【文章內(nèi)容簡介】 架 的設(shè)計(jì) 車體 副框架 主要 包括 驅(qū)動(dòng)單元 ， 四個(gè)萬向輪 、 蓄電池 和 障礙物 傳感器。 （ 1） 萬向輪的設(shè)計(jì) 選型 萬向輪 選用 3 寸聚氨酯 腳輪， 一共四個(gè)，分別安裝在兩塊前腳輪安裝板 和 后腳輪 安裝板 上。 萬向輪 參數(shù)： 材質(zhì)： 輪面聚氨脂 輪子直徑 ： 75MM 輪寬 ： 38MM 安裝高度 ： 111MM 底板尺寸 ： 101*82MM 板厚 ： 5MM 厚度 中心孔距 ： 76*56MM 安裝孔徑 ：最大可穿 M10 螺絲 （ 2） 蓄電池 的設(shè)計(jì) 選型 蓄電池選用 DC24V 75AH 霍克 電池 ， 蓄電池外形尺寸 為 L329 W172 H221（ mm） (長寬高 )， 兩個(gè)蓄電池 通過蓄電池托盤 固定到 車體 主框架上的電池倉 內(nèi) 。 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 （ 3） 障礙 物傳感器 的 設(shè)計(jì)選型 障礙物 傳感器選用 PBS傳感器， 型號(hào) PBS03JNCE，調(diào)整障礙物傳感器的檢測區(qū)域范圍時(shí)，使用專用軟件從計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)。 障礙物傳感器 參數(shù) 如 下表： 供電電壓 24VDC（ 1830VDC） 供電電流 250mA (100mA, 照明關(guān)閉），除 I/O 端子電流和沖流（ 500mA） 激光光源 紅外 線 LED 監(jiān)測對(duì)象和范圍 300 300mm 白紙（與傳感器發(fā)射表面平行）； to 3m 2m（原點(diǎn)是掃描中心位置），掃描角度 180176。 2 種掃描模式 每個(gè)區(qū)域可單獨(dú)設(shè)置輸出 輸出 光電耦合 /NPN 開集電極輸出（ 30VDC 50mA）； 1,2,3：OFF=探測到物體；故障輸出： ON=正常工作 輸入（ 14） 光電耦合輸入（共陽極，每個(gè)輸入電流 4mA），可用于設(shè)置監(jiān)測區(qū)域 監(jiān)測區(qū)域設(shè)置 監(jiān)測區(qū)域轉(zhuǎn)換：：通過 [輸入 1, 2, 3, 4]來設(shè)定區(qū)域； 發(fā)射停止： [輸入 1, 2, 3, 4]同 時(shí)為 ON； 輸出響應(yīng)時(shí)間 180msec (掃描速度 1 rev./100m sec)； 輸入響應(yīng)時(shí)間 周期： 1 個(gè)掃描時(shí)間（ 100msec） 指示燈 電源（綠）：故障時(shí)閃爍；輸出 1,2,3（黃）：燈亮表示監(jiān)測到物體 連接線長 1m 環(huán)境照明 鹵素 /汞燈： 10,000lx, 日光燈： 6,000lx 環(huán)境溫濕度 10 to +50 degrees C, 85%RH（無凝露） 振動(dòng) 雙振幅 10 to 55Hz, 每軸 2 個(gè)小時(shí) 沖擊 490m/s2, 10 次 , X, Y, Z 方向 防護(hù)等級(jí) IP64(IEC 標(biāo)準(zhǔn) ) 壽命 5 years（電動(dòng)機(jī)壽命） 材料 前面： Polycarbonate, 后面： ABS 重量 約 500g 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 （ 4）驅(qū)動(dòng) 單元的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì) 中 的驅(qū)動(dòng) 單元 由 驅(qū)動(dòng) 單元外殼、直線軸承、鎖緊螺母、懸掛立軸、緩沖彈簧、車架連接板、車架固定板、驅(qū)動(dòng)輪軸、驅(qū)動(dòng)輪擋片、驅(qū)動(dòng)輪、直流無刷電機(jī)、車橋連接座蓋板、車橋連接座、磁導(dǎo)航傳感器、磁導(dǎo)航傳感器固定板 等 部件 組成。 