差速運動自動導引車的設計參數牽引方式：潛伏牽引式24 / 35導引方式：磁導航行走方向：前進行走驅動方式：雙電機驅動前進速度：最大速度35m/min負載能力：1000KG最小轉彎半徑：700mm直線導引精度： 10mm停止精度： 10mm驅動電機型號：DC無刷電機 功率200W控制方式：PLC控制蓄電池：DC24V 75

51、AH （2 組）1. AGV、車的額定載重量自動導引車牽引的最大貨物重量。我們日常使用的大部分自動導引車的載重范圍在50KG-1000KG其中以中小型噸位居多，本設計中的自動導引車用于 物流園區(qū)的貨物輸送，倉儲流通等實際需要的功能，因此載重的貨物不會很 輕，這里我們取1000KG乍為本設計的額定載重量。2.物流貨車的分類物流貨車可以分為網絡狀物流貨車， 雙面型物流貨車，鋼板型物流貨車三大 類，其中網絡狀物流貨車自身重量相對其他兩種物流貨車要輕得多，且機動性高，因此在物流行業(yè)中應用的最為廣泛。市場上常見的網絡狀物流貨車的規(guī)格 （HX W XL）為1700X 900 X 750 （mr最大承載重量

52、為500KG該貨車的底部還安裝有 兩個定向輪和兩個萬向輪，且兩個萬向輪帶腳剎，方便貨車定位。四個底腳輪均 采用6寸聚氨酯橡膠輪，離地高度195mm為了方便自動導引車自動牽引物流貨 車，我們這里設計貨車的時候將其機架加高 100mm也就是貨車的機架的最低面 離地高度295mm潛伏式自動導引車的三維圖如下圖：25 / 35自動導引車車體框架的設計AGV小車的車體尺寸的設計自動導引車的車體尺寸是指車體的最大的長寬高的外形尺寸，該尺寸與所承 載的貨物的尺寸和物流園區(qū)的物流輸送通道寬度有關。由于自動導引車有時需要 轉向或道路分叉等情況，所以我們還需要考慮到自動導引車的最小轉彎半徑，其概念是指自動導引車在

53、空載低速行走的過程中，以最大的偏轉角度轉向，小車瞬時轉向中心與縱向中心線的距離，它是確定自動導引車轉彎半徑所需最大空間的 重要參數。也是車體尺寸設計時的重要考慮因素。(1)自動導引車高度的設計已知貨車的機架的最低面離地高度為 295mm再考慮到升降牽引裝置中的升 降桿升降高度范圍在050mm且升降桿升起后與物流貨車連為一起，并超過了 貨車機架的最低面，因此自動導引車的總高度必須不能高于345mm我們這里設計自動導引車的總高度為327mm(2)自動導引車寬度的設計已知貨車的機架寬度為900mm由于貨車機架的底部安裝有四個地腳輪，且 尺寸為6寸大小，地腳輪直徑25.4X6=150mm物流貨車在運輸

54、過程中四個地腳 輪有時直行有時轉彎，所以我們在設計自動導引車寬度的時候就需要考慮到地腳 輪運動的活動范圍，單個地腳輪的活動范圍為150mm且貨車底部前后左右各安裝有一個地腳輪，因此貨車底部的實際內空只有600mm(地腳輪沿著貨車的四個邊角安裝)，且需要保證自動導引車能夠自由的進出到物流貨車的底部，因此我 們這里設計自動導引車的總寬度為 520mm(3)自動導引車長度的設計26 / 35已知貨車的機架長度為900mm,根據自動導引車功能的設計布局，我們需 要在車體的前端安裝防護裝置，即防障礙傳感器，同時在車體的尾部則放置有兩 塊蓄電池模塊，用于給自動導引車提供運動的動力電源。自動導引車的人機界面

55、、 無線通訊模塊、啟動按鈕、急停按鈕等控制元器件部分也安裝在車體的正前端， 從人機工程學的角度考慮，我們需要將牽引車的長度加長，并超過機架的長度 9000mm這里我們再考慮到牽引車驅動模塊、PLC控制單元的安裝等部件的尺寸 大小，我們我們這里設計自動導引車的總長度為1235mm依據上面的分析和計算我們可以得到要使自動牽引車能夠滿足制造加工車 間和大型物流倉庫運輸臺車的實際需要，將整個潛伏式自動牽引車的外形尺寸設 計為 L1235XW520 H327 （mm （長X寬X高）。主框架的設計本篇論文中的車體主框架包括，車身本體，電箱固定板、驅動單元固定板、 電池倉、后腳輪安裝板、前腳輪安裝板、防撞觸

