背負(fù)舉升型智能物流小車

.前言1.1研究背景及意義隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，智能系統(tǒng)已經(jīng)在各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。智能車輛技術(shù)也與時俱進(jìn)、同步發(fā)展。智能車應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)展，目前主要應(yīng)用于物流運輸、軍事部門和空間采樣等領(lǐng)域。智能小車簡稱AGV小車，是一種應(yīng)用導(dǎo)航、通信、自動化控制的具有安全保護(hù)和多種移動載重功能的運輸車。小車起初的目的是降低工人的勞動強度，隨著社會的不斷的發(fā)展，人們開始考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低制造業(yè)的生產(chǎn)成本。由于智能小車具有行駛靈敏、效率高等特點，人們開始大量引進(jìn)智能小車，不但提高了工廠的工作效率而且隨著各種技術(shù)的突飛猛進(jìn)智能小車發(fā)展成為一種多功能的復(fù)合小車，應(yīng)用范圍越來越廣[1]。智能小車作為各行各業(yè)的理想運輸工具，得到了越來越多的應(yīng)用。目前已經(jīng)有許多科研單位對智能小車不斷深入研發(fā)，小車自動定位、自動引導(dǎo)控制技術(shù)成為研究領(lǐng)域的熱點[2-5]。最具代表性的應(yīng)用領(lǐng)域是智能運輸系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中車輛智能性能的進(jìn)化具有非常大的意義，因此對智能小車結(jié)構(gòu)及功能的提升進(jìn)行深入的研究具有重要的理論和現(xiàn)實意義。1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢于19世紀(jì)50年代初，人們致力于研究智能小車。當(dāng)今社會，萬象更新，概念類的此種產(chǎn)品層出不窮，目前已發(fā)展成為一種自動化物料運輸設(shè)備。由美國Barrett公司自主研發(fā)的智能小車就是個例子。這種小車應(yīng)用到工廠物料的裝卸，降低工人勞動強度。十幾年后，在歐洲出現(xiàn)了主要用于工業(yè)化生產(chǎn)的多種形式、不同水平的智能小車。德意志聯(lián)邦大學(xué)曾研制出依靠機器視覺來實現(xiàn)車輛橫向和縱向的VaMoRs智能原型車輛[6]；日本大阪大學(xué)的Shirai實驗室曾研制出一種利用電位計和旋轉(zhuǎn)編碼器來獲取小車轉(zhuǎn)向角從而完成了智能小車的精確定位；荷蘭鹿特丹港口工廠貨物的運輸采用一種裝有Combiroad系統(tǒng)的智能小車來完成，該智能小車的導(dǎo)向技術(shù)采用的是磁性導(dǎo)航，該智能小車的研制有望將港口的貨物運往各地。此外，對智能移動車輛有一定研究的機構(gòu)還有英國國防研究處、韓國理工大學(xué)、美國麻省理工學(xué)院等。隨著計算機技術(shù)的普及小車的控制系統(tǒng)更加先進(jìn)，控制可靠性更高，使得智能小車的技術(shù)達(dá)到了更高的水平[7-9]。我國對智能小車的研制起步晚，開始著手智能小車的研究是在20世紀(jì)80年代，由于技術(shù)和經(jīng)驗的不足，大多研制的智能車輛功能都非常簡單，但隨著國內(nèi)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)很多高校和企業(yè)都在自主研發(fā)智能小車，頗有成效。