其中，驅(qū)動(dòng)單元外殼 為中空的長方形框體，兩個(gè) 直流無刷電 機(jī) 并排固定在 外殼 的長邊內(nèi)側(cè)，車橋連接座 與兩個(gè) 直流無刷電機(jī) 的側(cè)面固定， 車橋連接座 頂端與 車橋連接座蓋板 固定， 直線軸承 與 車橋連接座 固定且固定位置與 懸掛立軸 與 車橋連接座 的固定位置對(duì)應(yīng) ； 驅(qū)動(dòng)單元的 減震系統(tǒng)包括 ： 鎖緊螺母 、 懸掛立軸 、車架連接板、車架固定板、直線軸承和 緩沖 彈簧 ；其中， 懸掛立軸 位于 直線軸承 的中孔中， 懸掛立軸的頂部 和 底部 分別與 鎖緊螺母 和 車橋連接座 固定 ； 懸掛立軸 和 車橋連接座 的底端設(shè)置有與下插銷配合的插銷孔 ； 而緩沖彈簧則被用鎖緊螺母壓縮安裝于 車架 固定板和車架連接板之間 ， 實(shí)現(xiàn) 整個(gè) 驅(qū)動(dòng) 單元的減震功能。 在本 設(shè)計(jì) 中， 這種驅(qū)動(dòng)單元的結(jié)構(gòu) 高度低， 且減震采用 減震彈簧設(shè)計(jì)，其具有水平減震的作用，具有減震效果好的優(yōu)點(diǎn)。 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 升降牽引 裝置 的設(shè)計(jì) 自動(dòng)牽引車 按照貨物的 輸送 方式可分為 潛伏 式、背負(fù)式等。 潛伏 式 自動(dòng)牽引車 需要運(yùn)動(dòng)到料車下方，通過 升降牽引裝置 將 自動(dòng)牽引車 與料車連接到一起，從而將自身的運(yùn)動(dòng)傳遞給料車，帶動(dòng)料車一起運(yùn)動(dòng)。 潛伏 式 自動(dòng)牽引車 本身不能運(yùn)送貨物，需要通過移動(dòng)裝有貨物的料車來實(shí)現(xiàn)運(yùn)送貨物的功能。 升降牽引裝置 位于 自動(dòng)牽引車 車體 中間頂部。升降牽引裝置 為一個(gè)可升降的 金屬桿，當(dāng)升降桿 升起時(shí) ， 升降桿 可以進(jìn)入料車上的掛鉤頭，從而將 自動(dòng)牽引車 和料車連接在一起， 自動(dòng)牽引車 可以拖動(dòng)料車運(yùn)行。當(dāng) 升降桿 降下時(shí)， 升降桿 離開料車上的掛鉤頭，從而將 自動(dòng)牽引車 和料車分離開， 自動(dòng)牽引車 獨(dú)立運(yùn)行。 本設(shè)計(jì)中的升降牽引裝置包括 外殼 、 直流電機(jī) 、 升降 桿 、升降板、無油襯套、凸輪組件、壓簧、彈簧固定軸、導(dǎo)向條 和 頂部安裝板 ， 升降牽引 裝置通過 頂部安裝板固定到自動(dòng)牽引車車體主框架 上， 直流電機(jī) 固定安裝在 外殼 的外側(cè)壁上， 彈簧固定軸 豎直安裝 焊接 在 外殼體內(nèi)， 外殼 的內(nèi)頂面上固定有 無油襯套 ， 無油襯套 與 彈簧固定軸 同軸， 升降桿 套裝于 無油襯套 內(nèi)， 升降桿 的下端固定有 升降板 ， 升降板 位于 無油襯套 的下方， 升降桿 的下端沿軸向開有彈簧容納腔， 彈簧固定軸 上套裝有 壓簧 ， 壓簧 的下端固定在 外殼 的內(nèi)底面上，上端固本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 定在彈簧容納腔內(nèi)， 直流電機(jī) 的輸出端安裝有 凸輪組件 ， 凸輪組件 壓緊于 升降板 的上表面上， 外殼的內(nèi)壁上還設(shè)置有上限位開關(guān)和下限位開關(guān)，上限位開關(guān)位于 直流電機(jī) 的輸出端上方，下限位開關(guān)位于 直流電機(jī) 的輸出端下方， 凸輪組件能夠隨著直流電機(jī) 的輸出端旋轉(zhuǎn)，并能觸發(fā)上限位開關(guān)或下限位開關(guān)。 外殼 的 右 內(nèi)壁上還設(shè)置有豎直的 導(dǎo)向條 ， 升降板 與 導(dǎo)向條 滑動(dòng)配合。 升降牽引 裝置 設(shè)計(jì)參數(shù)： 升降桿直徑： 35mm； 電 機(jī)參數(shù)： DC24V直流永磁電機(jī) 功率 30W 最大 轉(zhuǎn)速 2500r/min 工作電壓： 930V； 邏輯電平：高電平 ,低電平 0V； 牽引力： 500KG； 升降范圍： 050mm； 升降保護(hù)：升降限位開關(guān)保護(hù)，防止電機(jī)燒壞 升降速度：速度 25mm/s； 工作濕度： 10－ 90% RH； 工作溫度： 25℃ － +85℃ ； 防護(hù)等級(jí)： IP67。 