温室收获机器人自动导向车车身设计(机械部分设计).doc

1、摘 要 随着自动导向车在各个领域越来越广泛的应用，自动导向车的导向技术已经引起广大的关注。自动导向车（AGV）是采用自动或人工方式装卸货物，按设定路线自动行驶或牵引着载货台车至指定地点，再用自动或人工方式装卸货物的工业车辆。一套自动导向车包括数量小车、导航服务、通讯硬件和安全系统。本篇论文概述自动导向车的发展、应用情况及其特点，并对常用的导向方法和技术进行了全面的技术分析和比较。关键词：温室；自动导向车；设计ABSTRACT With the more and more wide applications of automatic guided vehicle(AGV) in every fi

2、eld, its docking techniques have drawn extensive attention . AGV is a Vehicle that adopts automated or manpower to load and unload goods, then carries it to appointed place following the at path, and load and unload goods in automated or manpower mode .This paper summarizes development , application

3、 and features of automatic guided vehicles, and analyzes and compares the common guidance technologies.Key word: greenhouse; automated guided vehicle; design 目 录第一章 AGV的发展历史及应用11.1 AGV的发展历史11.2 AGV的现状及应用11.3 目的和意义11.4 研究内容1第二章 总体方案设计及计算过程32.1 总体指标要求32.2 自动导向车车身部分设计方案32.3 升降台方案设计32.4 升降工作台的校核42.4.1耐磨

4、性计算52.4.2螺旋传动示意图52.4.3自锁性校核72.4.4螺杆的强度计算72.4.5 螺母螺纹牙的强度计算72.4.6 螺杆的稳定性校核8第三章 电动机功率的计算及选择93.1 电动机功率的估计93.2 电动机转速的确定9第四章 减速器的设计方案104.1减速器的选用104.1.1 齿轮减速器104.1.2 蜗杆减速器104.1.3 蜗杆-齿轮减速器104.1.4 最终方案104.2 蜗杆减速器传动设计计算114.2.1 选择蜗轮蜗杆材料114.2.2 蜗杆传动强度计算114.2.3蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算114.2.4蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸114.2.5 蜗杆的刚度计算134

5、.3 蜗杆传动效率144.4蜗杆传动的润滑144.4.1润滑油144.4.2润滑油量144.5蜗杆传动的热平衡计算15第五章 联轴器的校核165.1联轴器的选择165.1.1确定联轴器的型号165.1.2校核最大转速165.2键联接强度的校核16结论17致谢18参考文献19第一章 AGV的发展历史及应用1.1 AGV的发展历史 AGV自动导向车，又称自动牵引车，是指转备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有小车编停车选择、安全保护，以及各种移载功能的运输小车，是一种非常具有前途的物料运输设备。AGV最早于50年代出现在美国，但直到70年代才在欧洲得到迅速的发展和推广作用。日

6、本在1963首次引进AGV后，AGV在日本得打很大的重视，政府将其列为重点发展对象，科研部门重点攻关，经过发展，日本的自动导向车的技术已日趋成熟。我国对自动导向车的研究相对较晚。目前国内的工厂多数还是采用传统的物料搬运方式，靠人工借助一些简单的机械设备完成。已经有一些科研单位致力于高技术自动导向车的研究，并且取得了重大的突破。1.2 AGV的现状及应用 AGV自动导向车经过多年的发展，其形成AGVS制造系统。自动导向车系统是指多台AGV在中央控制计算机的管理协调工作，并同其他物流设备，如输送、传送带和工位缓冲站等实现高度集成，而且可以通过车载计算机和网上主机与其他设备进行通讯的自动化物料输送系

7、统。它具有运输效率高、节能、工作可靠、能实现柔性运输、使用灵活、无公害等许多优点。AGV技术经过发展，现已广泛应用于以下领域：（1）自动化立体仓库；（2)柔性加工系统（FMS）；（3）柔性装配系统（以AGV作为活动装配平台）（4）机械、电子、纺织、卷烟、医疗、食品、造纸等行业的物料输送；（5）在车站、机场、邮件的物品分检中作为运输工具；（6）在办公室、医院、宾馆的AGV； 当今自动导向车已经向着车载全球定位系统（GPS）方向和智能方向发展，具备高度的机动性和可适应性，能够协调与机器人等设备配合作业，实现对物流的一体化控制。伴随着智能技术的发展，自动导向车必将得到更大程度地开发和应用。1.3 目

8、的和意义 所选的课题“温室收货机器人自动导向车车身设计”，其课题来源于国家重点实验室建设。本文的目的就是研究自动导向车的车身设计，从而为自动导向车的转向合成和驱动总成提供合理的转配空间，并且研究升降工作台的可操作方式以及加工制造方面的问题。自动导向车车身的设计使得自动导向车能够在温室相对狭小的环境里灵活地将升降工作台载至指定地点，通过升降台的升降过程将车载机器人提升至需求高度，通过机器人完成对果实的采摘。其意义在于在温室相对特殊的环境里，设计出能够适应环境的收获机器人平台，最大程度地提高收获机器人的收获效率，实现果实采摘的无人化作业。1.4 研究内容 本文着重介绍了自动导向车车身方面的设计方案

