AGV小车-----设计及研究2013

I 学 位 论 文 诚 信 声 明 书 本人郑重声明：所呈交的学位论文（设计说明书）是我个人在导师指导下进行的 研究（设计）工作及其取得的研究（设计）成果。尽我所知，除了文中加以标注和致 谢的地方外，论文（设计说明书）中不包含其他人或集体已经公开发表或撰写过的研 究（设计）成果，也不包含本人或其他人在其它单位已申请学位或为其它用途使用过 的成果。与我一同工作的同志对本研究（设计）所做的任何贡献均已在论文中做了明 确的说明并表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人愿承担一切相关责任。 学位论文作者签名： 日期： 学 位 论 文 知 识 产 权 声 明 书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：在校期间所做论文（设计）工 作的知识产权单位属于西安科技大学。 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论 文的复印件和电子版。本人允许论文（设计说明书）被查阅和借阅；学校可以公布本 学位论文（设计说明书）的全部或部分内容并将有关内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或其它复制手段保存和汇编本学位论文。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名： 指导教师签名： 年 月 日 II 题目：题目：AGV AGV 小小 车车 的的 设设 计计 与与 研研 究究 专业：专业：车辆工程车辆工程 学生：学生： （签名）（签名） 指导教师：指导教师： （签名）（签名） 摘摘 要要 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。 本文介绍了运用了最为简单的构造模式，仿真汽车的驱动结构，加以简化，后轮由 伺服电机、齿轮传动系统来驱动。前轮由伺服电机驱动，以实现转向。本设计主要进行 AGV 小车的机械部分设计。 关键字：关键字：AGV；连杆机构；激光导向 III Subject: : AGV Vehicle Design and Research Abstract Automatic Guided Vehicle AGV name (Automatic Guided Vehiele), it is under the control of the computer, such as magnetic or laser guidance device to guide and set the path running along the process to complete automatic operation of the unmanned vehicle, servo drives. For modern manufacturing, modern logistics to provide a highly flexible and automated modes of transport. AGV vehicle is currently widely used in manufacturing, logistics, warehousing, automotive, paper and other industries. With the development of AGV Vehicles, reasonable efforts to design a more simple mode of operation of the AGV vehicle to apply to more areas, AGV further promotion. This paper introduces the use of the most simple structural model, simulation-driven vehicle structure, be simplified and the rear by the servo motor, gear driven transmission. Front-wheel driven by the servo motor to achieve the shift. AGV design mainly the design of mechanical parts of the car. Keywords: AGV; linkage; magnetic orientation IV 目目 录录 1.绪论 . 6 1.1 1.1 论文研究的背景及意义论文研究的背景及意义 6 1.2 1.2 自动导引小车的定义及特点自动导引小车的定义及特点 1 1.3 1.3 自动导引小车的发展简史自动导引小车的发展简史 2 1.4 1.4 自动导引小车的应用现状自动导引小车的应用现状 3 1 15 AGV5 AGV 的关键技术及本论文的研究内容的关键技术及本论文的研究内容 5 1.5.1 1.5.1 自动导引小车的关键技术自动导引小车的关键技术 5 1.5.2 1.5.2 本论文研究的主要内容本论文研究的主要内容: : 5 1.6 1.6 本章小结本章小结 5 2.AGV 系统结构设计以及动力学建模型 . 