一種背負(fù)式AGV的結(jié)構(gòu)設(shè)計目錄TOC\o"1-2"\h\u16781摘要 122243關(guān)鍵詞 1265261緒論 2117551.1背負(fù)式AGV研究背景 2290451.2背負(fù)式AGV概述 291371.3背負(fù)式AGV結(jié)構(gòu)組成 256021.4設(shè)計要求 3261921.5研究內(nèi)容 3314741.6研究意義 3313592背負(fù)式AGV整體結(jié)構(gòu) 356182.1總體結(jié)構(gòu) 3158652.2結(jié)構(gòu)整體分析 4155382.3背負(fù)式AGV小車性能與功用 5272133背負(fù)式AGV底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 5311283.1底盤設(shè)計 57873.2殼體尺寸 63833.3運動執(zhí)行模塊總體結(jié)構(gòu) 7130103.4功能模塊總體結(jié)構(gòu) 7249633.5連接模塊總體結(jié)構(gòu) 8297303.6分擔(dān)模塊總體結(jié)構(gòu) 9276794主要零部件的設(shè)計 942994.1連軸器的設(shè)計 9266984.2電機的選擇 1138274.3電動推桿的選擇 13231614.4雙鉸接式升降架強度校核 1393645總結(jié) 14摘要：背負(fù)式AGV是在AGV車體上放置托盤、料架、料箱等貨物進(jìn)行搬運。背負(fù)式AGV運行穩(wěn)定，停止精度高。該車適用于運輸加工繁瑣的一些工廠。本次設(shè)計的是一種背負(fù)式AGV結(jié)構(gòu)。主要是對AGV的整體結(jié)構(gòu)和主要零部件進(jìn)行了設(shè)計和校核，結(jié)構(gòu)主要是設(shè)計了運動模塊、功能模塊、連接模塊、分擔(dān)模塊。運動模塊主要包括麥輪和電機的選擇。連接模塊為支撐結(jié)構(gòu)，對支撐桿加裝了電磁鐵，主要起到保護載物盤的安全。功能模塊為雙鉸接式升降裝置，和電動推桿的選擇。分擔(dān)模塊為載物臺，上面裝有傳感器，起到對貨物的稱載作用。還對主要零部件聯(lián)軸器進(jìn)行了強度校核，對電機的選擇進(jìn)行了計算等。關(guān)鍵詞：背負(fù)式AGV結(jié)構(gòu)設(shè)計1緒論1.1背負(fù)式AGV研究背景在貨物加工制造的過程中，只有6%的時間是用于生產(chǎn)加工和制造，剩余的94%都用于裝卸、儲存、輸送和等待加工。在美國，直接勞動成本所占比例不足生產(chǎn)成本的10%，且這一比例還在不斷下降，而儲存、運輸所占的費用卻占生產(chǎn)成本的40%。根據(jù)世界運輸協(xié)會定義，AGV是指裝備有電磁或光學(xué)自動導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛具有小車編程與停車選擇裝置、安全保護以及各種移載功能的運輸小車[1]。AGV是以電池為動力、裝有非接觸導(dǎo)向裝置，獨立尋址系統(tǒng)的無人駕駛自動運輸車[2]。目前的AGV小車，在搬運重物時，缺乏檢測功能，容易造成AGV的損傷、使用壽命降低，同時目前的AGV往往采用整體性構(gòu)造，如果發(fā)生損壞，不便于維修。本文在AGV發(fā)展的基礎(chǔ)上，對一種背負(fù)式AGV的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。1.2背負(fù)式AGV概述背負(fù)式AGV是一種在AGV車體上放置托盤，由磁條導(dǎo)引AGV通過識別地標(biāo)選擇目的地。AGV以其快捷、高效、柔性等特點。背負(fù)式AGV小車己經(jīng)成為實現(xiàn)柔性化、自動化、智能化生產(chǎn)車間和現(xiàn)代物流系統(tǒng)的物料運輸關(guān)鍵設(shè)備。