AGV设计电机选择计算

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1、驱动系统部件的选择与校核AGV 的驱动系统主要由驱动电源、电机和减速装置组成。电机的性能参数及 减速装置的规格型号的确定直接决定整车的动力性，即车辆的运动速度和驱动力 直接决定整车的动力特性。因此电机必须通过详细计算进行选择，现在很多电机 直接与减速装置组合在一起构成减速电机，为我们的设计带来了很大的方便，并 且能使 AGV 的驱动系统简单化，结构小型化，此外性价比也比较高，因此此次 设计直接选择减速电机作为驱动源。1 电机种类的选择与 AGV 相关参数自动引导车是电动车的一种，而电机是电动车的驱动源，提供给整车提供动力。目前最常用的电动车辆驱动系统有以下三种:第一种是直流电机驱动系统，20

2、世纪90 年代前的电动汽车几乎全是直流电 机驱动的。直流电机木身效率低，体积和质量大，换向器和电刷限制了它转速的 提高，一般其最高转速为6000-8000r/mi n。但出于其缺点目前除了小型车外，电 动车很少采用直流电机驱动系统。第二种是感应电机交流驱动系统。该系统是20 世纪90 年代发展起来的新 技术，目前尚处于发展完善阶段。电机一般采用转子鼠笼结构的三相交流感应电 动机。电机控制器采用矢量控制的变频调速方式。其具有效率高、体积小、质量 小、结构简单，免维护、易于冷却和寿命长等优点，该系统调速范围宽，而且能 实现低速恒转矩，高速恒功率运转，但交流电机控制器成本较高。目前，世界上 众多著名

3、的电动汽车中，多数采用感应电机交流驱动系统。第三种是永磁同步电机交流驱动系统，其中永磁同步电机包括无刷直流电机 和三相永磁同步电机，而永磁同步电机和无刷直流电机相比，永磁同步电机交流 驱动系统的效率较高，体积最小，质量最小，也无直流电机的换向器和电刷等缺 点。但该类驱动系统永磁材料成本较高，只在小功率的电动汽车中得到一定的应 用。但永磁同步电机是最有希望的高性能电机，是电动汽车电机的发展方向。 出于直流电机本身具有控制系统简单，调速方便，不需逆变装置等优点，并且本 次毕业设计的 AGV 运行速度低，功率也不高，因此，采用直流电机（包含减速 装置）作为驱动系统的动力源足够满足此次 AGV 设计，

4、并且性价比优越。此次 所设计的AGV相关参数如下表所示：AGV 相关参数表参数名称相关数据与说明额定载重20Kg最大载重25Kg外形尺寸500*300*200mm牵引方式光学引导式（黑白线引导）电源工业免维护24V铅酸电池驱动方式中置双轮差速爬坡能力坡道角a =20车架尺寸(长L宽b高h)500*300*30mm直线行走速度s拐弯速度s接近停位点时速度s安全装置故障报警，急停按钮，超声波测障(前 后各一个)，万向轮刹车，防撞装置等转弯半径=5m根据AGV底盘设计可知选择常用的铝合金材料的密度为x103kg/m3，则AGV车架 自重为 G= P Lbhg=x103xxxx=126NAGV的载重P

5、=mg=25x=245N；根据电源模块知电源重量P=5x=49N;对于其他像 电机，编码器等模块取一个安全系数2进行总重量计算，则AGV对地面的正压 力 Fn=Kx(P+G+P1)=x(245+126+49)=462N;AGV 运行阻力的计算AGV 在水平道路上等速行驶时必须克服来自地面的滚动阻力和来自空气的空气 阻力。但是 AGV 刚起动时车轮所处的滑动状态对应的摩擦力为滑动摩擦力，在 起动前必须先要克服静摩擦力，因为静摩擦系数是三者中最大的，对应的静摩擦 力也是最大的，因此只要保证 AGV 能起动，之后所面临的滚动阻力总是比静摩 擦力小得多【1】，因此计算AGV的起动阻力即可，只要满足起动

