AGV自动导引小车的设计说明.docx

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AGV自动导引小车的设计说明

xxxxxxx

毕业设计

题目AGV自动导引小车的设计英文题目theDesignofAGVAutomatic

GuidedVehicles

院系

专业

姓名

年级

指导教师

二零一五年六月

本科生毕业论文（设计）独创性声明

本人声明所呈交的毕业论文（设计）是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致的地方外，本论文中没有抄袭他人研究成果和伪造数据等行为。

本科毕业设计答辩稿与学校提交的相似度检测文本完全一致。

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本科生毕业论文（设计）使用授权声明

学院有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文（设计）的复印件和磁盘，允许毕业论文（设计）被查阅和借阅。

本人授权学院可以将本科毕业论文（设计）的全部或部分容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复印手段保存、汇编毕业论文（设计）。

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日期：

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日期：

AGV是自动导引小车（AutomatedGuidedVehicle）的英文缩写。

它是指电磁或光学自动导引装置的设备，能按照规定的行驶路径，并具有安全保护功能的作用。

本次设计主要对自动导引小车的发展历史、种类以及小车结构设计和小车的技术参数进行说明，提出AGV导引小车设计的研究容；然后说明自动导引小车总体设计，对于传感器的选用及规格参数也进行详细的论述及说明；在自动导引小车的机械设计部分中对车轮轴和轴承的选取和校核进行了比较全面的分析，这也是本次设计的主要部分，然后再从小车的结构出发，用Pro/E对小车进行三维建模，详细伺服驱动电动机的选取，齿轮的设计与选取，还有驱动方式和车轮的选择，最后说明传感器的布置；接着对自动导引小车的驱动系统和行驶过程也进行了比较全面的分析论述，分析小车在行驶过程中的驱动力、行驶阻力、行驶的附着条件与附着率，以及主减速比的选择和电源部分选择，这些都用来提高小车的性能；最后说明本次设计的结论和展望。

在目前自动化的物流系统当中，自动导引小车将能够充分发挥其高效率，高灵活性以及经济性比较好的一些优点。

【关键词】AGV；自动导引小车；行走策略；传感器；电机驱动

Abstract

AGVishomingcar（AutomatedGuidedVehicle）ofEnglishabbreviations・Itreferstotheequipmentofelectromagneticoropticalautomaticguidingdevice,candrivepathinaccordancewiththerelevantprovisions,andhavethefunctionofthesafetyprotectionfunction.Thisdesignmainlydevelopmenthistory,kindsofautomaticguidedvehiclesandthecarstructuredesignandtechnicalparametersofthecar,researchcontentforthedesignofAGVguidedthecar；Thenexplainoveralldesignofautomaticguidedvehiclesfortheselectionofsensorsandthespecificationparametersarealsodiscussedindetailandinstructions；Inthemechanicaldesignoftheautomaticguidedvehiclespartsandchecktheselectionofcaraxleandbearinghascarriedonthecomprehensiveanalysis,itisalsothemainpartofthedesign,andthenfromthestructureofthecar,carinPro/E3dmodeling,detailedselectionofservomotor,geardesignandselection,anddrivemodeandthechoiceofthewheel,andpointedoutthearrangementofsensors；Thenthedrivesystemandthedrivingprocessofautomaticguidedvehiclesisalsocarriedonthecomprehensiveanalysis,thispaperanalysisthecarinthedrivingforceintheprocessofdriving,drivingresistance,adhesionconditionsofroadandadhesionrate,aswellastheselectionofmainreductionratioandthepowerpart,theseareusedtoimprovetheperformaneeofthecar；Finally,theconclusionandoutlookofthedesignaredescribed・Inthecurrentlogisticssystemofautomation,automaticguidedvehicleswillbeabletomakefulluseofitshighefficiency,highflexibilityandeconomybettersomeadvanlages・

