【正文】 能同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，必須使內(nèi)側(cè)和外側(cè)的車(chē)輪存在速度差可以解決這一問(wèn)題，因而這種四輪布置的輪系結(jié)構(gòu)小車(chē)在驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向控制上一般都是比較自如的，比較小的轉(zhuǎn)彎半徑都是能夠適應(yīng)的。交流電機(jī)的控制系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，速度也比較方便調(diào)節(jié)，不需要逆變器，由于自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)在工作的時(shí)候所需的功率并不是特別的大，所以本次設(shè)計(jì)采用的是交流伺服電機(jī)。下圖311是ACH13150A交流伺服電機(jī)實(shí)物圖：圖311 軸的設(shè)計(jì)必需要滿足所使用的強(qiáng)度要求，使其具有良好的工藝性和合理的結(jié)構(gòu)。軸承的額定壽命是用來(lái)選擇軸承的基礎(chǔ)，軸承以此作為標(biāo)準(zhǔn)。表36 沖擊載荷系數(shù)載荷性質(zhì) 機(jī)器舉例 平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕微沖擊 電機(jī)、水泵、通風(fēng)機(jī)、汽輪機(jī) ~中等沖擊 車(chē)輛、機(jī)床、起重機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、冶金設(shè)備 ~強(qiáng)大沖擊 破碎機(jī)、軋鋼機(jī)、振動(dòng)篩、工程機(jī)械、石油鉆機(jī) ~當(dāng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷為時(shí)以轉(zhuǎn)速為的基本額定壽命為： 式中 —當(dāng)量動(dòng)載荷，N； —基本額定壽命，常以為單位（當(dāng)壽命為萬(wàn)轉(zhuǎn)時(shí)，）； —壽命指數(shù)，球軸承； —基本額定動(dòng)載荷，查表取。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，取錐齒輪類(lèi)型幾何參數(shù)，取變位后強(qiáng)度影響系數(shù)，齒寬比系數(shù)。本章中主要是對(duì)自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)車(chē)體結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)作了說(shuō)明和兩種不同結(jié)構(gòu)的AGV小車(chē)的建模進(jìn)行了說(shuō)明，伺服電機(jī)，減速器，軸的設(shè)計(jì)及其參數(shù)的計(jì)算及齒輪的設(shè)計(jì)和選取，還有小車(chē)的驅(qū)動(dòng)方式和車(chē)輪的選擇作了論述。霍爾元件具有“霍爾效應(yīng)”，再加上“霍爾無(wú)刷交流電動(dòng)機(jī)”轉(zhuǎn)子是永磁的，所以可以轉(zhuǎn)子的位置可以用“霍爾效應(yīng)”來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。(3)加速阻力的計(jì)算自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)所受到的加速阻力是指其在加行駛的過(guò)程中需要克服小車(chē)質(zhì)量加速運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力。由此可見(jiàn)，自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的動(dòng)力性受到兩個(gè)方面的限制:第一個(gè)是驅(qū)動(dòng)力；第二個(gè)是輪胎與地面附著力的大小。當(dāng)在比較松軟的地面上時(shí),附著力隨著負(fù)荷超過(guò)一定值時(shí)不但沒(méi)有增加反而下降了,所對(duì)應(yīng)的滾動(dòng)阻力的增加會(huì)對(duì)小車(chē)的運(yùn)行產(chǎn)生不利的影響。 主減速比的選擇(1)AGV小車(chē)主減速比滿足驅(qū)動(dòng)能力的計(jì)算通過(guò)前一章車(chē)輪是直徑為的驅(qū)動(dòng)輪，小車(chē)總的行駛阻力為,那么小車(chē)說(shuō)受的總的行駛阻力矩是:電機(jī)的轉(zhuǎn)矩是，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩為:只有確定AGV小車(chē)最小主減速比，小車(chē)才能夠正常行駛，所以其最小主減速比為: (49)(2）AGV小車(chē)的主減速比滿足運(yùn)動(dòng)速度時(shí)的計(jì)算因?yàn)锳GV小車(chē)車(chē)輪半徑，最高運(yùn)行速度為 ，所以車(chē)輪的轉(zhuǎn)速是: （410） 已知電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 ，AGV小車(chē)的最大主減速比為:　得出： （411）　即：由上面的得出本次設(shè)計(jì)取并且使用螺旋錐齒輪減速器。