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1、 河 北 科 技 大 学 学生个性化教育实训报告 题 目 学生姓名 指导教师 日 期 河北科技大学机械工程学院 自导引小车 AGV 系统分析与设计 任务 书 专业 机械设计制造及其自动化 指导教师 班级 学生姓名 学号 一 内容简介一 内容简介 自导引小车是是本设计以 AGV 为例 设计自导引小车 并通过实训装置进行 调试练习 二 任务要求 二 任务要求 1 自导引小车载重 20Kg 要求实现前进 转弯和自动循迹功能 2 具有红外避障功能 3 小车行进速度可调 4 控制系统采用 STC89C52 采用单片机 C51 语言编程 5 要求控制系统有仿真和调试 三 任务内容任务内容 1 实训设计说明
2、书 1 份 2 机械结构三维模型图 电子版 二维设计装配图 1 张及主要零件图 3 控制系统原理图 1 张 4 程序框图及程序清单 5 演示视频 四 时间安排 四 时间安排 1717 周周 20 20 周 周 2015 12 21 2015 12 27 认识自导引小车 根据要求设计机械结构 进 行强度的计算与校核 三维建模 绘制机械结 构装配图 主要零件图 2015 12 28 2016 1 1 熟悉控制元件 控制流程 绘制自导引小车控制 系统原理图 2015 1 2 2015 1 6 编写控制程序 2015 1 7 2016 1 15 仿真 调试程序 编写设计说明书 目 录 第一章 绪论 1
3、 1 1 AGV 自动导引小车简介 1 1 2 AGV 自动导引小车的分类 2 1 3 AGV 系统组成 3 第二章 机械部分设计 4 2 1 设计任务 4 2 2 确定机械传动方案 5 2 3 直流伺服电动机的选择 5 2 4 联轴器的设计 8 2 5 蜗杆传动设计 8 2 6 前轮轴的设计 11 2 7 蜗杆轴上的轴承选型计算 13 第三章 控制系统的设计 15 3 1 单片机的选择 15 3 2 电机驱动芯片的选择 17 3 3 循迹模块的选择 19 3 4 硬件系统电路图 20 3 5 软件部分设计 20 第四章 小车组装 23 第五章 总结 27 第六章 分工情况 28 第一章 绪论
4、 1 1 AGV 自动导引小车简介 AGV Automatic Guided Vehicle 即自动导引车 是一种物料搬运设备 是能在一位置自动进行货物的装载 自动行走到另一位置 自动完成货物的卸 载的全自动运输装置 AGV 是以电池为动力源的一种自动操纵的工业车辆 装 卸搬运是物流的功能要素之一 在物流系统中发生的频率很高 占据物流费用 的重要部分 因此 运输工具得到了很大的发展 其中 AGV 的使用场合最广泛 发展十分迅速 自动导引车 automatic guided vehicle AGV 是一种集声 光 电 计算机为一体的简易移动机器人 在结构上有类似于有人驾驶车 只不过它的 行驶是在
5、车载微电脑的控制下完成的 主要应用于柔性加工系统 柔性装配系 统 以AGV作为活动装配平台 自动化立体仓库以及其他一些行业作为搬运设 备 最早的自动搬运车是1913年福特汽车公司用在底盘装配上 代替了原来的 输送机 使原装配时的12小时28分缩短了1小时33分 1956年英国人组成了以电 磁感应导向的简易AGVS 从此60年代传到了美国 1959年日本也从这时开始引 进AGVS技术 60年代AGVS从自动化仓库进入到柔性加工系统 FMS 70年代AGV 作为生产组成部分而进入了生产系统 从而使AGV得到了迅速发展 特别在汽车 制造业得到广泛应用 我国是从1976年起重机械研究所研制出第一台AD