標(biāo)志著我國開始自動引導(dǎo)車輛（AGV)的研制是沈陽自動化研究室研制的第一輛無人駕駛智能小車；北京起重機械研究所設(shè)計了第一臺智能小車；北京郵政研究所研發(fā)出自動引導(dǎo)小車；天津理工學(xué)院曾研發(fā)出應(yīng)用在核電項目的光學(xué)智能小車；20世紀(jì)90年代中期，清華大學(xué)曾研制出一種通過圖像識別來實現(xiàn)自動導(dǎo)航的車輛；吉林大學(xué)曾研制出一種智能小車的模型，該智能小車能夠?qū)崿F(xiàn)自動無人駕駛。我國經(jīng)過多年的研究對智能小車的研制取得了一定的成果，但是相比于歐美發(fā)達(dá)國家還存在一定的差距。取得的主要成果是：能夠在高速路上以90km/h行駛的無人駕駛小車，該無人駕駛小車是國防科技大學(xué)和中國第一汽車集團(tuán)公司在2003年研制的車輛；吉林大學(xué)曾研制出含有圖像識別、制動、轉(zhuǎn)向等功能的智能小車，小車的行駛速度可達(dá)到20km/h；配有激光雷達(dá)、彩色攝像機和導(dǎo)向定位儀的軍用無人駕駛車，該車是由清華大學(xué)、北京理工大學(xué)、國防科技大學(xué)等高校聯(lián)合研制的。目前我國已經(jīng)加大了對智能小車的研發(fā)投入，智能小車的研制在一定程度上促進(jìn)了我國自動化技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。但智能小車還要依照自動化和標(biāo)準(zhǔn)化的要求，與監(jiān)控設(shè)備和操控設(shè)備等組合，智能小車系統(tǒng)才能更好地發(fā)揮其優(yōu)勢[10-11]，所以智能小車的技術(shù)在未來一定會有一個高速發(fā)展的時期。1.3研究的目的和主要內(nèi)容 論文研究的主要目的是通過對小車車體結(jié)構(gòu)、舉升裝置結(jié)構(gòu)、運動學(xué)原理等的研究，設(shè)計出一種具有單道行駛、行走平穩(wěn)，可潛伏到工裝車下自動升降掛接或脫落料車的背負(fù)舉升型智能物流小車。通過對其控制系統(tǒng)的研究，使小車的控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定，確保小車可以完成規(guī)定的任務(wù)。為以后更深入的研究提供參考。主要內(nèi)容如下：第一章，大概論述了本課題研究的目的和意義，對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，結(jié)合現(xiàn)狀介紹了本論文的主要研究內(nèi)容，為后面論文做了整體規(guī)劃。第二章，對智能小車的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，分析了AGV系統(tǒng)的功能要求及基本參數(shù)，確定了小車的導(dǎo)引采用二維碼導(dǎo)引技術(shù)，小車的驅(qū)動轉(zhuǎn)向技術(shù)采用差速轉(zhuǎn)向驅(qū)動。結(jié)合實際的資源條件最后對小車的電源技術(shù)進(jìn)行闡述。第三章，對背負(fù)舉升型智能物流小車的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。并對整車結(jié)構(gòu)外形、驅(qū)動機構(gòu)、舉升機構(gòu)進(jìn)行設(shè)計繪制其三維模型。第四章，對背負(fù)舉升型智能物流小車的關(guān)鍵部件選型，并對關(guān)鍵部件驅(qū)動輪及底盤和底盤支架進(jìn)行受力分析。第五章，結(jié)論，對論文的主要研究工作和結(jié)論進(jìn)行總結(jié)，提出研究需要進(jìn)一步改進(jìn)的地方，對背負(fù)舉升型智能物流小車的下一步研究設(shè)計做出展望。2.智能小車的關(guān)鍵技術(shù)2.1智能小車的功能要求智能小車屬于移動機器人，是一個結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的綜合系統(tǒng)。