【Keywords】AGV；automaticguidedvehicle；walking

strategy；sensormotordrive

前言0

第一章绪论1

1.1关于AGV的说明及研究1

1.2AGV的种类1

1.3国外AGV发展历史及趋势2

1.4AGV的结构2

1.5AGV小车主要的技术参数4

1.6课题研究容5

第二章AGV总体设计6

2.1AGV机构部分6

2.2AGV电控部分7

2.2.1传感器的选用7

2.2.2AGV的控制部分10

2.2.3AGV的执行部分11

2.3本章小结13

第三章AGV机械部分的设计14

3.1AGV机械结构的设计14

3.2AGV小车机械结构与建模15

3.2.1三轮布置的AGV小车结构与其建模15

3.2.2四轮布置的AGV小车结构与其建模18

3.3伺服驱动电动机的选取及其参数21

3.4减速器的使用围及选取25

3.5轴的设计及其参数的计算26

3.5.1轴的设计方法26

3.5.2驱动后轮轴的设计27

3.5.3车轮轴的受力分析和校核28

3.5.4车轮轴承的受力分析和校核29

3.6齿轮的设计和选取31

3.7驱动方式的选择和车轮的选择33

3.8本章小节34

第四章AGV驱动系统的设计35

4.1驱动系统的部件35

4.2AGV行驶过程的分析36

4.2.1AGV小车行驶阻力的计算36

4.2.2AGV小车行驶驱动力的计算38

4.3AGV行驶的附着条件与附着率分析38

4.4主减速比的选择40

4.5电源的选择42

4.6本章小节43

第五章结论44

参考文献45

辞47

随着经济社会的发展，自动化的设备越来越得到人们的青睐。

首先，自动化的设备能使企业的生产操作更加人性化，更加的快捷方便；其次采用自动化的设备可以把一些比较繁重的体力劳动交给自动化的设备来进行处理，这样可以极提髙企业的劳动生产率，降低企业的生产成本；还有自动化设备有助于提高社会生产力，系统推动工业飞速发展，提高生产能力，工作质量，使工作地的安全性和可靠性都能得到显著的提髙，而且调整和维修方便。

目前，在自动化设备的发展过程中，企业越来越看重自己的生产成本与生产效率，自动导引小车就是结合企业在自动化生产中的这个需求得到了广泛的应用和发展。

本次设计的课题是《AGV自动导引小车设计》，主要针对自动导引小车的传感器，车轮轴与轴承，伺服电动机，传动齿轮进行了详细的论述和分析，对它们选取过程以及校核等进行了说明；其次重点针对自动导引小车行驶过程中所受到的各种力以及小车行驶条件进行了详细的说明。

这也是本次设计研究的重点问题，更多的细节问题将会在下面的章节中进行更为细致的讨论。

第一章绪论

1.1关于AGV的说明及研究

AGV（AutomaticGuidedVehicle）,自动导引AGV小车。

自动导引小车不仅可以用于物料的输送，而且具有装载货物的功能，还可以全自动移动到另一个地方,把所载的货物自行能够卸下来的一个智能自动化的小车。

自动导引小车通常以电池作为其的动力的提供者，但现在有些制造商使用非接触能量传输系统作为AGV小车的动力源。

自动导引小车运动特性跟其它车辆一样采用的是轮子，与其它不是以轮子运动为特性的（爬行或者是步行机器人）相比较，AGV小车不管是在其速度上，工作效率上，还是在其结构上优点都是比较突出，而且控制性和操作性比较简单，安全性方面也是特别可靠的。

AGV小车还有一个比较好的优点是如果在其使用的路径上有其它的运输设备，则这些设备不需要另外铺设轨道或者是其它的一些装置，而且小车对场地的宽度，道路和空间的使用相对来说都是比较低的。

所以在现在企业比较自动化物流的一些系统中，自动导引小车的性能发挥的特别好，而且显现出其无人操作的自动化的高水平。

自动导引小车一些自动化的动作也就是命令，还有它工作过程中行走的路径都是由电脑来进行操作控制的，有的一些小车以电磁轨道作为它的行进路径。

在现在自动化的运输物流过程的系统中，搬运和装卸是无非是一个比较关键的节点，因为它在物流运输过程中使用的次数是最多的，也是物流费用中占比比较大的部分，正是因为自动导引小车的自动化程度比较髙，不仅能够充电，而且外表精巧简洁，所以可以将企业的侧面形象提升到另一个层面。

综上，自动导引小车是作为一种工具，在各种场合都可以配上它来使用，其发展势头非常好，所以AGV小车的发展的速度也非常快。

1.2AGV的种类

自动导引小车的种类：

无轨型和有轨型两种。

在地面上或者在一定的空间中具有机械式导向的轨道称为是有轨型的自动导引小车。

有轨型的自动导引小车的结构比较牢靠，承载的能力也比较大，成本不高，尤其是无轨型的技术方面相对来说比较成熟以及可靠性好，定位的准确精度较髙，在直线或环线的双向物流系统中经常用到。