采用電磁導(dǎo)航的AGV小車，能夠沿指定路線在各工位之間穩(wěn)定巡航、進(jìn)行輸送和搬運物料[3]。1.3背負(fù)式AGV結(jié)構(gòu)組成本次設(shè)計的背負(fù)式AGV的結(jié)構(gòu)比較簡單。主要包括以下幾個模塊：（1）一種模塊化背負(fù)式AGV結(jié)構(gòu)，包括底盤和功能模塊，底盤上安裝有運動執(zhí)行模塊和控制模塊，控制模塊用于收發(fā)控制指令，并控制運動執(zhí)行模塊驅(qū)動底盤移動。（2）功能模塊主要是包括一個雙鉸接式升降裝置，雙鉸接式升降裝置安裝在底盤的兩側(cè)，每側(cè)都有兩個滑輪[4]。在底盤的左下方裝有一個電動推桿，電動推桿推動載物臺上升的過程中，雙鉸接式升降架隨之上升，在每側(cè)的同一邊固定一個滑輪，兩邊的可動滑輪向左移動，推動載物臺的上升。（3）底盤頂部配置有連接模塊，連接模塊用于連接底盤和功能模塊頂部的載物托盤，功能模塊通過導(dǎo)線連接至控制模塊用于負(fù)重和載物臺的升降。（4）底盤頂部配置有負(fù)重模塊，負(fù)重模塊通過導(dǎo)線連接至控制模塊用于分擔(dān)運輸負(fù)重,負(fù)重模塊上面裝有重量檢測裝置，能夠檢測貨物的質(zhì)量。1.4設(shè)計要求為了契合工廠的需要，背負(fù)式AGV的設(shè)計，需要達(dá)到以下幾點要求：（1）要求在有限的空間內(nèi)設(shè)計工作可靠、靈活的轉(zhuǎn)向和安全的結(jié)構(gòu)。（2）符合工廠的運輸要求，和足夠的承載能力。（3）本次設(shè)計能夠下發(fā)工廠投入使用。1.5研究內(nèi)容本次研究內(nèi)容針對背負(fù)式AGV結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計主要有以下幾個方面：（1）背負(fù)式AGV小車的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。（2）背負(fù)式AGV小車的各模塊設(shè)計。（3）背負(fù)式AGV小車的各零件設(shè)計。1.6研究意義現(xiàn)在全球各國的制造行業(yè)，都把改造物流的結(jié)構(gòu)、降低成本當(dāng)作企業(yè)在商業(yè)競爭中的決勝手段。為了符合現(xiàn)代的生產(chǎn)加工要求，運輸正朝著現(xiàn)代化、自動化的方向在邁進(jìn)。背負(fù)式AGV有柔和性高、可高度高、適應(yīng)性強等特點。在各國的制造也都相應(yīng)的進(jìn)行了使用。并且取得了較好的效果，獲得了較高的經(jīng)濟效益[5]。但是目前，大多數(shù)的企業(yè)都是采用的有固定路徑的AGV，無固定路徑的AGV由于很多問題還沒有完全解決，還沒有普及使用。所以本次設(shè)計對提高工廠的生產(chǎn)效率，節(jié)約人力物力有極其重要的意義。2背負(fù)式AGV整體結(jié)構(gòu)2.1總體結(jié)構(gòu)背負(fù)式AGV結(jié)構(gòu)，其主要結(jié)構(gòu)是底盤，底盤上安裝有運動執(zhí)行模塊和控制模塊，控制模塊用于收發(fā)控制指令，并控制運動執(zhí)行模塊驅(qū)動底盤移動；底盤頂部配置有連接模塊，連接模塊用于連接底盤和功能模塊頂部的載物臺，功能模塊通過導(dǎo)線連接至控制模塊用于負(fù)重和升降；車體頂部配置有負(fù)重模塊，負(fù)重模塊通過導(dǎo)線連接至控制模塊用于分擔(dān)運輸負(fù)重，負(fù)重模塊上面裝有重量檢測裝置，能夠檢測貨物的質(zhì)量。