自动导引运输车的数字化设计(附件)
现如今，在制造业和仓储业中,大量的AGV被用来进行重复的运输工作。但是，设备费用、车辆操控性、能量效率和配置灵活性等几个关键因素时刻制约着AGV的广泛应用，在大型自动导引系统中影响更加明显。既要提高AGV的性能，又要节约能源，同时还要保持低成本和灵活性，所以，机电一体化技术被引入高性能自动导引小车之中。本文在分析研究国内外AGV现状与发展的基础上，设计自动导引小车，其主要工作内容包括：小车机械传动设计、电机的选择、运动学分析、三维建模。所设计的小车能够实现自主运行、运动轨迹（圆弧、直线）的控制等功能，达到了沿着设定的路线行驶。关键词 自动化车辆，自动导引，负荷承载，路径跟踪目 录
前 言 1
1 绪论 2
1.1 关于AGV的说明及研究 2
1.2 AGV的种类 2
1.3 国内外AGV发展历史及趋势 3
1.4 AGV的结构 8
1.5 AGV小车主要的技术参数 9
1.6 课题研究内容 10
2 AGV机械部分的设计 10
2.1 AGV机械结构的设计 10
2.2 AGV小车机械结构与建模 12
2.2.1 三轮布置的AGV小车结构与其建模 12
2.2.2 四轮布置的AGV小车结构与其建模 13
2.2.3确定机械传动方案 16
2.3 直流伺服电动机的选择 16
2.4 联轴器的设计 19
2.5 蜗杆传动的设计 20
2.6 轴的设计 25
2.6.1 前轮轴的设计 25
2.6.2 前轮轴的校核 28
2.6.3后轮轴的设计 30
2.6.4 后轮轴的校核 33
2.7 滚动轴承的校核 37
2.7.1 前轮轴上的轴承 37
2.7.2 蜗杆轴上的轴承 39
2.7.3后轮轴上的轴承 41
3 AGV运动学分析 43
3.1 动力学分析 44
3.2 动态分析 45
3.2.1 负荷承载能力 45
3.2.2 路径跟踪性能
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
33
2.7 滚动轴承的校核 37
2.7.1 前轮轴上的轴承 37
2.7.2 蜗杆轴上的轴承 39
2.7.3后轮轴上的轴承 41
3 AGV运动学分析 43
3.1 动力学分析 44
3.2 动态分析 45
3.2.1 负荷承载能力 45
3.2.2 路径跟踪性能 46
3.2.3 车辆的转向操纵性能 47
结论与展望 49
致谢 50
参考文献 51
前 言
现如今，在许多分拨、转运及运输等许多应用领域中需要大量的AGV开展重复的运输任务，但是，几个关键因素时刻影响其进一步发展。设备费用应该考虑为一个大型系统的首要因素（高达400个AGV），尤其是在成本敏感的行业。单个AVG的费用由指导传感器，驱动电机，动力电池和整车控制器大致确定。近年来，技术的进步和微电子和微型计算机的成本降低使得开发可以存储路由指令、自己做决定、甚至是参与全球交通控制体系的智能车载控制系统的价格在可承受范围之内，但是，其它三个要素仍占据着AGV硬件成本中相当大的部分。所以，要不断研究新型AGV和解决其固有问题。
论文的部分安排如下，第1节主要介绍AGV的情况和国内外发展趋势。自动导引小车的机械设计在第2节中论述。运动学分析在第3节进行分析。总结和一些潜在的研究分别列于第4节。
1 绪论
1.1 关于AGV的说明及研究
AGV是自动导引运输车 (Automated Guided Vehicle)的英文缩写，是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，在工业应用之中，自动导引小车不需驾驶员的操控，并且利用可充电蓄电池作为其动力来源。
AGV的路径和控制主要依靠计算机网络，先根据计算机模拟出负荷、路径和运动，然后通过点对点直接精准控制AGV小车的行驶，最后才能完成工厂的生产要求。
以巷道堆垛机装备的自动化仓库常常被称为现代物流系统的枢纽，而AGV是连接各条枢纽的动脉。