鎳鎘蓄電池鎳鎘蓄電池內(nèi)阻比較小，它跟其它種類(lèi)電池相比之下其放電時(shí)電壓變化比較小，而且過(guò)量充電或者過(guò)量放電都對(duì)其影響不大，操作也比較簡(jiǎn)單。所以鉛酸蓄電池應(yīng)用范圍特別廣在生活的各個(gè)領(lǐng)域都能看到。Industrial Engineering Volume: 30, Issue: 4,September,1996, pp. 647658[16] Carter B. Good M, Dorohoff M} etc. Mechanical design and modeling of an omnidrectional RoboCup player[ A].RoboCup Al Conference[ C]. Seattle WA: 2001 .110[17] Parkin, R. M.。最后，通過(guò)本次自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的設(shè)計(jì)，能夠進(jìn)一步對(duì)小車(chē)的控制單元以及實(shí)施措施進(jìn)行全新的研究，最終設(shè)計(jì)出一個(gè)方便、安全、快捷的自動(dòng)化的小車(chē)，使小車(chē)更能趨近于智能化，滿足AGV小車(chē)在人們生活中的需求，使其得到更為廣泛的應(yīng)用，遍及各個(gè)方面。鉛酸蓄電池鉛酸電池通常以負(fù)極為鉛，正極為二氧化鉛，電解液為硫酸水溶液，充電過(guò)程是化學(xué)能量轉(zhuǎn)化為電能，放電過(guò)程是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能量。 通過(guò)得出小車(chē)所用的電機(jī)的型號(hào)為，減速器的型號(hào)是螺旋錐齒輪減速器，車(chē)輪半徑為，所以可以得到做出小車(chē)行駛的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。有花紋的輪胎比無(wú)花紋的輪胎的附著性能好。 所以，上式（48）還可寫(xiě)成：表42給出了輪胎在不同路面上附著系數(shù)的數(shù)值。因此由（41）式，再根據(jù)（42）、（44）、（46）、（47）在行駛過(guò)程中自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)所受的總的阻力是： AGV小車(chē)行駛驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算要保證自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的正常運(yùn)行，其驅(qū)動(dòng)力必須要與行駛阻力相等，由前面求的AGV小車(chē)行駛的總阻力為 。由公式： （43）式中：—空氣阻力系數(shù)，這里?。? —迎風(fēng)面積； —在無(wú)風(fēng)條件下的汽車(chē)的行駛速度。無(wú)刷交流電動(dòng)機(jī)有三個(gè)部分組成，電子開(kāi)關(guān)線路、轉(zhuǎn)子位置傳感器以及電動(dòng)機(jī)是構(gòu)成分別是，其無(wú)刷交流電機(jī)框圖如圖41。本次設(shè)計(jì)所采用的為差速型，即從動(dòng)輪為轉(zhuǎn)向輪，驅(qū)動(dòng)輪為定向輪。錐齒輪的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)和基本齒廓的確定如表37和表38：表37 標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)錐齒輪GB 12368901 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 16 18 20表38 直齒錐齒輪基本齒廓基本參數(shù)齒形角齒頂高工作齒高頂隙齒根圓角半徑錐齒輪GB 123699020176。軸承由于振動(dòng)和沖擊影響，其當(dāng)量動(dòng)載荷應(yīng)按下式計(jì)算：由于不受軸向力，所以 式中 ——沖擊載荷系數(shù)。后輪車(chē)軸上鍵的規(guī)格為和；執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：,下圖315為驅(qū)動(dòng)后輪軸尺寸圖：圖315 驅(qū)動(dòng)后輪軸尺寸圖前輪即轉(zhuǎn)向輪的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，所以不需要重復(fù)進(jìn)行選取，依據(jù)最短軸直徑也為，因此前車(chē)輪車(chē)軸選擇出軸上的鍵為為，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：，圖316為前車(chē)輪車(chē)軸尺寸圖：圖 316 前車(chē)輪車(chē)軸尺寸圖假設(shè)AGV小車(chē)的前后車(chē)輪軸所受的力都是的，下面通過(guò)后車(chē)輪軸來(lái)進(jìn)行說(shuō)明：軸的材料選用45鋼調(diào)質(zhì)，計(jì)算支撐反力 垂直面反力 合成彎矩 許用應(yīng)力值 查得： 校核軸徑軸徑 校核完畢 下表35為選擇軸和心軸材料一覽表:表35 轉(zhuǎn)軸和心軸的許用彎曲應(yīng)力（） 400130704050017075456002009555700230110658002701307510003301509040010050305001207040 車(chē)輪軸承的受力分析和校核疲勞點(diǎn)蝕是引起很多滾動(dòng)軸承出現(xiàn)故障以致失效的主要因素。