多用途轮式电动移动平台结构设计.doc

1、摘 要自动引导车（AGV）是一种经济、高效、稳定的物流运输解决方案，目前它已经从汽车工业逐渐渗透到社会的各个行业。在农业领域，AGV也已经开始试验性的应用。但是，由于现有的农用AGV大多为工业AGV的 改良品，所以效果还没有达到理想状态。本次设计就是针对农业的特点，对AGV的底盘进行有目的的研发，以使其适应农田的复杂环境。同时它还能搭载各种识别、收获装置，真正实现现代化的农业生产。设计主要采用了农用轮胎来代替以往惯用的履带和舵轮，使用四个伺服电机作为驱动和控制原动机，其中两个36W的作为转向控制电机，两个150W的作为主驱动电机。它们再配合了大传动比的减速机后，可以输出高达90N/m的转矩。这

2、样，即使AGV行驶在高低起伏的田间，也可以“如履平地”。加强型的车身不但宽敞，而且还可以容纳更多的设备，如机械手、红外线传感器、卫星定位仪等。这篇说明书主要阐述了AGV底盘的设计思路和原理以及设备安全度的校核。关键词：自动引导车；农用机械；伺服电机；减速机；焊接。ABSTRACTAutomatic Guided Vehicle (AGV) is an economical, efficient, stable and logistics transportation solutions, from the automotive industry has gradually penetrated

3、 into the various sectors of society. In the field of agriculture, the AGV has begun a pilot application. However, because most of the existing agricultural AGV for industrial AGV improved products, so the effect has not yet achieve the desired state. The design characteristics of agriculture, the A

4、GV chassis for the purpose of research and development to adapt them to the complex environment of the farmland. It can also carry a variety of identification, harvesting device, truly modern agricultural production.Designed primarily agricultural tires instead of the usual in the past crawler and w

5、heel uses four servo motor drive and control the prime mover, which as a steering control motor two 36W and two 150W as the main drive motor. Them together with a large transmission ratio speed reducer, you can output up to 90N / m of torque. In this way, even if the AGV is driving the field in the

6、ups and downs can also be Rulvpingdi. Strengthen the type of body is not only spacious, but also to accommodate more equipment such as robots, infrared sensors, satellite locator.This manual mainly describes the AGV chassis design ideas and principles, as well as equipment safety check.Key words：Aut

7、o Guided Vehicle(AGV)；agricultural machine；servo electromotor；retarder；jointing目 录第一章 设计任务书11.1课题依据：11.2任务要求11.3毕业设计进度计划1第二章 机械装置设计总体方案设计22.1总体方案的选择和比较22.2原动机选择依据32.3传动装置的确定5第三章 主要零部件的设计计算63.1齿轮设计63.2轴的设计143.3轴承的选择163.4键的选择17第4章 车体与支撑部件的设计184.1车体的设计184.2支撑架的设计18第5章 设备的使用和保养19结束语20致 谢21参考文献22第一章 设计任务

8、书1.1课题依据 设计一轮式行走方式的电动移动平台，作为多用途的试验用载体平台，可在其上进一步安装多种作业机械，如收获机械、喷药机械等其他机构，完成多种试验作业操作，为田间试验提供一个多用途的机械载体。在机械平台结构基础上，可加装工业自动控制机构，为达到自动行走和遥控行走的功能打下基础。 要求：考虑适应田间土路面行走和水泥路面行走的功能要求，预留自动控制系统的安装空间。 1.2任务要求 1. 调研报告、查阅文献资料。 2. 移动平台的结构部分方案设计，部件选型。 3. 移动平台的结构总装图设计绘制。 4. 零部件图纸设计绘制。 5. 翻译外文资料。 6. 撰写毕业设计说明书。1.3毕业设计进度

9、计划 3.13-3.26 调研、查阅文献资料、翻译外文资料。 3.27-4.16 移动平台的结构部分方案设计，部件选型。 4.17-4.30 移动平台的结构总装图设计绘制。 5.1-5.28 零部件图纸设计绘制。 5.29-6.10 整理资料，撰写毕业设计说明书，准备答辩。 第二章 机械设计总体方案设计2.1总体方案的选择和比较： 根据田间的实际情况，AGV的设计方案如下：2.1.1 驱动方式： 由于农用AGV工作于农田环境，综合路面状况的稳定性因素，选择农业轮胎（GB/T1192-1999）,前进动力由两部分伺服电机提供，并经过减速机减速。2.1.2转向方式： 采用差速转向，当需要转向时，计

