《哈工大制造系统自动化大作业自动导引式物料搬运小车系统设计方案.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《哈工大制造系统自动化大作业自动导引式物料搬运小车系统设计方案.pdf（20页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、1/20 自动导引式物料搬运小车系统设计课程名称：制造系统自动化学生姓名：XXXX 学 号：10908104XX 班 级：0908104 2/20 作业一自动导引式物料搬运小车系统设计一）任务书一、自动导引搬运小车功能示意图图 1 自动导引搬运小车结构示意图图 2 小车运行线路示意图二、基本要求与参数本作业要求完成一种自动导引式物料搬运小车系统设计。小车主要实现的功能是自动寻迹并且完成物料的搬运。如上图所示，小车首先在A 区装载物料，然后开始沿着指定轨迹黑色导引线）自动运行，导引线宽为20mm，小车上要求装有相应的传感器用来完成寻迹和小车运行轨迹调节，保证小车始终沿着指定轨迹运行不偏离。运行到
2、C 区以后停止，卸货后沿原路径返回A 区再次装载物料，如此往复。A、C 区各有一条与导引线垂直的黑色边界线，线宽为20mm，要求小车在A、C 区停止时，不能超出边界线限定范围。小车由蓄电池供电）相关设计参数：1）小车运动方式：全自动导引式。5000 5000 文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:C
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7、 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3
8、ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O53/
9、20 2）小车载重能力:15Kg，自重不超过15Kg。3）小车运动距离：5000mm。4）小车运行速度：不小于0.5m/s。三、工作量1）小车轮系结构的设计与分析；2）自动导引方案的设计及传感器的选择与分析；3）小车驱动及运动控制方案的设计与分析；4）控制流程的设计以及控制程序的编写；5）设计说明书一份。四、设计内容及说明1）根据要求选择合适的传感器，设计搬运小车的自动导引系统，并进行可行性分析，保证小车能够沿着给定的路径运动。2）确定小车的轮系结构，如主动轮与从动轮的个数以及转向方式。设计小车的驱动方案，确定电机的个数与类型，计算小车载重、行驶速度等技术指标，并分析论证轮系结构与驱动方案的合
10、理性，满足设计要求。3）小车控制系统设计，包括确定控制方案、控制核心器件的选择、自动导引功能的实现原理、绘制控制流程框图、编制控制程序。三轮结构三轮结构常采用前轮驱动与转向轮合成为一个组合轮、后轮为两个支撑定向轮的方式，其机械结构视觉图如图1-1 所示。文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10
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17、图 1-1 三轮结构机械示意图图中小车后端的两个即为同轴定向的从动轮，前端主动轮为可以转180 度的万向轮。主动轮上需装备两个电机，一个是用于控制方向的，一般使用精度较高的步进电机；另一个用于驱动小车，一般使用直流减速电机。三轮结构是一款非常灵活的轮系结构，载荷行走为拖动型，常用于路面比较差的环境。它的机械构造和控制非常简单，成本低，但是它的缺点也较为明显：首先由于两个从动轮无法定向，一般将导向传感器装在车体后边，因此三轮结构主要用于前进方向行走；其次这种轮系结构是3 个轮子支撑车体，所以载重时应把货物放在车体中心或后轮附件的位置，这样才能更好的保证车体平衡性；尤为值得注意的是在行走过程时，当
18、车体运动过快时，在转弯时由于离心力的作用，很容易使重心移向转向轮的两侧，而使车体发生侧翻，因此这种结构更适合于低速的场合。(2四轮结构四轮结构是目前最为常见的一种AGV 轮系结构之一，它一般采用转向轮为主动轮式和转向轮为从动轮，定向轮为主动轮式两种方式。转向轮为从动轮，定向轮为驱动轮式。这种方式是目前最常见的一种四轮结构，其机械结构视觉图如图1-2 所示。文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4
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25、J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O55/20 图 1-2 转向轮为从动轮，定向轮为主动轮式机械效果图这种车型结构同普通汽车一样，前面两个万向轮为转向轮，使用步进电机来精确控制转向角度，可以用连杆或同步带来做转向传动；后端两个定向轮为驱动轮，可以用一个电机通过安装差速器驱动两个轮子，也可以用两个电机分别驱动，这样可以避免出现一个主动轮悬空空转导致驱动力下降的问题，而且还可以省去安装差速器。因为驱动轮在小车后端，所以前轮的转动角度就不能太大，但是如果转动精度要求不高，则可以采用连杆传动机构。这种四轮结构虽然控制简单，而且机械结构也不是很复杂
26、，但是它只适合与单向行驶，而且由于驱动轮在后端，所以最小转弯半径较大。转向轮为驱动轮式。这种方式的四轮结构也是目前市场上较为常见的一种轮系结构，工业生产中使用的叉车就类似于这种结构，其机械视觉图如图1-3 所示。图 1-3 转向轮为驱动轮式机械效果图文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5