（ZDL為單級(jí)，ZLY為兩級(jí)，ZSY為三級(jí)，Y代表硬齒面）（2）減速器的選取輪軸的轉(zhuǎn)速 ；電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 ；減速器的傳動(dòng)比 ；取減速器的傳動(dòng)比為 ；實(shí)際輪軸的轉(zhuǎn)速 ；車(chē)輪的實(shí)際線速度 ；綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量和減速器的傳動(dòng)比，選擇的減速器型號(hào)ZLY 112201 ZBJ1900488。ACH13150A。 伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選取及其參數(shù)自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)動(dòng)力來(lái)源是蓄電池，由蓄電池給電機(jī)提供能量來(lái)驅(qū)動(dòng)小車(chē)的運(yùn)行。為了增加小車(chē)的平穩(wěn)性，在其后面裝備一個(gè)減震結(jié)構(gòu)，減震結(jié)構(gòu)如圖310所示。與普通汽車(chē)的車(chē)身結(jié)構(gòu)，在圖中我們可以看出小車(chē)前面兩個(gè)輪子為萬(wàn)向輪，它在這里作為轉(zhuǎn)向輪來(lái)使用，在這里小車(chē)的轉(zhuǎn)向角度通過(guò)步進(jìn)電機(jī)來(lái)進(jìn)行比較精確的控制，其轉(zhuǎn)向傳動(dòng)可以用傳動(dòng)帶或者連桿；小車(chē)后面兩個(gè)輪子為兩個(gè)定向輪，在這里其作為驅(qū)動(dòng)輪來(lái)使用，這兩個(gè)定向輪的驅(qū)動(dòng)可以用兩個(gè)電機(jī)分別進(jìn)行，也可以在一個(gè)電機(jī)上安裝差速器來(lái)實(shí)現(xiàn)。然后選擇FRONT作為草繪基準(zhǔn)平面，通過(guò)拉伸特征建立如圖33所示車(chē)架的實(shí)體結(jié)構(gòu)：圖33（2）選擇合適的基準(zhǔn)平面，通過(guò)拉伸特征，鏡像特征建立如圖34所示的車(chē)輪、支架、軸的實(shí)體結(jié)構(gòu)： 圖34（3）選擇選擇合適的基準(zhǔn)平面，通過(guò)拉伸特征，鏡像特征，旋轉(zhuǎn)特征，【掃描】【伸出項(xiàng)】特征建立如圖35所示的轉(zhuǎn)向輪電機(jī)、前輪、皮帶輪、主動(dòng)輪電機(jī)、梯形帶、軸承支架實(shí)體的結(jié)構(gòu)：圖35 三輪布置效果圖 三輪布置的結(jié)構(gòu)的實(shí)體效果圖如圖35，其一般用兩個(gè)后輪作為其定向輪保持不變，前面的一個(gè)輪子不僅用來(lái)驅(qū)動(dòng)AGV小車(chē)的行駛，而且還用來(lái)AGV小車(chē)的轉(zhuǎn)向功能（可以轉(zhuǎn)動(dòng)的萬(wàn)向輪），所配備的兩個(gè)電機(jī)：一個(gè)裝配在萬(wàn)向輪是用來(lái)驅(qū)動(dòng)小車(chē)的交流減速電機(jī)；另一個(gè)裝配在車(chē)架上的是用來(lái)控制小車(chē)方向的精度比較高的步進(jìn)電機(jī)，所以三輪布置的前輪可以說(shuō)是一個(gè)組合輪。 機(jī)械傳動(dòng)方式：三輪布置結(jié)構(gòu)和四輪布置結(jié)構(gòu)（本次設(shè)計(jì)采用四輪布置結(jié)構(gòu)）充電方式：外置充電器車(chē)輪直徑：自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)體外部其它一些輔助系統(tǒng)安裝會(huì)對(duì)小車(chē)行駛和轉(zhuǎn)向造成一定的影響，為了使不發(fā)生側(cè)翻或者危險(xiǎn)的側(cè)傾，盡量降低小車(chē)的重心。自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的整車(chē)框架是用來(lái)裝配零件的主要的支撐支架，也是小車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中比較重要的一個(gè)裝置，其主要分為兩部分：第一部分是主框架結(jié)構(gòu)，是一個(gè)垂直的用于各種控制和通信設(shè)備的安裝框架，也就是立體型的框架結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是兩個(gè)前置傳感器同時(shí)在線外的時(shí)候，小車(chē)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)尋回直線。