AGV的主要是依靠轮子滚动，而现代的主流智能机器人是采用仿人类的腿部跨式移动，所以相对于机器人而言，AGV小车的行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强和安全性好。现代物料输送中，还常用的堆码机、单轨小车、传送带、传送链、传送辊道和固定式机器人等等，与其相比，AGV的活动区域无需铺设轨道、支架座等固定装置，不受场地、道路、空间的限制。因此，在未来愈加先进的自动化物流系统中，AGV最能充分体现其自动性和柔性，实现高效、经济、灵活的无人化生产。近些年以来，由于全球化的步伐加快，贸易交通更加便捷，国内外的自动化技术都呈现井喷式的发展，国内的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。为了加快生产运输过程，常常利用AGV小车将自动仓库与生产车间、相邻工位、各个段输送线联系成一个密切相关的整体 [1]。
1.2 AGV的种类
自动导引小车的种类：有轨型和无轨型两种。
作为前者，固定导向路径首先用于AGV系统，并且其优选的轨迹可以通过使用电线，磁带或嵌入或铺设在地板上的反光带来确定。它们的指引传感器具有一个相对简单的工作原理和较低的制造成本。但是，他们通常有一个厘米的档次的短暂检测范围去引导路径。为了避免导航信号的缺失，这些的AGV局限于固定引导路径，并且不能极大地避免这个现象。路径跟踪是用来消除AGV的位置偏差和方向偏差，并保持它沿着引导路径移动。无论运用什么样的控制技术，不变的物理事实是：如果重型车辆的路径跟踪是指在其短暂的检测范围中迅速转向其庞大的身体和保持引导路径，那么其驱动系统所需要高转矩和功率是不可避免的。
另一种AGV的是自由行动，这意味着它的优选的轨道是软件编程，并且当增加新驻点或流动点时可以相对容易地改变，带有视觉导航系统的一些创新的原型甚至可以通过使用同步定位与地图取消对指导基础设施的依赖（SLAM），然而，激光导航系统可能是用于实现自由轨迹的AGV最普遍的的选择。至少在理论上，这些AGV的可以采取任何引导路径在点与点之间进行导航，因为它可以在其视野标注多个标记。当有障碍物时，运动计划被用做自由轨迹导航以确保标识的可见性，激光导航系统（例如SICKNAV350）的反光标志的检测范围往往超过35m，所以自由轨迹的AGV可以有目标路径较大的偏差，其导航和运动控制也不像在固定轨道上路径跟踪那么困难。但是，激光导航系统比用于AGV的跟踪固定导向路径的短程导传感器更加昂贵，这是为什么它不适合用于成本敏感的AGV。
1.3 国内外AGV发展历史及趋势
AGV小车首先起源于美国，随后在欧洲和日本发展，最后传到中国，并与本土实际情况相结合，其核心在于其导引方式，目前主要有：
1.3.1 直接坐标导引技术
将AGV的运动
前 言 1
1 绪论 2
1.1 关于AGV的说明及研究 2
1.2 AGV的种类 2
1.3 国内外AGV发展历史及趋势 3
1.4 AGV的结构 8
1.5 AGV小车主要的技术参数 9
1.6 课题研究内容 10
2 AGV机械部分的设计 10
2.1 AGV机械结构的设计 10
2.2 AGV小车机械结构与建模 12
2.2.1 三轮布置的AGV小车结构与其建模 12
2.2.2 四轮布置的AGV小车结构与其建模 13
2.2.3确定机械传动方案 16
2.3 直流伺服电动机的选择 16
2.4 联轴器的设计 19
2.5 蜗杆传动的设计 20
2.6 轴的设计 25
2.6.1 前轮轴的设计 25
2.6.2 前轮轴的校核 28
2.6.3后轮轴的设计 30
2.6.4 后轮轴的校核 33
2.7 滚动轴承的校核 37
2.7.1 前轮轴上的轴承 37
2.7.2 蜗杆轴上的轴承 39
2.7.3后轮轴上的轴承 41
3 AGV运动学分析 43
3.1 动力学分析 44
3.2 动态分析 45
3.2.1 负荷承载能力 45
3.2.2 路径跟踪性能
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
33
2.7 滚动轴承的校核 37
2.7.1 前轮轴上的轴承 37
2.7.2 蜗杆轴上的轴承 39
2.7.3后轮轴上的轴承 41
3 AGV运动学分析 43
3.1 动力学分析 44
3.2 动态分析 45
3.2.1 负荷承载能力 45
3.2.2 路径跟踪性能 46
3.2.3 车辆的转向操纵性能 47
结论与展望 49
致谢 50
参考文献 51
前 言