2.2結(jié)構(gòu)整體分析圖2-1背負(fù)式AGV整體結(jié)構(gòu)圖2-2背負(fù)式AGV內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-2所示，背負(fù)式AGV結(jié)構(gòu)包括底盤1和功能模塊2，底盤1上安裝有運動執(zhí)行模塊4和控制模塊5，控制模塊5用于收發(fā)控制指令，并控制運動執(zhí)行模塊4驅(qū)動底盤1移動；功能模塊2為雙鉸接式升降裝置，用于控制對載物臺的升降。底盤1中間配置有連接模塊3，連接模塊3用于連接功能模塊2頂部的載物臺，功能模塊2通過導(dǎo)線連接至控制模塊5用于負(fù)重和升降[6]。車體頂部配置有負(fù)重模塊6，負(fù)重分擔(dān)模塊6通過導(dǎo)線連接至控制模塊5用于分擔(dān)運輸負(fù)重、檢測貨物質(zhì)量。2.3背負(fù)式AGV小車性能與功用通過對背負(fù)式AGV結(jié)構(gòu)各個組成的部分的分析，本文總結(jié)了背負(fù)式AGV結(jié)構(gòu)主要有以下幾個方面的性能與功用，它具體表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，由于組成背負(fù)式AGV結(jié)構(gòu)的每一個組成的部分的功能不同，因此，使得背負(fù)式AGV結(jié)構(gòu)的性能具有多樣性的特征，在背負(fù)式AGV結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，背負(fù)式AGV的驅(qū)動主要是依據(jù)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)。第二，背負(fù)式AGV的結(jié)構(gòu)利用車輪在地面產(chǎn)生的作用力，通過聯(lián)軸器降低輪邊的摩擦力，實現(xiàn)了系統(tǒng)的協(xié)助的轉(zhuǎn)向[7]。第三，額定載重量：背負(fù)式AGV所能承載貨物的最大重量為50kg。第四，車體尺寸：車體尺寸是長1100mm、寬600mm、高300mm。車體外形的基本應(yīng)根據(jù)工廠所需要的尺寸，對應(yīng)加工。3背負(fù)式AGV底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計方案3.1底盤設(shè)計圖3-1背負(fù)式AGV底盤整體結(jié)構(gòu)底盤搭載整個AGV的驅(qū)動裝置以及主要的控制元器件，若在運輸過程中發(fā)生碰撞，底盤將受較大的沖擊[8]。因此底盤在實現(xiàn)驅(qū)動和支撐載物臺的基本功能外，還需要保證其穩(wěn)定性，抗擊碰撞能力，以此為依據(jù)對整個背負(fù)式AGV結(jié)構(gòu)的底盤進(jìn)行了分析：（1）用PLC控制麥克納姆輪的轉(zhuǎn)動和電機的轉(zhuǎn)動需要實現(xiàn)同步，減小延遲時間，提高控制的靈活性[9]。（2）麥克納姆輪帶動整體運動時，不論勻速運動，還是加減速運動，底部和頂部都要能穩(wěn)住，不能出現(xiàn)明顯的晃動。（3）爬坡實現(xiàn)背負(fù)式AGV在相對于斜坡30度范圍內(nèi)都能自由上下坡而不打滑，使背負(fù)式AGV在復(fù)雜的場地中能運動自如。3.2殼體尺寸圖3-2背負(fù)式AGV殼體對于背負(fù)式AGV殼體的設(shè)計采用了和汽車保險杠一樣的材料，由聚酯系和聚丙烯系塑料（PP料）組成，從而代替金屬材料。選用此材料的好處有以下幾點：（1）塑料外殼具有彈性，輕微磕碰或者刮蹭的話，都能自動回彈修復(fù)。（2）具有較強的耐腐蝕性，能較好的保護外殼。（3）輕便，大大降低車體自身的重量。（4）成本低，極大地縮減了生產(chǎn)成本。3.3運動執(zhí)行模塊總體結(jié)構(gòu)圖3-3背負(fù)式AGV運動模塊結(jié)構(gòu)如圖3-3所示，運動執(zhí)行模塊包括四個行星齒輪減速電動機和四個鋰電池，行星齒輪減速電動機安裝在底盤四周的對稱位置，每個行星齒輪減速電動機上連接聯(lián)軸器，聯(lián)軸器連接有麥輪；每個行星齒輪減速電動機通過導(dǎo)線連接至控制模塊和鋰電池。