6 2.1 AGV2.1 AGV 系统结构设置系统结构设置 6 2.2 AGV2.2 AGV 小车的动力学建模小车的动力学建模 6 2.2.1 2.2.1 车体运动建模车体运动建模 8 2.2.2 2.2.2 驱动后轮的运动建模驱动后轮的运动建模 9 2.2.3 2.2.3 车体整体的动力学模型车体整体的动力学模型 12 2.3 2.3 本章小结本章小结 13 3.AGV 中机械部分主要零件的选取 14 3.1 3.1 伺服驱动电动机的选取及其参数伺服驱动电动机的选取及其参数 14 3.13.1.1 .1 电机的结构图及其主要参数的选取电机的结构图及其主要参数的选取 15 V 3.1.23.1.2 伺服电机的选取过程伺服电机的选取过程 17 3.1.33.1.3 减速器的使用范围及选取减速器的使用范围及选取 19 3.23.2 伺伺服电机及其控制服电机及其控制 20 3.2.13.2.1 伺服电机工作原理伺服电机工作原理 20 3.2.2 3.2.2 伺服电机控制参数伺服电机控制参数 . . 20 3.33.3 轴的设计及其参数的计算轴的设计及其参数的计算 21 3.3.13.3.1 轴设计的方法轴设计的方法 21 3.3.2 3.3.2 驱动后轮轴的设计驱动后轮轴的设计 . . 22 3.3.33.3.3 车轮轴的受力分析和校核车轮轴的受力分析和校核 24 3.3.4 3.3.4 车轮轴承的受力分析和校核车轮轴承的受力分析和校核 25 3.43.4 齿轮的设计和选取齿轮的设计和选取 26 3.53.5 本章小结本章小结 28 4. 结论与展望 . 29 4.1 4.1 结论结论 29 4.2 4.2 展望展望 30 致 谢 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 31 VI 1.绪论 内容提要:本章介绍本论文研究的重要意义，综述自动导引小车的基本概念、组成及 其发展简史、应用现状和前景，并分析目前自动导引小车的主要引导方式、关键技术， 在此基础提出了本论文的研究内容。 1.1 1.1 论文研究的背景及意义论文研究的背景及意义 21 世纪制造业将进入一个新阶段，敏捷制造将成为企业的主导模式。能否抓住市场 机遇开发出新产品将是企业赢得竞争的主要手段。要减小生产成本对生产批量的依赖， 就要发展敏捷制造装备。繁重制造装各的可编程、可重组和快速响应能力使得在进行小 批量生产时，可实现接近中、大批量生产的效率。由于机器人具有自主规划、可编程、 可协调作业和基于传感器控制等特点，它将成为可重组的敏捷制造生产装备及系统的重 要组成部分，为传统制造企业向敏捷制造企业跨越发展提供重要的技术支持。自动导向 小车(Automated Guided Vehicle 简称 AGV)是移动机器人的一种，是现代制造企业物流 系统中的重要设备，主要用来储运各类物料，为系统柔性化、集成化、高效运行提供了 重要保证。AGV 主要有两类形式，一种是固定路径 AGV，它的运行路径是固定的，且有轨 道，故导引技术相对简单;另一种是自由路径 AGV，由于没有轨道，它为 AGV 自由运行提 供了最大可能， 但由于技术限制， AGV 沿任意路径自由运行仍是一个有待解决的技术难题。 在以往的生产线上，导向式 AGV 是人们经常采用的方式，有导轨式、磁导引式等方 法。这些方法都需要预先规划好 AGV 的运行路线，而且生产车间的装置不能随意移动。 随着生产车间智能化的提高，导向式 AGV 明显降低了 AGV 的柔性。因此，非导向式 AGV 将成为敏捷制造物流系统中的主要选择。 在非导向式 AGV 系统中， AGV 的运行路径不需要 由附加设备决定，而且当车间的布局变化后，只要及时改变规划系统的软件参数即可满 足路径规划要求。 资料显示:在产品生产的整个过程中，仅仅有 5%的时间是用于加工和制造，剩余的 95%都用于储存、装卸、等待加工和输送:在美国，直接劳动成本所占比例不足生产成本 的 10%，且这一比例还在不断下降，而储存、运输所占的费用却占生产成本的 40%.因此， 目前世界各工业强国普遍把改造物流结构、降低物流成本作为企业在竞争中取胜的重要 1 措施，为适应现代生产的需要，物流正在向着现代化的方向发展。自动导引小车 AGV 适 应性好、柔性程度高、可靠性好、可实现生产和搬运功能的集成化和自动化，在各国的 许多行业都得到广泛的应用。 目前，在我国某些汽车、烟草行业，AGV 已投入使用，并取得了良好的经济效益。但 从使用形式来看， 大都采用属于固定路径导向范畴的电磁导引 AGV， 无固定路径自主导向 的 AGV 由于诸多问题未能完全解决，还没有达到实用。因此 进行自山路径导向式 AGV 的 研究，不仅对敏捷物流设备的研制和应用有现实的工程意义，而且对移动机器人路径规 划有重要的理论意义。 1.2 1.2 自动导引小车的定义及特点自动导引小车的定义及特点 根据美国物流协会定义， AGV 是指装备有电磁或光学自动导引装置， 能够沿规定的导 引路径行驶，具有小车编程与停车选择装置、安全保护以及各种移载功能的运输小车。 AGV 是以电池为动力、装有非接触导向装置，独立寻址系统的无人驾驶自动运输车。AGVs 是自动导引车系统，它由若干辆沿导引路径行驶，独立运行的 AGV 组成。AGVs 在计算机 的交通管制下有条不紊地运行，并通过物流系统软件而集成于整个工厂的生产监控与管 理系统中。 应用 AGV 具有很多特点: (1)AGV 可十分方便地与其它物流系统实现自动连接，如 AS/RS(通过出从库台)、各 种缓冲站、自动积放链、升降机和机器人等；实现在工作站之间对物料进行跟踪;对输送 进行确认； 按计划输送物料并有执行检查记录:与生产线和库存管理系统进行在线连接以 向工厂管理系统提供实时信息。 (2)采用 AGV 由于人工检取与堆置物料的劳动力减少， 操作人员无需为跟踪物料而进 行大量的报表土作，因而显著提高劳动生产率。另外，非直接劳动力如物料仓库会计员、 发料员以及运货车调度员的工作的减少甚至完全取消又进一步减低了成本。 (3)AGV 运输物料时， 很少有产品或生产设各的损坏， 这是因为 AGV 按固定路径行驶， 不易与加工设