现如今，在许多分拨、转运及运输等许多应用领域中需要大量的AGV开展重复的运输任务，但是，几个关键因素时刻影响其进一步发展。设备费用应该考虑为一个大型系统的首要因素（高达400个AGV），尤其是在成本敏感的行业。单个AVG的费用由指导传感器，驱动电机，动力电池和整车控制器大致确定。近年来，技术的进步和微电子和微型计算机的成本降低使得开发可以存储路由指令、自己做决定、甚至是参与全球交通控制体系的智能车载控制系统的价格在可承受范围之内，但是，其它三个要素仍占据着AGV硬件成本中相当大的部分。所以，要不断研究新型AGV和解决其固有问题。
论文的部分安排如下，第1节主要介绍AGV的情况和国内外发展趋势。自动导引小车的机械设计在第2节中论述。运动学分析在第3节进行分析。总结和一些潜在的研究分别列于第4节。
1 绪论
1.1 关于AGV的说明及研究
AGV是自动导引运输车 (Automated Guided Vehicle)的英文缩写，是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，在工业应用之中，自动导引小车不需驾驶员的操控，并且利用可充电蓄电池作为其动力来源。
AGV的路径和控制主要依靠计算机网络，先根据计算机模拟出负荷、路径和运动，然后通过点对点直接精准控制AGV小车的行驶，最后才能完成工厂的生产要求。
以巷道堆垛机装备的自动化仓库常常被称为现代物流系统的枢纽，而AGV是连接各条枢纽的动脉。
AGV的主要是依靠轮子滚动，而现代的主流智能机器人是采用仿人类的腿部跨式移动，所以相对于机器人而言，AGV小车的行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强和安全性好。现代物料输送中，还常用的堆码机、单轨小车、传送带、传送链、传送辊道和固定式机器人等等，与其相比，AGV的活动区域无需铺设轨道、支架座等固定装置，不受场地、道路、空间的限制。因此，在未来愈加先进的自动化物流系统中，AGV最能充分体现其自动性和柔性，实现高效、经济、灵活的无人化生产。近些年以来，由于全球化的步伐加快，贸易交通更加便捷，国内外的自动化技术都呈现井喷式的发展，国内的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。为了加快生产运输过程，常常利用AGV小车将自动仓库与生产车间、相邻工位、各个段输送线联系成一个密切相关的整体 [1]。
1.2 AGV的种类
自动导引小车的种类：有轨型和无轨型两种。
作为前者，固定导向路径首先用于AGV系统，并且其优选的轨迹可以通过使用电线，磁带或嵌入或铺设在地板上的反光带来确定。它们的指引传感器具有一个相对简单的工作原理和较低的制造成本。但是，他们通常有一个厘米的档次的短暂检测范围去引导路径。为了避免导航信号的缺失，这些的AGV局限于固定引导路径，并且不能极大地避免这个现象。路径跟踪是用来消除AGV的位置偏差和方向偏差，并保持它沿着引导路径移动。无论运用什么样的控制技术，不变的物理事实是：如果重型车辆的路径跟踪是指在其短暂的检测范围中迅速转向其庞大的身体和保持引导路径，那么其驱动系统所需要高转矩和功率是不可避免的。
另一种AGV的是自由行动，这意味着它的优选的轨道是软件编程，并且当增加新驻点或流动点时可以相对容易地改变，带有视觉导航系统的一些创新的原型甚至可以通过使用同步定位与地图取消对指导基础设施的依赖（SLAM），然而，激光导航系统可能是用于实现自由轨迹的AGV最普遍的的选择。至少在理论上，这些AGV的可以采取任何引导路径在点与点之间进行导航，因为它可以在其视野标注多个标记。当有障碍物时，运动计划被用做自由轨迹导航以确保标识的可见性，激光导航系统（例如SICKNAV350）的反光标志的检测范围往往超过35m，所以自由轨迹的AGV可以有目标路径较大的偏差，其导航和运动控制也不像在固定轨道上路径跟踪那么困难。但是，激光导航系统比用于AGV的跟踪固定导向路径的短程导传感器更加昂贵，这是为什么它不适合用于成本敏感的AGV。
1.3 国内外AGV发展历史及趋势
AGV小车首先起源于美国，随后在欧洲和日本发展，最后传到中国，并与本土实际情况相结合，其核心在于其导引方式，目前主要有：
1.3.1 直接坐标导引技术
将AGV的运动
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