麥輪可以實現(xiàn)設(shè)備的前行、橫移、斜行、旋轉(zhuǎn)及其組合等運動方式。在此基礎(chǔ)上研制的背負(fù)式AGV小車非常適合轉(zhuǎn)運空間有限、作業(yè)通道狹窄的工廠環(huán)境,在提高工廠保障效率、增加工廠空間利用率以及降低人力成本方面具有明顯的效果。3.4功能模塊總體結(jié)構(gòu)圖3-1功能模塊總體結(jié)構(gòu)21抬升架載物板22外剪叉臂23內(nèi)剪叉臂24底座25槽軌26電動推桿功能模塊為雙鉸接式升降臺，雙鉸接式升降臺包括載物板21、外剪叉臂22、內(nèi)剪叉臂23、電動推桿26安裝在底座上，抬升架載物板21與底座24同一端內(nèi)壁均設(shè)置有槽軌25，載物板21和底座24上遠(yuǎn)離槽軌一端分別連接外剪叉臂22底部和內(nèi)剪叉臂23頂部；外剪叉臂22底部設(shè)置有下支撐桿，內(nèi)剪叉臂23上部設(shè)置有上支撐桿，電動推桿裝在底盤左下方，對抬升架載物板21有縱向的推力，電動推桿推動載物板上升的過程中，兩側(cè)的外剪叉臂和內(nèi)剪叉臂同時跟隨其上升，可以達(dá)到平穩(wěn)升降的效果；電動推桿連接至控制模塊，可以實現(xiàn)抬升架載物板的升降。3.5連接模塊總體結(jié)構(gòu)連接模塊包括支撐板、支撐桿、支撐板上表面裝有4個電磁鐵，通電后產(chǎn)生磁力，整個支撐板牢牢的和上方的載物臺連接在一起，防止在運動過程中載物臺產(chǎn)生不平穩(wěn)現(xiàn)象，進(jìn)一步完善了結(jié)構(gòu)的安全性能。斷電磁場消失，電磁鐵磁力消失，上方的載物臺和支撐板分開，載物臺可以裝卸。這樣可以方便整個結(jié)構(gòu)的裝備以及維修。支撐板可以跟隨功能模塊的雙鉸接式升降機構(gòu)一起升降，完成載物臺的升降過程，同時也起到對載物臺的支撐作用。支撐板下表面兩端的軌道以及每個軌道上配置的螺栓，用于連接支撐桿，撐桿固定于底盤上，支撐桿下方配有螺旋，用于和底盤進(jìn)行定位和固定。3.6分擔(dān)模塊總體結(jié)構(gòu)負(fù)重模塊是載物臺，載物臺上配有壓力傳感器，壓力傳感器連接于功能模塊2頂部并通過導(dǎo)線連接至控制模塊，壓力傳感器可以傳輸給控制模塊，用于檢測所載貨物的質(zhì)量。雙鉸接式升降機機構(gòu)可以跟隨載物臺的升降一起升降，防止電動推桿向上推動載物臺時，載物臺出現(xiàn)不平穩(wěn)的現(xiàn)象。還起到支撐的作用，可以保證載物臺的承載能力。4主要零部件的設(shè)計4.1連軸器的設(shè)計4.1.1材料的選取本設(shè)計的底盤結(jié)構(gòu)是用聯(lián)軸器連接麥克納姆輪，由行星齒輪減速電動機驅(qū)動聯(lián)軸器為輪子提供動力。底盤的運動是AGV最基本，最核心的功能，所以聯(lián)軸器的穩(wěn)定性尤為重要。聯(lián)軸器的材料需要選取需要有較高的強度和耐磨性[10]。為了保證聯(lián)軸器的使用年限，同時得保證同軸度，在實際應(yīng)用中，往往選用6061，7075，LY12硬鋁等，對于強度高和耐磨性強的零件，一般采用45鋼或7075T6等級航空鋁[11]。由于該零件的強度和耐磨性要好，所以材料選用45鋼。45號鋼的彈性模量是210GPa，其泊松比為0.33，淬火硬度是HRC55，抗拉強度約600MPa，屈服強度約355MPa[12]。聯(lián)軸器空載轉(zhuǎn)速500rpm，空載電流0.63A，額定轉(zhuǎn)速480rpm，額定轉(zhuǎn)矩2N.m，額定電流9A，最大效率65%。4.1.2零件設(shè)計4-1（a），4-1（b）圖4-1（a）聯(lián)軸三維圖 圖1（b）聯(lián)軸器工程圖4.1.3分析驗證（1）精確強度校核計算[13]。