不但具備前進(jìn)、倒退、轉(zhuǎn)彎、原地旋轉(zhuǎn)的功能，而且還要有避障、過載保護(hù)、目標(biāo)任務(wù)分析、異常報警等行為特點。根據(jù)實際工作環(huán)境的需求，本設(shè)計中的背負(fù)舉升型智能物流小車應(yīng)具有以下特點：（1）單道行駛，行走平穩(wěn)，速度可以調(diào)節(jié)。（2）機械結(jié)構(gòu)布局緊湊，能實現(xiàn)平穩(wěn)行駛。（3）小車車身結(jié)構(gòu)符合設(shè)計要求，可以潛伏到工裝車下作業(yè)，底盤強度和剛度可以滿足滿載貨物時的行駛需求。（4）引導(dǎo)方式采用讀取二維碼。（5）小車應(yīng)具備自動導(dǎo)航行駛和停車定位功能，能夠根據(jù)作業(yè)目標(biāo)進(jìn)行最優(yōu)路徑的選擇。（6）小車應(yīng)具備接受主機指令，自動完成作業(yè)的任務(wù)。（7）小車應(yīng)具備自動報警功能，當(dāng)小車發(fā)生故障時，能夠自主判斷并上報故障原因。（8）小車應(yīng)具備安全裝置、激光障礙檢測裝置和防障礙警示報警等裝置。AGV小車能夠根據(jù)障礙檢測裝置發(fā)出的信號，做出減速、暫停或終止作業(yè)的動作，當(dāng)障礙解除時，能夠繼續(xù)執(zhí)行作業(yè)。2.2智能小車的基本參數(shù)智能小車基本參數(shù)如下表2-1所示：表2-1AGV基本參數(shù)序號項目基本參數(shù)1整機外形尺寸L1030mm×W750mm×H2952自身重量260kg(含電池)3引導(dǎo)方式二維碼4驅(qū)動方式底盤差速5行走方向前進(jìn)、原地旋轉(zhuǎn)、倒退（默認(rèn)配置不帶后方避障傳感器），轉(zhuǎn)彎（需要調(diào)度支持）6控制方式工控機7供電方式DC48V8最小轉(zhuǎn)彎半徑原地旋轉(zhuǎn)9額定運載質(zhì)量≤500kg10前進(jìn)速度60~72m/min11蓄電池DC48V,30AH,鋰電池12安全防護(hù)過載保護(hù)、緊急停止開關(guān)、異常報警、障礙物檢測13報警形式LED燈閃爍14升降最大速度10mm/s15升降高度精度±1mm15滿載連續(xù)運行時間6小時2.3導(dǎo)引技術(shù)AGV根據(jù)路徑偏移量來控制速度和轉(zhuǎn)向，從而保證AGV能夠精確行駛到指定方位的過程叫做導(dǎo)引。AGV能夠?qū)崿F(xiàn)自動行駛的關(guān)鍵在于自動導(dǎo)引技術(shù)的引進(jìn)。智能小車的自動導(dǎo)引行駛是通過安裝在車體上的傳感檢測裝置來獲取空間環(huán)境和小車位置信息，再通過控制系統(tǒng)的處理來實現(xiàn)的。根據(jù)AGV引導(dǎo)方式的工作原理的不同可將導(dǎo)引方式分為電磁感應(yīng)引導(dǎo)方式、光學(xué)引導(dǎo)方式、激光引導(dǎo)方式、視覺引導(dǎo)方式等。電磁感應(yīng)導(dǎo)引方式電磁感應(yīng)導(dǎo)引方式是AGV系統(tǒng)中常見的一種導(dǎo)引方式，小車的感應(yīng)裝置通過感應(yīng)路面上磁場的強弱來實現(xiàn)小車的自動引導(dǎo)，而磁場的產(chǎn)生是由于交變電流通過已鋪設(shè)好的行駛路徑的金屬線產(chǎn)生的[12]。通常在AGV車體上安裝兩個對稱的電磁感應(yīng)傳感器，主要目的是檢測磁場強度的差異，根據(jù)信號的變化來決定AGV系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向、糾偏等功能[13]。電磁感應(yīng)引導(dǎo)方式的特點是抗干擾能力強，線路隱蔽，但成本較高，一般適用于線路提前確定的工廠。