6、条件则运行条 件自然就满足，以符号Ff表示最大静摩擦力，以符号Fw表示空气阻力。当AGV 在坡道上行驶时，还必须克服重力沿坡道的分力，称为坡度阻力，以符号Fi表示。 AGV 加速行驶需要克服的阻力称为加速阻力，以符号 Fj 表示。因此车辆运行的 总阻力为:工 F = Ff+Fw+Fi+FjAGV 的静摩擦力的计算Ff 二卩 Fn式中：口一最大静摩擦系数，即车轮刚好滚动时所需的推力与对地面的正压力之 比，即单位车辆重力刚好所需的推力。最大静摩擦系数由实验确定。它与路面的 种类、行驶车速以及车轮的构造、材料等有关。考虑到AGV在实验室，仓库等 地方运行，路面一般为釉面砖或混凝土路面，车轮选择常用的

7、橡胶轮，参考钟月 威等教授研究的影响建筑地面与橡胶界面静摩擦问题分析论文【2】可知，在一 定范围内静摩擦系数随着正压力的增大而增大，并且与地面干湿程度有关，实验 条件是24Kg正压力，干法测量，静摩擦系数口在之间，实际AGV重量比实验 中的材料重一些，因此考虑一定的余量下取静摩擦系数口 =进行计算，代入公式 得静摩擦力为：Ff 二卩 Fn = X462=；(2)加速阻力的计算AGV 在加速行驶的过程中，需要克服其质量加速运动时的惯性力，即加 速阻力Fj；设AGV从原地起步经过的位移S=lm时，其车速达到Vt = s 则 AGV 的加速度为:a=(Vt2-V02)/2=2=m2 故加速阻力为：F

8、j = Ma = a x Fn / g 二；;坡度阻力的计算AGV工作场的道路状况一般较好，坡度较小，坡道角为a =2o,则坡道阻力 为:Fi = Mg sin a = Fn sin a =i6N；空气阻力的计算因为空气阻力F=-KV, K为空气阻力系数，计算公式为：K = P V2CDA /2 ；式中,P 为空气密度，V为车速，CD为气动阻力系数，A为汽车迎风面积【3】；则空气 阻力正比于速度的三次方，AGV小车不同于道路行驶的高速车辆，此次AGV的 最高时速为s并且AGV的迎风面积也比较小，因此空气阻力对AGV行驶的影响 可忽略不计。因此F =0N;w根据AGV总的运行阻力公式知：工 F

9、= Ff+Fw+Fi+Fj =+o+i6=；直流减速电机的选择我们知道 AGV 在运动过程中，不论是直线行驶还是拐弯，滚动摩擦力远比最大 静摩擦力小，由经验知只要 AGV 能正常起动，其它运行条件都满足。对于起动 有两种情况，一是常规的起动方式，起动时 AGV 是直线状态起动；另一种就是 之前AGV可能因为某些原因紧急停车，之后起动时AGV是转弯状态起动，存在 牵引力不平衡现象；因此分两种情况对直流减速电机进行选择，综合两种情况选 择一款性价比较高的电机。具体分析如下：起动时AGV是直线状态起动驱动系统最终所能释放出的力与速度不仅仅取决于减速器的输出，（这里的 速度指 AGV 的实际速度，而不

10、是转轴的转速）还受到驱动轮直径大小的影响， 驱动轮直径增大时，最后的输出速度将增大，驱动力则减小；相反，驱动轮直径 变小时，最后的输出速度将降低，驱动力则增大【4】，同时结合AGV的具体底 盘尺寸，选择了淘宝杰越机器人店铺的优质机器人专用轮胎铝合金轮毂 ,直径 d=65mm,具体结构尺寸见AGV装配图。因为总的运动阻力为工F=，则总的运动 阻力矩为:M =Fx r = X2=因为AGV采用两个电机驱动，每个电机承担一半的功率，由P=TXW知两个电 机运行状态相同的情况下，力矩方向也相同，因此驱动系统电机驱动力矩至少为: T=2=，同时还要考虑留有一定的余量。起动时AGV是转弯状态起动因为AGV