6、B型AGV 北京邮电部邮政 科学技术研究所为上海新火车站邮政枢纽 济南军区仓库研究试制的WZC及WZC 一1两种AGV 1991年也投入了运行 中科院沈阳自动化研究所1993年4月在北京 新技术展览会上介绍了自行研制的SIA7 AGV一1型载重300公斤的自主导引小车 在沈阳某厂试用 1992年天津理工学院研制的带电缆光导AGV 我国台湾省曾委 托ADLITTLE咨询公司编制 2000年新兴工业规划 把开发研制AGVS列为第一类 出口导向型优先发展的自动化产业 2000年世界自动化产业需求量为700亿美元 台湾达到36亿美元 最早期的 AGV 是铺轨式的 车体在预设的铁轨上行驶 利用通信设备控
7、制 它的行驶或停止 并没有涉及到传感器 随着传感器技术的飞速发展 各种各 样的传感器被使用在 AGV 中 AGV 利用传感器感知周围事物的信息 控制机车 的运动 从而实现真正意义上的自动导引 1 2 AGV 自动导引小车的分类 自动导引小车分为有轨和无轨两种 所谓有轨是指有地面或空间的机械式导向轨道 地面有轨小车结构牢固 承载力大 造价低廉 技术成熟 可靠性好 定位精度高 地面有轨小车多采 用直线或环线双向运行 广泛应用于中小规模的箱体类工件 FMS 中 高架有轨 小车 空间导轨 相对于地面有轨小车 车间利用率高 结构紧凑 速度高 有利于把人和输送装置的活动范围分开 安全性好 但承载力小 高架
8、有轨小 车较多地用于回转体工件或刀具的输送 以及有人工介人的工件安装和产品装 配的输送系统中 有轨小车由于需要机械式导轨 其系统的变更性 扩展性和 灵活性不够理想 有轨小车如图所示 无轨小车是一种利用微机控制的 能按照一定的程序自动沿规定的引导路 径行驶 并具有停车选择装置 安全保护装置以及各种移载装置的输送小车 有轨小车如图所示 无轨小车按引导方式和控制方法的分为有径引导方式和无径引导自主导向 方式 有径引导方式是指在地面上铺设导线 磁带或反光带制定小车的路径 小车通过电磁信号或光信号检测出自己的所在位置 通过自动修正而保证沿指 定路径行驶 无径引导自主导向方式中 地图导向方式是在无轨小车的
9、计算机 中预存距离表 地图 通过与测距法所得的方位信息比较 小车自动算出从某 一参考点出发到目的点的行驶方向 这种引导方式非常灵活 但精度低 1 3 AGV 系统组成 现今的AGV基本上由导向模块 行走模块 导向传感器 微处理器 通讯装 置 移载装置和蓄电池等构成 如图1所示 其中 微处理器是车的控制核心部 分 它把车的各个部分有机地联系在一起 它不仅控制整个车的运行 而且 还通过通讯系统接收地面管理站传来的各种指令 并不断地把车的所处位置 运行状况等信息返回给地面站 通讯装置根据车的通讯方式不同可以是 红外 通讯 感应通讯 无线电通讯等 移载方式有手动和自动2种 根据需要可以配 置货叉 升降
10、平台 辊子输送机 外伸形货叉 机械手等设备 一定数量的AGV 在地面设 施的支持下 按工序完成一定的物料输送任务就构成AGV系统 目前各大高校教学演示 自动化车间及物流配送业的用户对我们的AGV产品 反应良好 该产品也广泛应用的行业还包括烟草 汽车制造 家电 金融系统 等多个领域 AGV的上市 标志着科技突飞猛进的大中华 让现代化工业城市又 向前迈进了一大步 也将是现代化工业企业 自动化发展的必然趋势 1 较高的柔性 只要改变一下导向程序 就可以很容易地改变 修正和扩充AGV的移动 路线 如果改变固定的传送带运输线或有轨小车的轨道 相比之下改造的工作 量要大得多 2 实时监视和控制 由于控制计
11、算机实时地对AGV进行监视 如果FMS控制系统根据某种需 要 要求改变进度表或作业计划 则可很方便地重新安排小车路线 此外 还 可以为紧急需要服务 向计算机报告负载的失效 零件错放等事故 如果采用 的是无线电控制 可以实现AGV和计算机之间的双向通讯 不管小车在何处或处 于何种状态 运动或者静止 计算机都可以用调频法通过它的发送器向任一特 定的小车发出命令 且只有响应的那一台小车才能读到这个命令 并根据命令 完成某一地点到另一地点的移动 停车装料 卸料 再充电等一系列的动作 另一方面小车向能向计算机发出信号 报告小车的状态 小车故障 蓄电池状 态等 3 安全可靠 AGV能以低速运行 一般在10