光學(xué)導(dǎo)引方式首先在小車行駛的路面上鋪設(shè)具有特定顏色和材料的標(biāo)線，再利用車上光電探測傳感器發(fā)射和接收的信號來確定小車行駛的位置及相對于標(biāo)線的偏移量，進(jìn)而保證小車自動導(dǎo)引軌跡正確[14]，該技術(shù)相對成熟，成本低，但要求小車行駛的地面清潔、平整。激光導(dǎo)引方式激光引導(dǎo)屬于自由路徑引導(dǎo)方式，是在AGV行駛路徑的周圍安裝位置精確的激光反射板，智能物流小車在行駛過程中發(fā)出激光信號，信號反射到已事先設(shè)定好的坐標(biāo)定位反射板上，再獲取反射回的信號，通過計算機數(shù)學(xué)分析，進(jìn)而控制自己當(dāng)前的位置，通過連續(xù)的三角幾何運算來實現(xiàn)小車的自動行駛[15]該導(dǎo)引定位精確，但制造費用高，空間環(huán)境要求嚴(yán)格。（4）視覺導(dǎo)引方式[16]視覺導(dǎo)引是一種能夠使得AGV更加智能化的最佳解決方法，是一種極具發(fā)展前景的導(dǎo)引方式。它通過安裝在AGV小車上的攝像機來獲取地面上標(biāo)線的位置信息，并通過對圖像信息的處理確定小車當(dāng)前位置及導(dǎo)航偏差，從而實現(xiàn)小車的導(dǎo)引。（5）慣性導(dǎo)引方式[17]首先在AGV小車運行的路徑上安裝定位標(biāo)識，其次在AGV小車車體上安裝陀螺儀和速度檢測儀等裝置，當(dāng)小車向前運行時，AGV車載控制信號對陀螺儀發(fā)出的偏差信號進(jìn)行計算的同時采集地面上安裝的定位標(biāo)識。最后通過信息融合技術(shù)將AGV小車的位置和前進(jìn)方向，從而實現(xiàn)智能小車的導(dǎo)航。（6）二維碼導(dǎo)引方式[18]智能物流小車上的高速攝像頭捕捉到二維碼圖像，解析二維碼中的信息獲取二維碼在行駛軌跡全局坐標(biāo)下的坐標(biāo)信息，從而提供AGV導(dǎo)航所需要位置信息、導(dǎo)航信息。為了避免小車在利用二維碼導(dǎo)航時出現(xiàn)偏離方向的問題，需要在二維碼識別技術(shù)中增加可見光通信定位功能。二維碼引導(dǎo)成本低，定位精準(zhǔn)。其導(dǎo)引原理如圖2-1所示。圖2-1二維碼導(dǎo)引原理圖二維碼導(dǎo)引中，所有的二維碼都是帶有相應(yīng)的坐標(biāo)信息，不同位置的二維碼是不一樣的，不能混用，即二維碼的坐標(biāo)信息是固定的，不能隨意替換不一致的二維碼。通過對以上幾種導(dǎo)引方式的分析及評價，結(jié)合智能小車的工作環(huán)境，依據(jù)AGV的設(shè)計要求，選擇二維碼視覺引導(dǎo)技術(shù)，在倉庫中利用二維碼識別來實現(xiàn)智能小車對貨物的自動升降掛接和脫落料車。2.4驅(qū)動轉(zhuǎn)向技術(shù)智能小車能否在地面上靈活行駛，主要取決于小車的驅(qū)動和轉(zhuǎn)向，根據(jù)驅(qū)動方式的不同，智能小車的轉(zhuǎn)向裝置有以下三種：舵輪轉(zhuǎn)向驅(qū)動三輪車型的小車通常用這種類型的驅(qū)動轉(zhuǎn)向裝置，車輪分為驅(qū)動輪和舵輪兩種，舵輪主要實現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)向功能，也能當(dāng)作驅(qū)動輪使用。小車行駛動力主要由驅(qū)動輪提供，根據(jù)舵輪的功能，將其分為兩種類型。如圖2-1所示。前輪設(shè)定為舵輪，驅(qū)動輪后置（b）前輪既是舵輪又是驅(qū)動輪，兩個后輪是驅(qū)動輪圖2-1舵輪轉(zhuǎn)向驅(qū)動結(jié)構(gòu)差速轉(zhuǎn)向驅(qū)動該類型的驅(qū)動車輪一般對稱布置在車體前端位置，一個（三輪式）或兩個（四輪式）自由支撐輪固定于車體后端位置，該車體輪系結(jié)構(gòu)主要用于三輪和四輪的車型，結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。