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32、J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O56/20 在这
33、种结构中，前面两个为用直流步进电机控制转向角度的转向轮，同时在每个转向轮上安装一个驱动电机以驱动轮子，后面两个轮子为从动轮。为了保证两个转向轮转向角度的一致，可以使用和汽车结构类似的连杆传动方式，如果要求转弯半径较小，也可采用图中所示的同步带传动方式。因为这种结构中从动轮部分机械结构较简单，因此可以方便的安装减震系统，而且在小车转弯时，为了使从动轮的内外侧轮子产生速度差，两个从动轮必须独立转动而不可以使用同轴联接。这种结构在驱动和转向控制上都非常灵活和简单，而且能满足较小的转弯半径，但是正如上面所述，由于它的轮系结构需要增加很多机械部件的支持，否则会造成致命的缺陷，这样就增加了机械部分的复杂性
34、，从而也增加了小车的自重和成本。(3其它结构以上叙述的三轮结构和四轮结构其实是最简单，也是最常见的两种轮系结构，在它们的基础上可以演变出其它的轮系结构：如三轮结构往往会在转弯过程中侧翻，因此可以在转向轮两侧安置两个贴近地面的轮子，这种轮系结构也是目前市场上常见的改进性三轮结构。其它的轮系结构其基本原理都和上述轮系结构相似，因此不再详述。2、自动导引小车轮系结构的机械设计在确定本设计AGV的轮系结构前，有一个重要的技术指标必须确定：小车是单向行驶还是双向行驶，因为这将直接关系到小车轮系结构的选择。鉴于本设计小车要求双向行驶，我们选定了六轮结构，中间两轮驱动，其它为万向轮型的轮系结构，其机械视觉图
35、如图 1-4 所示。图 1-4 六轮结构机械效果图从图中我们可以看出，这款小车的轮系结构和上面提到的几种结构有很大的区别。首先它采用了六轮的底盘，中间两个定向轮为驱动轮，前后四个万向轮为从动轮，这和目前美国研制的火星探测车的结构有点类似。当电机正转或反转时，小车可以前进或后退；通过内外侧两个驱动轮的速度差实现小车转弯；而当一个电机正转，一个电机反转时可以实现小车原地转弯。这种轮系结构不但控制简单，而且机械结构也没有上述轮系结构那么复杂，同时它不需要很多的机械部件的支持，这样不但节省了成本，也减少了控制难度。文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编
36、码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z
37、9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3
38、 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文
39、档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C
40、7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5
41、F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O
42、5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O57/20 但是这种六轮结构有一个缺点，如图中所示，两对从动轮分别安装在主动轮轴的两侧，当小车行驶到不平的路面时，主动轮很容易被两侧的从动轮抬离地面，而使驱动轮不能驱动小车行驶，因此需要在从动轮上安装减振弹簧等机械部件，使得六个轮子能与地面充分接触，保持和地面的摩擦力。3、自导引小车的性能要求在确定了小车的轮系结构以后，我们还必须确定小车载重、转弯半径
43、、行驶速度等技术指标。首先我们要选择合适的驱动电机，因为电机的性能参数直接决定着整辆小车的运动速度和驱动力。在选型过程中，主要考虑电机的额定电压和额定功率这两个参数。电机的输出功率和小车的重量之间存在以下关系：式中 P 为电机功率，为摩擦系数，m 为小车重量，g 为重力加速度9.8m/s2），v 为小车的最大速度。按照小车的最大重量承重加自重）为30kg，摩擦系数按照0.15，最大行驶速度为0.5m/s 计算，电机总的最大输出功率为22.05W，因为小车使用了两个驱动电机，因此每个电机的额定功率必须要大于11W。考虑到为了便于其它控制电路的取电，电机的额定电压取24V，这样两个12V10Ah
44、的蓄电池串联即可作为整个系统的电源。在满足上面要求的条件下，为了节省成本，我们采用一款额定电压为24V，功率为15W，转速为128圈每分钟的直流减速电机。在确定了电机型号和小车的行驶速度后，小车轮子的直径也可以确定，小车驱动轮的直径和电机转速之间的公式如下：式中 v 为小车的最大行驶速度，n 为电机每分钟的最大转速，d 为驱动轮的直径，而我们选定的电机的最大转速是128r/m，v 为 0.5m/s，因此可以得到驱动轮直径d 约为0.075m。在确定了小车的几个关键的技术指标后，根据小车的设计要求我们得出一张如表1-1所示的小车机械指标表。表 1-1 小车各项机械技术指标小车控制方式自动/手动最
45、大行驶速度1m/s导航方式红外循迹轮系结构六轮结构车轮直径75mm驱动方式双轮差速驱动工作时间连续接受负载方式可选自动/手动电池组天能 24V/10Ah 免维修）负载能力最大 15kg蔽障方式超声波自重15kg卸货方式自动卸货行驶方向双向前、后）文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6
46、C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D5F3 ZP8G4J5B4O5文档编码:CU10I5P6C7Z9 HU1Q6I8D
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