外殼材質(zhì)： 普通碳鋼 我們這里需要對(duì) 升降牽引 裝置 中的關(guān)鍵零件 升降桿進(jìn)行應(yīng)力和變形量分析，判斷其結(jié)構(gòu)的可行性和可靠性。 將 升降 牽引裝置中 其 中無關(guān)零件剔除， 只對(duì)升降桿 進(jìn)行有限元分析。 由之前 自動(dòng) 牽引車的 設(shè)計(jì) 參數(shù) 得到負(fù)載能力 為 500KG， 取 料車 與 地面 之間的滾動(dòng)摩擦系數(shù)為 ， 計(jì)算得到料車 與 地面 在輸送過程中的滾動(dòng) 摩擦力 f=*500*10=1000N， 可知作用于 升降桿上的 牽引力 為 1000N。 下圖為 升降桿 的應(yīng)力分布圖，從圖中可以看到應(yīng)力最大值位于和 無油襯套 接觸的 根部 位置。 升降桿 材質(zhì)選用 Q235，在常溫條件下，許用應(yīng)力 [σ]=235MPa,從應(yīng)力分布圖中可以看到應(yīng)力最大值為13151958Pa≈235MPa。同理我們 從整體變形量分布圖中可以看到變形量最大值為本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 ， 綜上所述，說明 升降 桿 的強(qiáng)度滿足使用要求。 應(yīng)力分布圖 整體 變形量分布圖 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 磁條的設(shè)置 要求 自動(dòng)牽引車 的行駛路線，請確保通道寬度為約 1m。粘貼磁條時(shí)，應(yīng)靠近行駛路線的中心。請按照以下順序進(jìn)行設(shè)置。 （ 1）首先，請確定行駛路線。為防止 自動(dòng)牽引車 稍許左右移動(dòng)時(shí)也不會(huì)發(fā)生碰撞，寬度應(yīng)保持余量。 （ 2）請確認(rèn)行駛路線上沒有極端凹凸。如果存在極端凹凸，請平整為平坦路面。 注意：凹槽與地面的絕對(duì)高度不超過 10mm。 （ 3）請確認(rèn)行駛路線的坡度不超過 2176。 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 注意： 自動(dòng)牽引車 爬坡能力不超過 2176。 （ 4）請仔細(xì)清掃行駛路線。請掃除和清潔砂土塵埃、油膩部分。 （ 5）在行駛路線的中心劃線，作為粘貼磁條時(shí)的大致標(biāo)準(zhǔn)，為了使 自動(dòng)牽引車 運(yùn)行時(shí)保持穩(wěn)定，軌道的半徑應(yīng)盡量大。 （ 6）粘貼磁條，沿著線條用布從起始處開始依次固定，防止空氣進(jìn)入磁條和路面之間。貼轉(zhuǎn)彎軌道時(shí)，一邊拉緊一邊彎曲，防止磁條斷裂。 第三章 差速運(yùn)動(dòng)控制的程序設(shè)計(jì) 差速運(yùn) 動(dòng) 控制 概述 自動(dòng)牽引車 的運(yùn)行路線圖由行走路線，停止工位和轉(zhuǎn)彎標(biāo)識(shí)組成，磁導(dǎo)航傳感器一般配合磁條、磁釘或電纜使用，不管是磁條、磁釘還是電纜，都是為了預(yù)先定義 自動(dòng)牽引車 自主導(dǎo)航設(shè)備的行進(jìn)路線、停止工位或者其它動(dòng)作區(qū)域 。 根據(jù)使用方式，我們將磁導(dǎo)航分為兩種類型：地標(biāo)傳感器和磁導(dǎo)航傳感器。地標(biāo)傳感器和多點(diǎn)位的磁導(dǎo)航傳感器相互配合，構(gòu)成完整的磁導(dǎo)航感知系統(tǒng)。 磁導(dǎo)航傳感器安裝在 自動(dòng)牽引車 的正下方中軸線位置，兩側(cè)是地標(biāo)傳感器。 如果 自動(dòng)牽引車 沿著磁條行進(jìn)，磁導(dǎo)航傳感器應(yīng)該位于磁條正上方。當(dāng)磁導(dǎo)航傳感器檢測到磁條不在傳感 器的正下方，而是偏左或者偏右， 自動(dòng)牽引車 就可以通過左轉(zhuǎn)或者右轉(zhuǎn)進(jìn)行前進(jìn)方向調(diào)整，直到傳感器檢測到磁條位于傳感器的正下方為止。地標(biāo)傳感器用于檢測除了磁條導(dǎo)引線之外的其它特定標(biāo)志，比如轉(zhuǎn)彎標(biāo)志、岔道標(biāo)志、出站標(biāo)志等等。 