AGV小車底盤上的兩個驅(qū)動輪分別由兩個電機驅(qū)動，通過控制兩個驅(qū)動輪的速度可以實現(xiàn)智能小車的前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)彎時的轉(zhuǎn)彎半徑、速度和角速度的大小。差速驅(qū)動還可以實現(xiàn)小車的原地轉(zhuǎn)向，有很大的靈活性。圖2-2差速轉(zhuǎn)向驅(qū)動結(jié)構(gòu)全輪轉(zhuǎn)向驅(qū)動小車的四個輪既是驅(qū)動輪又是轉(zhuǎn)向輪，每個輪都有一個電機單獨控制，能實現(xiàn)小車的縱向、橫向、回轉(zhuǎn)等方向的行駛。輪系布置方式如圖2-3所示。利用該方式驅(qū)動的小車能夠在狹小的空間自由行駛，但整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制算法難度大。圖2-3全輪轉(zhuǎn)向驅(qū)動結(jié)構(gòu)本設(shè)計中，AGV小車車體自身重量為260kg,要求最大運載質(zhì)量為100kg,AGV小車的外形尺寸為L1030mm×W750mm×H295，通過對以上幾種轉(zhuǎn)向驅(qū)動方式的分析對比以及小車工作的實際狀況，AGV的系統(tǒng)功能要求和基本參數(shù)，智能小車采用二維碼導(dǎo)引的方式，又因智能小車的載重不超過100kg，且小車原地旋轉(zhuǎn)，貨物相對地面不旋轉(zhuǎn)，所以小車設(shè)計成兩輪驅(qū)動和四輪支撐轉(zhuǎn)向的結(jié)構(gòu)，底盤結(jié)構(gòu)安裝有兩個獨立的驅(qū)動輪，分別由兩個電機驅(qū)動，實現(xiàn)小車的前進(jìn)和后退，底盤上安裝的萬向輪可以實現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)彎。這種轉(zhuǎn)向驅(qū)動方式方便、靈活，同時該結(jié)構(gòu)滿足差速轉(zhuǎn)向驅(qū)動的原理。考慮到小車維護(hù)成本和加工制造難以程度，整體結(jié)構(gòu)和控制方法不太復(fù)雜，設(shè)計小車驅(qū)動轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)計有諸多優(yōu)點：（1）承載能力高，運行時平穩(wěn)可靠。小車的兩個驅(qū)動輪安裝于車體中間，四個萬向輪安裝于車體的四個邊角，AGV運行時能夠保證3~4個車輪與地面接觸。（2）AGV小車轉(zhuǎn)彎半徑小，有較強的靈活性。（3）AGV小車導(dǎo)航與定位精度高。小車采用二維碼導(dǎo)航，二維碼攝像機安裝于車體中間位置，AGV小車前進(jìn)和后退時導(dǎo)航傳感器的工作方式基本相同，易于調(diào)整和控制。圖2-4智能小車轉(zhuǎn)向驅(qū)動結(jié)構(gòu)2.5電源技術(shù)移動電源是智能小車中最主要的部分，其供電系統(tǒng)和充電系統(tǒng)是AGV系統(tǒng)作業(yè)穩(wěn)定和高效的保障。它可以為小車提供一定的電源，是小車的生命的源泉。它可以為小車的行走提供動力，為控制模塊提供穩(wěn)定的電壓。電池在放電過程中能夠保持恒定的電壓，內(nèi)阻比較小成本低廉這種電池是智能小車的理想電源。傳統(tǒng)小車采用車載24V和48V蓄電池作為動力源，可以對小車人工手動充電也可以自動充電。AGV小車需要自動充電時，AGV向工作中心發(fā)出退出工作服務(wù)請求，自行駛進(jìn)指定的充電區(qū)域進(jìn)行充電。增加了小車的不間斷工作時間。鋰電池被廣泛應(yīng)用于AGV小車中，因鋰電池具有體積小、重量輕、可快速充放電、維護(hù)方便、壽命長等特點。