自动沿着电脑预先设置好的路径工作的小车称为无轨型的自动导引小车。

1.3国外AGV发展历史及趋势

自动导引小车首先在美国起源，然后在欧洲发展，接着在日本发展，最后来到了中国。

1913,该公司第一次使用美国福特汽车引导车跟琮，这是AGV自动导引车的早期发展。

经过美国福特汽车公司以后，AGV小车在英国得到了很快的提高，电磁导引的自动导引小车就是英国最先研发出来的。

原先得AGV小车需要铺设轨道，而电磁导引使用使AGV小车摆脱这些缺点，因此AGV的运用变得更加的简单。

到了60年代初期，自动导引小车在欧洲经济的推动下使其得到了更好的推广和应用，到了80年代，日本对这一方面进行了进一步的研究，这样便推出了拥有磁导航技术的自动导引小车，使得自动导引小车的稳定性大大得到了提升，自动导引小车也大量运用在了汽车领域，而且随着中日企业的深入交流，我们国的很多企业也感觉到自动导引小车不仅能为企业节省人力，而且还能节省不必要的成本，以及提高工作的效率具有非常好的效果，因此近些年来自动导引小车在国也得到了很快的发展。

从自动导引小车各个技术层面来看，其最为关键也最为重要的一项技术自动导引技术。

磁感应导引现在得到了非常广泛的应用，现在一些企业采用的主要是激光导引，而视觉导引也引起了人们的高度关注，现在惯性导引、超声波导引和磁钉一陀螺导引也引起了人们非常大的兴趣和关注度。

1.4AGV的结构

引导AGV小车的原理是通过电脑预先进行编程小车所要行走的路径，小车在行走的时候，当电压由数字编码器和预编程的轨迹的位置被检测到偏差信号时，控制器会根据检测出的偏差信号对电动机的转速进行调整，然后偏差将会被纠正，这样会让AGV小车能根据预先设定的路径运动。