磁導(dǎo)航傳感器 和兩側(cè) 地標(biāo)傳感器安裝位置如下圖所示： 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 磁條在周圍產(chǎn)生磁場，越靠近磁條磁場強(qiáng)度越大。磁導(dǎo)航傳感器正上方多個(gè)探測點(diǎn)所在位置的磁場最大，其它探測點(diǎn)所在位置的磁場強(qiáng)度相對(duì)較弱，特別是遠(yuǎn)離磁條的探測點(diǎn)所在位置的磁場強(qiáng)度幾乎為零。磁導(dǎo)航傳感器由此獲得磁條的磁場分布，從而確定磁條在磁導(dǎo)航傳感器 的位置。 自動(dòng)牽引車差速運(yùn)動(dòng) 控制系統(tǒng) 根據(jù)這個(gè)信息， 就能夠確定它的行進(jìn)方向是否偏離預(yù)定航線 。 磁導(dǎo)航傳感器設(shè)計(jì) 選型 磁導(dǎo)航傳感器選型：地標(biāo)傳感器 MA02 和磁導(dǎo)航傳感器 MA16 MA02 和 MA16 帶 NPN 數(shù)字量輸出和 RS485 串口輸出 磁導(dǎo)航傳感器 MA16 用于 自動(dòng)牽引車 路徑識(shí)別用 ， 地標(biāo)傳感器用于檢測除了磁條導(dǎo)引線之外的其它特定標(biāo)志，比如轉(zhuǎn)彎標(biāo)志、岔道標(biāo)志、出站標(biāo)志 。 上圖是一種典型的 自動(dòng)牽引車 導(dǎo)引線鋪設(shè)方式。黑色部分是用于引導(dǎo) 自動(dòng)牽引 的磁條， 自動(dòng)牽引車 根據(jù)磁條來確定行進(jìn)路線；藍(lán)色方塊是 N 極磁條，作為交叉路，告知 自動(dòng)牽引車 到了交叉路口，需要根據(jù)預(yù)定的策略決定行進(jìn)方向；綠色方塊是 S 極磁條，作為轉(zhuǎn)彎標(biāo)志，提示自動(dòng)牽引車 即將進(jìn)入彎道以本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 及彎道的方向。 黑色磁帶交叉位置為停止位，當(dāng)多個(gè)傳感器有反饋時(shí)，小車工位加一，正常情況為傳感器反饋點(diǎn)為 4 個(gè)，停止位為 7 個(gè)。 差速運(yùn)動(dòng) 控制 的 方式 自動(dòng)牽引車的運(yùn)動(dòng) 控制為 差速運(yùn)動(dòng) 控制，以控制兩個(gè) 驅(qū)動(dòng)輪 不同的運(yùn)轉(zhuǎn)速度來控制 牽引車 的運(yùn)行方向。 牽引車驅(qū)動(dòng)輪 運(yùn)行的速度準(zhǔn)備用 以下 兩 種方案 相結(jié)合 的方式 來控制 ： PID 控制，以 牽引車 在磁帶導(dǎo)航正中為 PID 的給定值，以磁導(dǎo)航傳感器檢測到的數(shù)據(jù)為PID 的反饋值，分別控制兩個(gè) 驅(qū)動(dòng)輪 的速度。 以磁導(dǎo)航傳感器反饋的數(shù)據(jù)分不同情況 設(shè)置兩個(gè) 驅(qū)動(dòng)輪的速度，根據(jù)不同情況驅(qū)動(dòng)輪 以不同的速度運(yùn)行 。 差速運(yùn)動(dòng)控制的 實(shí)現(xiàn) 及 PLC 程序 設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)牽引車能繞著圓圈做循環(huán)運(yùn)行， 測試 差速 控制方式、用 西門子 PLC200符合控制要求（程序的大小、程序的掃描周期） 實(shí)現(xiàn)自動(dòng) 牽引車 繞著圓圈做循環(huán)運(yùn)行，在固定位置停止，測量停止精度和方向精度 實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)牽引車 在交叉口做轉(zhuǎn)彎測試（交叉口為兩個(gè)分叉口） 差速 運(yùn)動(dòng) 控制邏輯編程如下圖所示： 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 第四章 總結(jié)與展望 全文總結(jié) 自動(dòng)牽引車 在工業(yè)制造和交通領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，而 運(yùn)動(dòng) 系統(tǒng)