需要部件如下表21所示：表21 名稱(chēng)數(shù)量紅外傳感器4超聲波傳感器1車(chē)體1交流電動(dòng)機(jī)2蓄電池2電源穩(wěn)壓模塊1控制電路1單片機(jī)1 AGV的執(zhí)行部分車(chē)輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是在車(chē)輪驅(qū)動(dòng)速度知道的前提下，通過(guò)小車(chē)的運(yùn)行速度和車(chē)輪角速度運(yùn)動(dòng)的機(jī)制來(lái)分析的。整個(gè)控制過(guò)程無(wú)需光電編碼器，在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)沒(méi)有反饋的狀態(tài)下，通過(guò)傳感器輸入整個(gè)信息，這個(gè)過(guò)程屬于開(kāi)環(huán)控制。2）單模組和多模組的使用： 單模組的使用：應(yīng)用于測(cè)量與障礙物之間距離的實(shí)驗(yàn)，它是單傳感器。不同的傳感器會(huì)有不同的應(yīng)用程序，其檢測(cè)即感應(yīng)的范圍從幾毫米到幾米遠(yuǎn)的范圍。光敏電阻的檢測(cè)到黑帶輸出端的電平相對(duì)較低，光是電路的輸出是比較高的，信號(hào)反饋給單片機(jī)，由點(diǎn)偏激控制小車(chē)的轉(zhuǎn)向。圖21 光學(xué)導(dǎo)引原理圖（2）紅外線導(dǎo)引路徑的方法方法一：發(fā)光利用的是發(fā)光二極管，接收利用的是光敏二極管。導(dǎo)引小車(chē)安全性來(lái)說(shuō)，其安全性首先關(guān)系到AGV小車(chē)本身的一些基本防護(hù)，最主要的是對(duì)人不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的狀況，還有就是對(duì)一些地面設(shè)備和物品的保護(hù)到位。電池要確保其工作至少8h多，由于不同的工作和不同的工作環(huán)境的影響，其應(yīng)該滿足基本的要求。（9）移載方式：指自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)以其它裝置來(lái)進(jìn)行行走和轉(zhuǎn)向功能的一種運(yùn)動(dòng)形式。（3）AGV小車(chē)的尺寸：是指小車(chē)的長(zhǎng)度尺寸，寬度尺寸，外部的高度尺寸，這個(gè)尺寸應(yīng)與AGV小車(chē)所放東西的尺寸以及小車(chē)所經(jīng)過(guò)的道路的寬窄相兼容。（4）載荷傳送裝置 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的載荷傳遞裝置是一種平板的結(jié)構(gòu)，通過(guò)荷載傳遞裝置運(yùn)輸箱型的東西到指定位置，也可以運(yùn)輸材料等。自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)通過(guò)兩個(gè)固定式的后輪驅(qū)動(dòng)使其能夠運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向功能是通過(guò)差速來(lái)保證的，萬(wàn)向輪是兩個(gè)前輪，它的作用除了轉(zhuǎn)向外還有支撐跟平衡的作用，這是四輪結(jié)構(gòu)的形式。1913，該公司第一次使用美國(guó)福特汽車(chē)引導(dǎo)車(chē)跟蹤，這是AGV自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)的早期發(fā)展。自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)一些自動(dòng)化的動(dòng)作也就是命令，還有它工作過(guò)程中行走的路徑都是由電腦來(lái)進(jìn)行操作控制的，有的一些小車(chē)以電磁軌道作為它的行進(jìn)路徑。本次設(shè)計(jì)的課題是《AGV自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)設(shè)計(jì)》，主要針對(duì)自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的傳感器，車(chē)輪軸與軸承，伺服電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)齒輪進(jìn)行了詳細(xì)的論述和分析，對(duì)它們選取過(guò)程以及校核等進(jìn)行了說(shuō)明；其次重點(diǎn)針對(duì)自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)行駛過(guò)程中所受到的各種力以及小車(chē)行駛條件進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。 In the mechanical design of the automatic guided vehicles parts and check the selection of car axle and bearing has carried on the prehensive analysi