自动导引式物料搬运小车系统设计.docx

自动导引式物料搬运小车系统设计一、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。（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；（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，并进行相关计算分析，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。设计说明书小车轮系结构的设计与分析轮系结构一般由驱动轮、从动轮和转向机构组成，目前常见的同类AGV的轮系结构按照不同的性能要求主要有三种：三轮结构、四轮结构和六轮结构等，其中三轮结构一般采用前轮转向和驱动，而四轮和六轮一般采用双轮驱动、差速转向或独立转向方式。三轮结构非常灵活，结构和控制很简单，载荷行走为拖动型，常用于路面比较差的环境，主要用于前进方向行走，载重时应注意保持平衡性，当转弯过快时，很容易失去重心而使车发生侧翻，因此这种结构适合于低速的场合。四轮结构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。前者从动轮部分机械结构较简单，方便安装减震系统。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，但是由于它的轮系结构需要增加很多机械部件的支持，增加了机械部分的复杂性，也增加了小车的自重和成本。后者结构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。这种四轮结构虽然控制简单，机械结构也不复杂，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。转向机构主要有以下几种方式，一是利用舵机直接控制导向轮的方向，两个导向轮之间通过一根平行四杆机构实现两个导向轮的转角相同，通过驱动轮带动实现转向，特点是响应快，转向不稳定，第二种是直接驱动主动轮的转向运动，讲驱动电机与轮子做成一个整体，用舵机带动，特点是系统惯性大，响应慢，但转向稳定。第三种是利用转速差动来转向，特点是结构简单，转向可靠，但不准确，需要调节。1、小车轮系结构选择本设计小车要求双向行驶，宜选用六轮式结构，该结构靠中间两个定向轮驱动，前后四个万向轮主要起到导向和支撑作用。中部的两个轮由不同电机驱动，提供差动转速，实现小车转弯，机械结构简单，节省成本，容易控制。但是当小车运动到不平的地面时，易出现六个轮子不同时着地的情况，如果驱动轮不着地，则小车无法运动，因此需要安装减震器使六个轮子与地充分接触，保证小车正常行驶。2、小车的性能要求首先选择电机，主要考虑电机的额定电压和额定功率这两个参数。小车功率可近似用下式估计：其中：μ取0.15， M根据最大载重15kg和小车自重15kg，取30kg， V根据最小行驶速度取0.5m/s。可得小车有2个电机，而且每个电机功率都应该大于11W。实际设计中采用额定电压24V，功率13.5W，转速128r/min的直流减速电机，用两节蓄电池（每节12V）供电。按照小车能够连续工作一个班时计算电池容量：实际选用时，考虑到各种损失，选用稍大一些的电池，选10Ah。小车驱动轮的直径和电机转速之间的公式如下：其中：v为小车最大行驶速度， n为电机每分钟最大转速， d为驱动轮的直径。可得：v=0.075m。根据小车的设计要求得出小车机械指标：小车控制方式自动/手动最大行驶速度1m/s导航方式红外循迹轮系结构六轮结构车轮直径