9、及其理论，融合了有关的设计经验，采用类似于汽车底盘形式的车架，合理地设计了与导向车转向总成以及驱动总成之间的联接，同时也为自动导向车其它设备的安装和整车的再开发留下了空间。车载升降台方案中采用螺旋传力，通过丝杆的转动将转矩转化为轴向力，再通过铰链机构产生升降台的升降过程。这种设计避免了液压升降和齿轮齿条传动升降机构的复杂性以及其 在尺寸方面的要求，同时也达到了传动平稳、结构合理的理念。考虑到自动导向车实际载重和尺寸的要求，选择蜗杆减速器作为减速器作为减速器方案。蜗杆减速器的使用克服了齿轮减速器和蜗杆齿轮减速器的尺寸较大的缺陷，同时也达到了传动比较大、传动平稳的要求。整车设计采用车体上下分离的结

10、构，便于自动导向车其它设备的安装和整车的再开发。由于车身后半部驱动总成和蜗杆减速器的存在，将升降工作台安装在车体的前部，达到了整车的总体平衡。在车身的前端 还设置车体挡板，避免了导向车直接和障碍物发生碰撞。整车设计借鉴了有关自动导向车的设计经验，同时也参考了现有的自动导向车，并且融合了自己的创新设计思想，最终完成了自动导向车的整体设计方案。第二章 总体方案设计及计算过程2.1 总体指标要求 AGV小车车身部分要求所设计结构合理，注意制造和加工的工艺性能和经济指标，所设计结构应能满足实际需求，能承载整车重量；此外，车身结构所采用的材料应能满足自动导向车在温室中运行的环境要求；行驶速度要求适中，定

11、位精度高。 指标特性：长1000mm； 宽600mm; 高600mm； 行驶速度0-1m/s 载重：100kg 行走方式：前进、后退、左转、右转 工作时间：3小时 工作台提升高度：最高点距离地面1000mm 定位精度：20mm; 障碍探测距离：1m（可调）2.2 自动导向车车身部分设计方案 方案1：车身支承部分设置横梁。横梁的选择可为自动导向车提供类似于汽车底盘形式的平台，并为自动导向车的在开发留下空间。底盘的组成采用工字钢，工字结构具有承载能力高，抗压和抗弯能力强的特点，但其结构尺寸相对较大，自身重量大，经济指标不理想。 方案2：车身底盘组成采用结构用冷弯方形刚结构，车架整体部分由型钢焊接而

12、成，辅以等边角钢为基本骨架。采用型钢焊接结构，具有自身重量相对较轻，加工工艺性能良好的特点，并为自动导向车上其他部件的布置留下了在开发的空间，但其结构合理性与工字钢结构相比则略稍逊一筹。 最终方案：比较工字钢结构和结构用冷弯方形型刚结构的优缺点，现决定采用结构用冷弯方形型钢结构，具体结构见“焊合车架”一图。 参考：1.宋允祁编著，汽车产品构造图册，人民交通出版社，1999。 2.西北工业大学机械原理及机械设计第七版，北京高等教育出版社.2000. 3.陈永泰主编，机械制造技术实践，北京机械工业出版社。 4.王世刚主编，机械设计实践，哈尔滨工程大学出版社。2.3 升降台方案设计 由于温室收获机器

13、人自动导向车在实际运行的过程中，机器人的位置需要根据实际情况进行调整，因而需要在自动导向车上安装可升降工作台，这样可以使收获机器人在最佳高度下作业，从而改善了工作条件提高了工作效率。 方案1：采用液压升降工作台：本方案中采用在自动导向车平台上设置液压系统，从而通过液压传动来带动工作台升降。液压传动具有传动平稳、传动精度高、噪声低的特点，但其液压系统复杂，所需占用空间相对较大，极不适宜在自动导向车升降工作台方案中采用。 方案2：采用齿轮齿条传动方案：本方案中采用在自动导向车平台上设置齿轮齿条传动系统，通过齿条的运动实现工作台的升降。齿轮齿条传动方案具有传动精确，传动效率高的特点，但其传动部分相对

14、比较复杂，所带来的加工和制造工艺要求较高，所需占有空间也相对较大，极不适宜在自动导向车升降工作台方案中采用。 方案3：螺旋传动方案：本方案中采用螺旋传动来实现工作台的升降过程。这种方案要求以较小的转矩产生较大的轴向推力，用以克服工件阻力。本方案中采用的螺旋传动部分具有结构简单，制造和加工工艺性能良好的特点，另外，由于本方案能以较小的转矩产生较大的轴向推力，所以动力部分的尺寸可以相对较小，能够较好地适应自动导向车中较小的空间。 最终方案：比较以上三种升降台的升降方案，由于方案中所采用的结构合理简单，所需占用空间较小，符合自动导向车的实际情况，故最终传动方案采用螺旋传动方案。 当对螺旋传动副的螺旋施加转矩时，通过螺旋传动就可以使螺母传动板产生向前或向后的轴向力，从而使得工作台产生升降。如图2-1： 图2-12.4 升降工作台的校核 受力分析图如图2-2 图2-2 根据受力分析有，当在螺母传动副产生轴向力F时， F=Fcos; 当F=p/2时，即 F=Fsincos=p/2时， 螺杆产生的水平轴向力才能将工作台升起，即 F=p/(2sincos)=p/(sin2) (880) F=P/si