2.6本章小結(jié)本章主要對智能小車的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。包括：AGV系統(tǒng)功能要求、基本參數(shù)、導(dǎo)引方式和驅(qū)動方式。在導(dǎo)引方式中，對目前幾種常用的導(dǎo)引方式、工作原理進(jìn)行詳細(xì)的介紹，最后通過對幾種引導(dǎo)方式的對比，最終確定本設(shè)計中小車的引導(dǎo)方式采用二維碼引導(dǎo)技術(shù)。在小車的驅(qū)動方式中，對舵輪轉(zhuǎn)向驅(qū)動、差速轉(zhuǎn)向驅(qū)動、全輪轉(zhuǎn)向驅(qū)動的原理和適用環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)介紹，并最終確定背負(fù)舉升型智能物流小車的驅(qū)動方式采用兩個驅(qū)動輪和四個萬向輪結(jié)構(gòu)的差速轉(zhuǎn)向驅(qū)動。最后介紹了背負(fù)舉升型智能物流小車的電源技術(shù)。3.背負(fù)舉升型智能物流小車的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1機械結(jié)構(gòu)的組成和工作原理智能小車由機械部分和控制系統(tǒng)兩大部分組成。機械部分包括高強度塑料底盤、外殼、兩個驅(qū)動輪和四個萬向輪。是電機、電池以及控制系統(tǒng)的載體?？刂葡到y(tǒng)主要由傳感器部分（避障傳感器）、微型計算機部分（單片機）等部分組成。小車驅(qū)動部分是由2個伺服電機以及相應(yīng)的驅(qū)動機構(gòu)組成的，伺服電機帶動2個驅(qū)動輪，使得小車運動工作，前后采用應(yīng)用非常廣泛的萬向輪這樣既減小了小車機構(gòu)的復(fù)雜程度，又提高了轉(zhuǎn)彎的靈活性。通過改變作用于伺服電機的脈沖信號的頻率對電機實現(xiàn)不同精度的調(diào)速，同時可以對兩電動機施加不同的脈沖信號頻率時，可以通過差速的方式來實現(xiàn)吸塵器前進(jìn)，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)等不同功能。這個設(shè)計的最大優(yōu)點在于小車能夠在180°旋轉(zhuǎn)半徑下，以60m/min速度實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，同時轉(zhuǎn)彎的速度可以通過改變單片機的程序來調(diào)節(jié)。3.2整車結(jié)構(gòu)設(shè)計背負(fù)舉升型智能物流小車整體結(jié)構(gòu)包括：焊接結(jié)構(gòu)件車體、舉升板、驅(qū)動和控制單元、電池、報警防撞裝置、導(dǎo)航定位裝置、驅(qū)動輪和萬向支撐輪等。為了方便小車內(nèi)部零件的安裝和裝配，提高車體空間利用率，將小車的車體框架設(shè)計成箱式框架。設(shè)計的整車結(jié)構(gòu)緊湊、車體外部無明顯的突出部件，減少了車體碰撞發(fā)生的概率。智能小車車體是各個零件的主要承載部件，小車能舉升100kg的重物，初步選擇3-4mm厚的鋼板作為小車底盤的加工樣板，通過激光切割和焊接加工而成，這樣加工的小車底盤在承受較大的載荷時不易變形。小車整車結(jié)構(gòu)模型初步設(shè)計成圖3-1所示的結(jié)構(gòu)。87654123876541231091091.小車底盤2.電池3.驅(qū)動輪支架4.驅(qū)動輪電機5.載物臺6.絲桿螺母7.齒輪電機8.圓柱齒輪9.萬向輪10.