因此，小车在行驶过程中，数字编码器需要连续检测来调整电机的速度，避免出现偏差以对整个系统进行很好的控制。

自动导引小车通过两个固定式的后轮驱动使其能够运动，转向功能是通过差速来保证的，万向轮是两个前轮，它的作用除了转向外还有支撑跟平衡的作用，这是四轮结构的形式。

自动导引小车主要包括车体，车架，车轮，载荷传送装置,驱动装置以及动力系统六个大的部分。

下面是每个部分的介绍：

（1）车体

由底盘、车架、壳体、控制室和相应的机械电气结构构成了整个车体，是AGV的基础部分。

结构特征与一些电动车辆的相似，而且能够自动作业没有人驾驶小车的一些要求。

车架焊接一般用钢构件而，如果小车的重心比较低，那么小车的抗倾翻能力就比较高。

（2）车架

车架是整个自动导引小车的支架，轮子、光感应器、伺服电机和减速器等都安装在车架上。

车架设计的基本要它的强度和硬度都要比较大，所以车架材料一般选用铸造铝合金，以为铸造铝合金质量比较大，在焊接的时候性能也比较好。

（3）车轮

一般用实心的橡胶轮胎作为自动导引小车的车轮。

（4）载荷传送装置

自动导引小车的载荷传递装置是一种平板的结构，通过荷载传递装置运输箱型的东西到指定位置，也可以运输材料等。

（5）驱动装置

驱动装置是自动导引小车的驱动运行系统，能对小车的速度和制动进行控制。

驱动电机、减速器、电机、控制与驱动器都是驱动装置所包含的。

其一般是闭环和开环两种模式，以交流伺服电机为主的闭环模式，步进电机为主的是开环模式。

（6）动力系统

现在蓄电池是自动导引小车动力系统驱动能量的来源，用蓄电池的电能转化为机械能驱动小车以及车上的附属设备按照预先设定轨迹行进。

根据车型的不同，以及不同车型的运行和载荷量的不同会有不同功率的蓄电池组合体，一般交流电压有12V、24V、48V及72V。

1.5AGV小车主要的技术参数

（1）AGV小车的额定载重量：

车体上总的物体的重量。

（2）AGV小车自重：

指AGV小车与其车上电池加起来的重量。

（3）AGV小车的尺寸：

是指小车的长度尺寸，宽度尺寸，外部的高度尺寸,这个尺寸应与AGV小车所放东西的尺寸以及小车所经过的道路的宽窄相兼容。

（4）停位的精度：

指AGV小车的停车的位置与预先设定好的位置的差值。

（5）AGV小车最小转弯半径：

在空载时的最低稳定转速转向，瞬时转向中心到汽车纵向中心线的距离。

最小转弯半径是由车辆曲线确定，半径越小，显示其良好的可操作性。

（6）运行速度：

自动导引小车在汽车在额定负载下运动达到的最髙速度就是其运行速度。

AGV小车的工作周期多少和效率的好坏都是由运行速度来决定的。

（7）工作时间：

指自动导引小车完成工作周期所需的时间。

（8）运载类别：

指自动导引小车所运输的物料的类型。

（9）移载方式：

指自动导引小车以其它装置来进行行走和转向功能的一种运动形式。

（10）驱动形式：

指自动导引小车以其它装置为其提供驱动行驶和进行转向。

1.6课题研究容

自动导引小车是智能化的汽车技术，作为目前一种较为重要的自动化设备，在当前企业物流系统中已被广泛应用于各个方面。

本次设计主要从AGV的机械部分的设计出发，得出总体设计的一些指标，然后再对其驱动系统进行分析，得到驱动方式跟车轮的选择以及驱动系统部件的选择与校准。

第二章AGV总体设计

2.1AGV机构部分

上一章讲到载荷传送装置、车架、车体、驱动装置、动力系统和车轮是AGV的主要组成部分。

自动导引小车的基础部分是车架和相应的机械部分和电气部分，也就是车体的部分。

车架设计的基本要它的强度和硬度都要比较大，一般用lmnT3nim钢焊接钢板或铝合金板，可以减少汽车的重量，要防侧翻则取决于小车的重心。

自动导引小车一般用12V、24V、48Y及72V电池作为其能量以驱动小车。

电池要确保其工作至少8h多，由于不同的工作和不同的工作环境的影响，其应该满足基本的要求。

自动导引小车驱动命令由计算机发出，驱动的速度大小以及方向都是由计算机来进行控制的。

在工作的过程中可以用不同的方法来调整速度，AGV小车在不同的工作状态下所要求的行驶速度是不一样的，高速直线1/H/5,转停0.2”?

/s~0.6/n/5,接近站点时0.hn/s。

一般由地面控制器发出的控制指令系统，它将通过通信系统返回地面控制器。

连续模式和分散模式是通信系统中两种主要的模式。

连续模式的通信系统可以在任何位置以允许自动导引小车在任何时间相对地面控制器可以使用射频的方法，或在通信电缆导向路径中发送和接收信息，如用红外激光通信法；分散模式的通信是系统在AGV小车计划好的地方与地面控制器传送，其一般通过感应光或者是利用光学的方法来实现，当AGV小车与地面控制站得不到联系的时候说明两者通信之间存在故障。

之所以现在很多车用这个原因是由于分散模式相对于连续模式价格比较便宜。

对AGV自动。

导引小车安全性来说，其安全性首先关系到AGV小车本身的一些基本防护，最主要的是对人不会产生危险的状况，还有就是对一些地面设备和物品的保护到位。

自动导引小车的导引方式可分为两大类：

一类是配备一个路径的导引装置到小车上，而把引导传感器放置在小车所要运行的路径上，其中电磁导引的方式就是这样的；另一类是没有固定方式的自由路径进行导引，通过计算机的控制,AGV小车自动调节方位，然后自主地决定所要行驶路径。

2.2AGV电控部分

2.2.1传感器的选用

1、红外线传感器的选用

（1）下面是红外传感器导引路径原理：

由于地面的颜色和色带的颜色是不一样的，把地面颜色和色带的颜色对比，黑色带选择在光线明亮的地面，白色带选择在光线灰暗的地面。

自动导引小车配备的光源可以照亮色带。

根据下图2-1可以形象的看出，小车上的光源经过反射后，通过光传感器进行接收，然后由传感器到达检测回路进行检测，当检测到小车行走的路径有偏差时，再到运算回路进行偏差的计算，最后到达驱动回路进行控制然后对小车的运行路径的偏差马上进行一个纠正回到原来的位置。