12、 70 m min范围内操作 通常AGV有微处理器 控制 能同本区的控制器通讯 可以防止相互之间的碰撞 有的AGV上面还安装 了定位精度传感器或定中心装置 可保证定位精度达到 30 mm 精确定位的AGV 其定位精度可达到 30 mm 从而避免了在装卸站或在运动过程中小车与小车之 间发生碰撞 以及工件卡死的现象 装卸搬运是物流的功能要素之一 在物流系统中发生的频率很高 占据物 流费用的重要部分 AGV的显著特点是无人驾驶 AGV上装备有自动导向系统 可以保障系统在不需要人工引航的情况下就能够沿预定的路线自动行驶 将货 物或物料自动从起始点运送到目的地 AGV的另一个特点是柔性好 自动化程度 高
13、和智能化水平高 AGV的行驶路径可以根据仓储货位要求 生产工艺流程等改 变而灵活改变 并且运行路径改变的费用与传统的输送带和刚性的传送线相比 非常低廉 AGV一般配备有装卸机构 可以与其他物流设备自动接口 实现货物 和物料装卸与搬运全过程自动化 此外 AGV还具有清洁生产的特点 AGV依靠 自带的蓄电池提供动力 运行过程中无噪声 无污染 可以应用在许多要求工 作环境清洁的场所 AGV的类型和应用 AGV的类型AGV的应用 1 电磁感应引导式AGV1 仓储业 2 激光引导式AGV2 制造业 3 视觉引导式AGV3 邮局 图书馆 港口码头 4 铁磁陀螺惯性引导式AGV4 烟草 医药 食品 化工 5
14、 光学引导式AGV5 危险场所和特种行业 第二章 机械部分设计 2 1 设计任务 设计一台自动导引小车 AGV 可以在水平面上按照预先设定的轨迹行驶 本设计采用 AT89C51 单片机作为控制系统来控制小车的行驶 从而实现小车的 左 右转弯 直走 倒退 停止功能 其设计参数如下 自导引小车载重 20Kg 自动导引小车的长度 500mm 自动导引小车的宽度 300mm 自动导引小车的行驶速度 100mm s 2 2 确定机械传动方案 传动系统如图 2 1 所示 图 2 1 2 3 直流伺服电动机的选择 伺服电动机的主要参数是功率 KW 但是 选择伺服电动机并不按功率 而是更根据下列三个指标选择
15、运动参数 AGV 行走的速度为 100mm s 则车轮的转速为 n 60v d 60 100 3 14 140 22 75r min 2 1 电机的转速 选择蜗轮 蜗杆的减速比 i 62 2 2 62 22 751410 5minninr 电 自动导引小车的受力分析 图 2 3 车轮受力简图 小车车架自重为 P 取 P 5kg 49N 2 3 小车的载荷为 G G mg 20 9 8 196N 2 4 列出平衡方程 2F Fc G P 0 2 5 0 z F P G 100 Fc 200 0 2 6 0 x M 解得 F 61 25N Fc 122 5N 两驱动后轮的受力情况如图 2 4 所示
16、 滚动摩阻力偶矩的大小介于零与最大值之间 即 f M 2 7 max 0 f MM Mmax 0 006 61 25 0 3675N M 2 8 其中 滚动摩阻系数 查表 5 2 2 10 取 6mm 2 牵引力 F 为 F 0 3675 0 07 5 25N 2 9 后轮受力 图 2 5 摩擦系数 牵引力 F N 重物的重力 W N 滚子直径 D mm 传递效率 传动装置减速比 1 G 1 求换算到电机轴上的负荷力矩 L T 2 10 19 8 21000 L FWD T G 5 25 0 15 61 25 0 7 140 2 62 9 8 1000 0 23N M 取 0 7 157 66 0 15 WN 2 求换算到电机轴上的负荷惯性 L J 2 11 2 1 2134 2 L Z JJJJJ Z 2 2 1 0 00003490 0047660 000131 0 0000604 62 0 000036189 kg m 其中 为车轮的转动惯量 为蜗杆的转动惯量 1 J 2 J 为蜗轮的转动惯量 为蜗轮轴的转动惯量 3 J 4 J 3 电机的选定 根据额定转矩和惯量匹配条件 选择直