驅(qū)動輪圖3-1小車整車結(jié)構(gòu)模型3.3驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計由2.4驅(qū)動轉(zhuǎn)向技術(shù)可知背負(fù)舉升型智能物流小車的驅(qū)動系統(tǒng)采用差速轉(zhuǎn)向驅(qū)動，將小車兩個驅(qū)動輪位置對稱布置在底盤兩側(cè)，通過控制電機使小車前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎，通過萬向輪的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)彎，智能小車的驅(qū)動模塊結(jié)構(gòu)包括：伺服電機、減速器、車輪、驅(qū)動輪支架。其結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。在小車一側(cè)驅(qū)動模塊中，驅(qū)動輪通過驅(qū)動輪支架固定在小車底盤上，伺服電機和減速器相連接，再通過軸與驅(qū)動輪連接。電機旋轉(zhuǎn)帶動驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而實現(xiàn)小車的前進(jìn)后退。小車驅(qū)動模塊的設(shè)計不僅需要滿足AGV系統(tǒng)功能和基本參數(shù)的要求，同時要求裝配簡單，易于實現(xiàn)。432143211.驅(qū)動輪支架2.伺服電機3.減速器4.驅(qū)動輪圖3-2驅(qū)動機構(gòu)模型在實際安裝中，為了保證驅(qū)動輪和萬向支撐輪在車體自重的作用下可以與地面共同接觸，將驅(qū)動輪安裝高度低于四個萬向支撐輪，這樣驅(qū)動輪可以與地面充分接觸，保證小車運行時與地面有足夠的摩擦力。3.4舉升機構(gòu)設(shè)計舉升機構(gòu)是背負(fù)舉升型智能物流小車的關(guān)鍵執(zhí)行機構(gòu)之一，其作用是將放在載物平臺上的物料舉升離開地面，方便貨物的自動升降掛接和脫落料車。舉升機構(gòu)包括的機械結(jié)構(gòu)有：載物平臺、圓柱齒輪、絲桿螺母、滾珠絲桿、驅(qū)動齒輪、驅(qū)動電機等。其三維結(jié)構(gòu)模型如圖3-3所示。54321543211.載物平臺2.絲桿螺母3.滾珠絲桿4.圓柱齒輪5.驅(qū)動電機圖3-3舉升機構(gòu)模型絲桿螺母一端安裝在軸承上，螺母外壁設(shè)有一圈外齒，外齒安裝有與其嚙合的驅(qū)動輪，驅(qū)動輪安裝在驅(qū)動電機上，驅(qū)動電機固定在安裝座上，安裝座上設(shè)有供絲桿穿過的通孔，軸承固定在安裝座上。該結(jié)構(gòu)通過驅(qū)動電機帶動螺母旋轉(zhuǎn)。螺母通過軸承安裝在安裝座上，螺母不滑動，旋轉(zhuǎn)的螺母帶動滾珠絲杠滑動實現(xiàn)貨物的舉升。3.5本章小結(jié)本章對背負(fù)舉升型智能物流小車的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)智能物流小車的性能需求，用Solidworks軟件繪制出整車結(jié)構(gòu)包括：焊接結(jié)構(gòu)件車體、舉升板、驅(qū)動和控制單元、電池、報警防撞裝置、導(dǎo)航定位裝置、驅(qū)動輪和萬向支撐輪等，并對小車的關(guān)鍵機構(gòu)驅(qū)動機構(gòu)及舉升機構(gòu)進(jìn)行設(shè)計模型，分析其工作原理。4.關(guān)鍵部件的選型及受力分析4.1直流伺服電機的選擇直流伺服電機的選擇是根據(jù)小車運動參數(shù)、小車受力分析等確定的，相關(guān)計算如下。（1）小車運動參數(shù)智能小車行走速度為60m/min=1000mm/s，則車輪轉(zhuǎn)速為：（4-1）（2）電機轉(zhuǎn)速初步確定減速機的減速比i=60，則電機的轉(zhuǎn)速為：（4-2）（3）智能小車的受力分析圖4-1車輪受力簡圖智能小車車架自重為P取P=260kg=2548N（4-3）智能小車載荷為GG=mg=100×9.8=980N（4-4）由此列出平衡方程（4-5）（4-6）解得F=84NFC=3444N兩個驅(qū)動輪受力情況如圖4-2所示。