因此，自动导引小车其可以始终沿着设定好的色带的轨迹运行。

固态红外发光二极管和固态光敏二极管（或光敏三极管）都属于红外线光电传感黠。

图2-1光学导引原理图

（2）红外线导引路径的方法

方法一：

发光利用的是发光二极管，接收利用的是光敏二极管。

黑带用来吸收可见光，所以发光二极管发出的光到黑带将会被吸收。

输出端的电平比较低的原因是光敏二极管检测到的信号为高阻抗所导致的。

光敏二极管接收到反射的可见光信号后其为低阻抗，输出端此时为高电平，这个可见光是由发光二极管发出的。

由于环境对可见光光敏二极管有一定的影响，所以其电路的稳定性不是很好。

方法二：

可见光用光敏电阻接收进行检测。

该电路采用T型网络，可以避免比较大的反馈电阻，也可以提高其输入的阻抗。

可见光信号由光敏电阻检测。

光敏电阻的检测到黑带输出端的电平相对较低,光是电路的输出是比较高的，信号反馈给单片机，由点偏激控制小车的转向。

由正负电源，加上环境对光敏电阻的影响，其电路的稳定性也不是很好。

方法三：

红外线发射用红外发射管，接收用红外线二极管进行。

耦合发射和接收红外线信号，外面的可见光红外光敏三极管接收到的信号和辐射源输出隔离信号影响不大。

变成电压信号以后，通过LM399红外信号接收机进行比较，具有的髙电平或者低电平最后回到了单片机。

（3）具体设计的要求

根据价格便宜，易于实现，可靠性好的这三个原则，因此通过方法三，AGV小车的稳定性能得到提升。

当出现较低的电平说明红外收发器遇到了黑带，要不然就是较高的电平。

由程序控制AGV小车的方向是在中断查询的模式下进行的。

不同的传感器会有不同的应用程序，其检测即感应的围从几毫米到几米远的围。

通过合理的选择，使用FS—359F反射式红外线传感器，因为这个传感器相对于其它传感器安装比较简单，并且为了满足垂直距离5-10cm的检测目的，通常来说一般的红外线传感器做到这一点是比较难的，在电流40〃山发射过程中使用，没有强烈的（房间里的荧光灯）距离可达8cm进行干扰检测，完全可以满足探测距离要求。

2、超声波传感器的选用

（1）超声波感器避免碰撞的原理

超声波发射后当遇到障碍物时，其波将会被反射回来，通过把超声波发射波和接收被反射回来波的总的时间/测得，则可求出距离S=Ct/2,此距离就是超声波所测的距离（其中C为超声波的波速）。

我们知道由于温度的变化会影响超声波的波速C,所以在使用的时候，超声波波速保持基本不变的前提温度变化的围比较小，否则就要加以纠正，一般用温度补偿的方法予以纠正温度。

下图2-2是超声波测距仪原理框图：

图2-2超声波测仪原理图

（2）超声波模块功能介绍

1）根据三种不同的测距模式来选择跳线丿1：

短距：

10e〃7~80c〃2左右；中距：

80ch~400c〃2左右；可调距：

其围由可调节参数来选择。

前两种模式都由由被测物表面的材料来进行选择。

2）单模组和多模组的使用：

单模组的使用：

应用于测量与障碍物之间距离的实验，它是单传感器。

多模组的使用：

根据模组上提供的接口丿5、J6,由几个模组串联在一起组成阵列式的传感器组，它是阵列式的传感器。

3）应用方便：

可用于小围的距离的测量，机器人检测，障碍物检测，可用于验证汽车倒车雷达及家居安全系统验证中的应用方案。

（3）规格参数

超声波传感器的谐振频率：

40KHz

模组传感器中的工作电压：

4.5V~9V

模组接口的电压：

4.5V~5.5V

尺寸：

6.4&协x4.07cm

如下图2-3所示是自动导引小车导引系统传感器的安装位置。

本次设计使用五个红外线传感器。

AGV小车用于跟踪白色导引线的红外线传感器下图中间的2号、3号和5号，取黑色导引线宽为100mm,那么灰度传感器2号、3号和5号之间的距离也为100mm,这样有利于更好的接收信息。

当自动导引小车处于垂直交叉路口或者在拐弯的地方时由左右两边的号和4号两个红外线传感器检测来传递信息，图2-4所示导引系统局部放大图。

图2-3导引系统安装位置图图2-4导引系统局部放大图

2.2.2AGV的控制部分

自动导引小车的控制过程分析：

当红外传感器接收到反射信号将被立即传送给单片机，再由单片机判断有无反射信号然后进行处理，与此同时超声波传感器也将信号传送给单片机，感应的时间通过单片机分析后进行处理，根据输出的控制信号路径的综合分析，然后AGV小车的动作