56、邊安裝板、前焊接板、后焊接板， 以上這些部件通過安裝在固定在機器人焊接工作站上的焊接夾具焊接固定到一 起，焊接夾具可以很好保證車體主框架的結構的焊接精度和焊接強度，且這些零件都是采用的厚度為5mm勺45鋼板，整體焊接的結構保證了自動牽引車的結構 強度。車身本體的正中間開有一個圓形小洞，該小孔用去安裝整個升降牽引 機構，自動牽引車中的喇叭安裝在電箱固定板中的圓孔內，型號為艾智威AWS-24A F而電箱固定板的左側安放有控制電箱， 整個牽引車的驅動機構 安裝在車體中下位置的驅動單元固定板上，兩個DC24V 75AH蓄電池安裝 固定在電池倉的內部，前腳輪安裝板安裝兩個萬向輪，同樣再后腳輪安裝 板上安

57、裝兩個定向輪，在整個車體框架的前端的上部安裝有控制面板組件 等模塊，底部則安裝有自動感應撞擊的防撞條。27 / 35主框架尺寸外形圖副框架的設計車體副框架主要由驅動機構，萬向輪、蓄電池和PBS防撞傳感器組成。(1)萬向輪的設計選型材質：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：5MMW度中心孔距：76*56MM安裝孔徑：最大可穿 M10螺絲(2)蓄電池的設計選型蓄電池的型號為DC24V 75AH品牌為霍克，蓄電池的外形尺寸為 L329X W172 H221 (mg (長X寬X高)，兩個DC24V 75AH蓄電池安裝固 定在電池倉的內部。(3)

58、障礙物傳感器的設計選型28 / 35防撞傳感器選用的是PBS防撞傳感器，型號為PBS-03JN-CE通過專 用軟件向計算機內部導入數據，這些數據決定了防撞傳感器的整個檢測范 圍。障礙物傳感器參數如下表：供電電 壓24VDC (18-30VDC)供電電 流250mA （100mA,照明關閉），除I/O端子電流和沖流（500mAi激光光 源紅外線LED監(jiān)測對 象和范圍300 x 300mm紙（與傳感器發(fā)射表面平行）；0.2 to 3m x 2m （原點是掃描中心位置），掃描角度1802種掃 描模式每個區(qū)域可單獨設置輸出輸出光電耦合/NPN開集電極輸出（30VDC 4mA,可用于設置監(jiān)測區(qū)域監(jiān)測區(qū)

59、域設置監(jiān)測區(qū)域轉換：通過輸入1,2, 3, 4來設定區(qū)域；發(fā)射停止：輸入1,2, 3, 4 同時為ON輸出響 應時間180msec (掃描速度 1 rev./100m sec);輸入響 應時間周期：1個掃描時間（100msec）指示燈電源（綠）：故障時閃爍；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-10 to +50 degrees C, 85%RH(無凝露)振動雙振幅1.5mm 10 to 55Hz, 每軸2個小時29 / 35沖擊490m/s2, 10 次，X, Y, Z 方向防護等 級IP64（

60、IEC 標準）壽命5 years （電動機壽命）材料前四：Polycarbonate, 后面：ABS約 500g車體框架結構的焊接工藝制定車體框架焊接工藝本設計中的自動導引車車體框架結構采用自動牽引車焊接工作站的方式焊 接，采用工裝夾具定位車體框架的各個零件，工件夾具為自動焊接夾具，采用氣動控制，部分特殊位置采用手動夾鉗，整體夾緊和拆卸快捷方便，氣動夾緊為手 動配合夾緊保證工件裝夾時間小于工件的焊接時間。焊接工裝夾具安裝于焊接工作臺上，夾具定位基準與設計基準保持一致， 保證焊接零件滿足圖紙要求，并且 夾具底板采用模塊化設計；工裝夾具安裝在整塊底板上，按照要求設計的夾具采 用反變形等手段消除焊接