圖4-2驅(qū)動輪受力簡圖滾動摩擦阻力偶矩Mf的大小介于零與最大值之間，即（4-7）（4-8）式中δ是滾動摩擦系數(shù)[19]，查表可知δ=2~10，取δ=6mm牽引力F為：（4-9）①求換算到電機軸上的負(fù)荷力矩（4-10）式中：η為傳動效率，取η=0.7②電機的選定根據(jù)額定轉(zhuǎn)矩，初步確定選擇直流伺服電機，電機型號UABPT90L-4-25-0.75。4.2底盤支架受力分析背負(fù)舉升型智能物流小車在行走過程中，為了保證驅(qū)動輪能夠平穩(wěn)行駛，需要對驅(qū)動輪進(jìn)行固定。通過固定在小車底盤上的支架通過軸將驅(qū)動輪固定。其三維結(jié)構(gòu)模型如圖4-3所示。智能物流小車在滿載貨物行進(jìn)過程中，貨物重量主要施加在驅(qū)動輪及萬向輪上，而驅(qū)動輪所受的力又施加在驅(qū)動輪支架上，支架結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性對小車平穩(wěn)行駛至關(guān)重要，故需要對支架進(jìn)行受力分析。圖4-3底盤支架三維模型建立支架三維數(shù)學(xué)模型并對其進(jìn)行受力分析，受力簡圖如圖4-4所示。圖4-4底盤支架受力簡圖由圖4-1車輪受力簡圖可知，驅(qū)動輪所受的地面支撐力FN=FC=3444N。由圖4-4底盤支架受力簡圖可知，驅(qū)動輪所受的地面支撐力FN和小車滿載行走過程中驅(qū)動輪所受的壓力P是作用力和反作用力，即FN=P=3444N。驅(qū)動輪所受的壓力主要分布于支架上，即F1=1/2P=1722N。底盤對支架的支撐力分別為FN1和FN2。由此列出平衡方程。（4-11）（4-12）式中FN1=FN2，經(jīng)過計算可得FN1=1841N=FN2。4.3本章小結(jié)本章對背負(fù)舉升型智能物流小車的關(guān)鍵部件選型，根據(jù)背負(fù)舉升型智能物流小車的性能要求確定驅(qū)動電機采用直流伺服電機。并對智能物流小車的關(guān)鍵部件進(jìn)行受力分析，在選擇電機型號時，對小車的驅(qū)動輪及萬向輪進(jìn)行受力分析，最終確定了電機型號。為了確保智能小車在行走過程中能夠平穩(wěn)行駛，對小車的底盤支架進(jìn)行了詳細(xì)的受力分析。5.結(jié)論通過對背負(fù)舉升型智能物流小車工作原理的了解以及小車的優(yōu)缺點的了解，對小車的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的分析和介紹，電動機選擇直流伺服電動機，輪子采用滾動輪，兩個驅(qū)動輪，四個萬向輪。另外對智能小車驅(qū)動輪受力情況進(jìn)行分析并選擇電動機的型號，最后對底盤支架進(jìn)行受力分析。設(shè)計的結(jié)果如下：通過電腦和圖書館的一些書籍查閱了一些關(guān)于智能物流小車的相關(guān)文獻(xiàn)，對國內(nèi)外有關(guān)這些方面的研究有一些了解，通過對智能物流小車驅(qū)動轉(zhuǎn)向機構(gòu)的分析對比總結(jié)出它們各自的優(yōu)缺點，最終選擇了一種采用差速轉(zhuǎn)向驅(qū)動原理進(jìn)行驅(qū)動行駛的智能物流小車。并對對小車的整體外在結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。本文的設(shè)計重點是在對機械結(jié)構(gòu)和相關(guān)分析計算的基礎(chǔ)上對智能小車舉升重物機構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，最終設(shè)計出體積小重量輕的智能舉升重物小車大致的外形結(jié)構(gòu)。AGV的發(fā)展會向著更加智能化的方向前進(jìn)。

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