11、的转弯速度比直线运行速度低，就算是正常运行时也才一S,因此AGV 在转弯状态刚刚起动时速度也很低，此次计算根据以往经验进行简单估算，设开 始起动后1s内达到正常运行速度，取最大值s进行计算，因为设计所采用的驱 动方式为两驱，在转弯状态起动时可以简化为两个车轮的转动，因为轨迹半径较 大的那个车轮速度要求较大，在相同时间里所对应的加速度也越大，因此只需要 估算轨迹半径较大的那个车轮对应的驱动电机即可，考虑转弯半径值与正常运行 速度，在 1s 内转过的角度大概为度，对应的两段弧长比值为:=，为了计算方便 并且考虑留有一定的余量，取2:1进行计算，也即是轨迹半径较大的那个车轮速度为s,另一个为s；因此

12、加速度与之前的AGV运行阻力一样大小，假设AGV的质 量分布均匀，则轨迹半径较大的那个车轮受到的最小驱动力为： 工F=F总/2=2=;则总的运动阻力矩为:=X 2=；因为另一个电机的运动阻力矩比小，因此无需再进行计算了，所以该驱动系统一 个电机驱动力矩至少为T=，同时还要考虑留有一定的余量。综合以上两种起动情 况选择了淘宝电机马达商城的 53mm 行星齿轮减速电机；该种减速电机结构比 较紧凑，回程间隙小、精度较高，使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很大。 该系列电机参数列表如下所示：%hMkMu53ZV-ESQD.3S25Mr4/2 DM301 : U150RPH53ZY1GO12O.M25M

13、1,&MQO20町1 14lOCftFMS3ZY5Q120.2020001 31-60015381 siSOftPH53ZY300站0.25嘶1.3545003070l 1右JOCffi5!532200240.25! S!：.4003079S20OHPJI53ZY1002d0.201.15320025礙1 .w100RPM参照该系列电机参数列表并且考虑电机转速选择了型号为 53ZY200 的直流减速I0A.翌讯尸匚；：巴凹衆r虹配图）L越連比23 1：6341 = 16-1=36451：641 ；216561:256-1:1296电机， 53ZY200 的直流减速电机详细参数表如下所示电机相关

14、参数表（备注：78Kgcm=,RPM=r/min）参数名称相关数据额定转矩m减速后额定转速200r/mi n额定功率30W额定电压24v额定电流空载转矩470Nm减速比1:24重量565g价格300元另外53ZY200的直流减速电机的外形结构尺寸如下图所示：（具体尺寸见总体装53ZY200 的直流减速电机结构尺寸直流减速电机的校核 (1)进行运动速度的校核 在确定了电机之后，我们就可以进行运动速度的校核，确保车辆有足够驱动力的同时也要满足所需要的工作速度。根据以下公式估算AGV的运行速度【3】 Vr = (VmD兀)/60式中vr为AGV的运行速度，Vm为电机转速(r/min) D为车 轮直径

15、；D=, Vm = 200r/min 则:Vr= (200XX) /60=s显然s大于预期设定的速度值s,另外校核AGV在弯道上行驶时是否会偏离轨道， 因为 AGV 正常行驶时受到的摩擦力为滚动摩擦力，橡胶轮与地面的滚动摩擦系 数大概在左右，而提供AGV转弯的向心力由最大静摩擦力充当，因为口 Mg=MV2/R, 其中口为最大静摩擦系数;所以V= (口 gR) i/2=s；因为转弯时AGV最大运行速度为 s远远小于s，所以AGV在弯道上行驶时不会偏离轨道，因此我们可以通过PWM 调速控制AGV低速行驶，故可以选用该电机。(2) 进行驱动能力的校核当起动时AGV是直线状态起动，因为所选减速电机的扭矩Md=，则车轮的 驱动力矩为:Mw=2XMD=2X =由于 Mw “，所以能保证AGV的正常起动， 并有一定的驱动力储备。当起动时 AGV 是转弯状态起动，因为受力矩最大