疲勞強度安全系數(shù)校核：(4-2)式中：Sσ-僅彎矩作用時的安全系數(shù)；Sτ-僅彎矩作用時的安全系數(shù)；Sτ-計算疲勞強度時的許用安全系數(shù)；τ-1-材料于對稱循環(huán)應(yīng)力下的扭轉(zhuǎn)疲勞極限，單位MPa；σ-1-材料于對稱循環(huán)應(yīng)力下的彎曲疲勞極限，單位MPa；Kσ,Kτ-彎曲，扭轉(zhuǎn)時有效應(yīng)力集中系數(shù)；β-表面質(zhì)量系；代入數(shù)據(jù)驗證得S≥Sp。（2）圓軸扭轉(zhuǎn)角Φd的計算[14]。(4-3)式中：T-軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩，N.m；l-軸受扭矩作用部分的長度，mm；α-空心軸的內(nèi)徑d1與外徑d之比，α=d1/d；d-軸的直徑，mm；d1-空心軸內(nèi)徑，mm；li,di,dli-軸的第i段長度，直徑，空心軸內(nèi)徑，mm；Ti軸在第i段所受扭矩，N.m；代入數(shù)據(jù)得Φd=2.205。所選材料符合要求。（3）臨界轉(zhuǎn)速校核[15]。(4-4)式中：di-第i段軸的直徑，mmΔlii段軸的長度，mmξ50%時，可取ξ15%ξ值。4.2電機的選擇背負(fù)式AGV機構(gòu)中電機的選擇有著重要的意義。如果電機的功率過大，會導(dǎo)致車體運動發(fā)生不平穩(wěn)現(xiàn)象。如果電機的功率過小的話，則不能完成承載重物，因此應(yīng)該正確選擇電機的型號。根據(jù)表4-2選擇的電機是53mm行星齒輪減速電動機。其電機的參數(shù)如下圖所示。表4-2行星齒輪減速電動機參數(shù)型號功率W電壓V轉(zhuǎn)速rpm電流A轉(zhuǎn)矩N·M減速比減速后轉(zhuǎn)矩53ZY100201220001.8451:24100RPM53ZY200302445001.35781:24200RPM53ZY300302445001.35781:16300RPM行星齒輪減速電動機的優(yōu)點：（1）體積小、重量輕、承載能力高。（2）運動平穩(wěn)，無其他機械連接裝置。（3）輸出扭矩大、效率高。4.2.1電機的可行性驗證首先先假設(shè)所選電動機符合要求，驗算該電動機的性能指標(biāo)。1、首先基于背負(fù)式AGV的全部質(zhì)量包括：（1）聯(lián)軸器2kg/個。（2）麥克納姆輪的質(zhì)量8kg/個。（3）底盤的質(zhì)量120kg。（4）殼體的質(zhì)量20kg。（5）電池質(zhì)量20kg/個。（6）升降機構(gòu)的質(zhì)量20kg。（7）載物臺20kg。因此背負(fù)式AGV的總質(zhì)量m為：4×2+8×4+120+20+20×4＋20+20=300kgAGV小車最大載重：（4-5）AGV小車自重：（4-6）背負(fù)式AGV對地面的正壓力：（4-7）背負(fù)式AGV在地面行走時，主要的阻力來源于地面的摩擦力：（4-8）式中：-摩擦因數(shù)，取=0.1。-背負(fù)式AGV對地面的正壓力。算得：（4-9）因為背負(fù)式AGV共有4個麥輪，單個輪毅對地面的摩擦力為:（4-10）麥輪的直徑，單個麥輪受到的力矩為：（4-11）由上述計算的可選用53ZY200型電機,電動機所需的力矩為，53ZY200型電機的扭矩為。（備注：）由，所以滿足要求。4.3電動推桿的選擇背負(fù)式AGV機構(gòu)中電動推桿的選擇有著重要的意義。如果推桿的功率過大，會導(dǎo)致載物臺發(fā)生不平穩(wěn)現(xiàn)象。如果推桿的功率過小的話，則不能完成載物臺的升降，因此應(yīng)該正確選擇電動推桿的型號。1、首先基于背負(fù)式AGV電動推桿所承受的全部質(zhì)量包括：（1）載物臺20kg。（2）雙鉸接式升降機構(gòu)30kg。（3）最大貨物質(zhì)量50kg。因此電動機推動的總質(zhì)量為：20+30+50=100kg電動機所需的推力:(4-12)因此選用的電動推桿大于980N即可