10、算机向转向控制电机发出驱动信号，是两前轮摆转到适当位置，之后计算机向主驱动伺服电机发出信号，两部伺服电机向不同的方向转动，使得小车绕着后桥重点做原地转动。这种转向方式的设计可以使轮式车辆的转弯半径最小化R车身全长。 图1 在最初的机构方案设计中，所选择的是类似于汽车的传动与转向装置，即转向采用四连杆机构，后轮传动采用单电机差速器机构。但是在之后的方案评估中发现四连杆和差动装置机构复杂，设计难度较大，故采用了如图所示的机构方案。 这种方案最大的有点是结构简单，车身内部空间大，机构运动实现简单，最重要的是转弯半径极小（1m，使用四杆机构的转弯半径大约为3m），非常符合农田工作的需要。 但是鱼与熊掌

11、不可兼得，在具备众多优点的同时，这种机构也不可避免的长生了一些缺点。过多的伺服电机是的制造成本很难控制，而且功耗与额外损耗加大。这些缺点恰恰是四连杆机构的优势。 鉴于是理论验证机型，在原型机设计阶段可以不必太计较成本，故选择了此机构，在具体的结构与机构设计中还有很多这样的矛盾的因素，也都是本着效果最佳的原则进行取2.1.3技术指标驱动电机：直流无刷伺服电机12V,150W2。转向电机：直流无刷伺服电机12V，35W2.蓄电池：工业车辆用免维护蓄电池，12V2并联，100Ah2.1.4技术指标行走速度：0-1m/s(安全工作时为0.5m/s)。载重：200kg。行走方向：前进、后退、左转、右转。

12、工作时间：3小时定位精度：20mm。车身尺寸：1000650380（mm）.2.2原动机选择依据 原动机的选择的主要依据是功率与扭矩，即原动机的输出功率必须足以克服各种阻力做功，原动机经过减速后输出的转矩必须能够客服阻力矩。2.2.1转向伺服电机： 机构正常工作时载荷最大为m=200kg，充气轮胎与泥土路面的滚动摩擦系数R =1.5mm，轮胎半径R=150mm，前轮摆转半径r=110mm，转向电机工作时车前轮最大平动线速度v=0.2m/s。 由公式M阻=FNR得： M阻=mgR=30Nm 由于总的阻力被四个轮子均分，所以F=50NW=10.7W所以综合环境变化以及安全系数的影响选取的伺服电机的

13、动率不能小于20W。 扭矩TI= 所以所选择的电机的扭矩不能小于0.04。 综合以上各种因素，设计选择了型号为110SZH5/36W/12V/0.686Nm/3000rpmin的伺服电机作为转向电机使用。2.2.2主驱动伺服电机： 机构正常工作时载荷最大为m=200Kg，充气轮胎与泥土路面的滚动摩擦系数=1.5mm,轴距L=733mm，轮胎半径R=150mm,原地转弯时全轮转弯半径、后轮转弯半径,正常行进时速度v=0.5m/s。 由公式得： 总的阻力为正常进行时 ，单台电机功率不能小于54W。 扭矩 单台电机扭矩不能小于0.35Nm。原地转向时 所受的阻力矩 所以克服阻力距作的功，= W=25

14、8W,单台电机功率不应小于130W。 扭矩 单台电机扭矩不能小于0.8Nm综合以上各种因素，设计选择了型号为110SZ61/150W/12V/0.843Nm/1700rpmin的伺服电机作为转向电机使用。2.3传动装置的确定 本着结构紧凑的原则，本设计的传动机构均采用薄型齿轮传动。 减速机方面使用了伺服电机原厂配套的紧凑型星轮减速机，这种减速机的好处在于原厂的电机连接方便、传动比大、效率高（95%以上）、361的减速机有方向自锁功能（这一点十分重要，因为前轮在正常行进过程中要保持固定的状态）等。 传动齿轮方面，前轮采用了m=2的200不完全直齿圆柱齿轮与40直齿圆柱齿轮啮合的方式传动功率。后轮采用了m=2的100直齿圆柱齿轮与30直齿圆柱齿轮啮合的方式传动功率。（齿轮参数的具体选择依据相见第三章齿轮设计校核篇） 这样做的作用可以进一步的增大传动比，以使系统能够有更大的扭矩输出。同时这种设计也可以使高速小扭矩电机的功率最大限度的得以发挥。第三章 主要零部件的设计计算3.1齿轮设计齿轮的损坏原因及形式： 齿轮在啮合过程中，齿轮根部产生弯曲应力，过度圆角处又有应力集中，故当齿轮收到足够大的载荷作用，其根部的弯曲应力超过材料的许用应力时，轮齿就会