自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)(AVG)的設(shè)計(jì)

自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)(AVG)的設(shè)計(jì),自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)(AVG)的設(shè)計(jì),自動(dòng),導(dǎo)引,小車(chē),avg,設(shè)計(jì) 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)(AGV)的設(shè)計(jì) 內(nèi) 容一、研究的目的和意義二、機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)三、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、研究的目的和意義 AGV(Automatic AGV(Automatic Guided Vehicle),Guided Vehicle),即自動(dòng)導(dǎo)引即自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)，是一種物料搬運(yùn)設(shè)備，是能在一位置自動(dòng)進(jìn)車(chē)，是一種物料搬運(yùn)設(shè)備，是能在一位置自動(dòng)進(jìn)行貨物的裝載，自動(dòng)行走到另一位置，自動(dòng)完成行貨物的裝載，自動(dòng)行走到另一位置，自動(dòng)完成貨物的卸載的全自動(dòng)運(yùn)輸裝置。貨物的卸載的全自動(dòng)運(yùn)輸裝置。AGVAGV被廣泛應(yīng)用在倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)、郵局、圖書(shū)館、港口碼頭、被廣泛應(yīng)用在倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)、郵局、圖書(shū)館、港口碼頭、機(jī)場(chǎng)以及危險(xiǎn)場(chǎng)所和特種作業(yè)的場(chǎng)合。機(jī)場(chǎng)以及危險(xiǎn)場(chǎng)所和特種作業(yè)的場(chǎng)合。AGVAGV是一種非常有是一種非常有發(fā)展前途的物流輸送設(shè)備，尤其在柔性制造系統(tǒng)（發(fā)展前途的物流輸送設(shè)備，尤其在柔性制造系統(tǒng)（FMSFMS）中被認(rèn)為是最有效的物料運(yùn)輸設(shè)備。中被認(rèn)為是最有效的物料運(yùn)輸設(shè)備。二、機(jī)械部分設(shè)計(jì)n nAGV的功能：小車(chē)的左、右轉(zhuǎn)彎，直走，倒退，停止功能。n n其設(shè)計(jì)參數(shù)如下：自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的長(zhǎng)度：500mm 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的寬度：300mm 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的行駛速度：10m/min機(jī)械傳動(dòng)方案渦桿渦輪車(chē)輪電機(jī)前輪的機(jī)械結(jié)構(gòu)套杯支架后輪的機(jī)械結(jié)構(gòu)小車(chē)車(chē)體受力蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件的組成 AT89C51單片機(jī)，程序存儲(chǔ)器2764（8K8）,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264（8K8），兩塊8253可編程定時(shí)器計(jì)數(shù)器，兩塊8259A 中斷控制器，兩塊12位DAC1208數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，兩塊UC3637直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。單片機(jī)存儲(chǔ)器擴(kuò)展n n擴(kuò)展了8K的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和8K的程序存儲(chǔ)器n n接線如下圖：中斷的擴(kuò)展n nAT89C51單片機(jī)是使用兩個(gè)級(jí)聯(lián)的8259A 中斷控制器來(lái)控制中斷的。主8259A 芯片上的IRQ2 擴(kuò)展成從片上的IRQ8 IRQ15 使用。n n接線如下圖：移動(dòng)小車(chē)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析BPAQLPAQLB小車(chē)轉(zhuǎn)彎半徑計(jì)算n n取小車(chē)轉(zhuǎn)彎的最小半徑為 R=710mm轉(zhuǎn)彎時(shí)的左、右輪轉(zhuǎn)速軟軟件流程設(shè)計(jì)n n謝謝各位老師的指導(dǎo)！ 任務(wù)書(shū) 題 目： 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)(AGV)的設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 系： 專(zhuān) 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 起訖日期： 指導(dǎo)教師： 職稱(chēng)： 系分管主任： 審核日期： 說(shuō) 明 1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)由指導(dǎo)教師填寫(xiě)，并經(jīng)專(zhuān)業(yè)學(xué)科組審定，下達(dá)到學(xué)生。 2. 進(jìn)度表由學(xué)生填寫(xiě)，每?jī)芍芙恢笇?dǎo)教師簽署審查意見(jiàn)，并作為畢業(yè)設(shè)計(jì)工作檢查的主要依據(jù)。 3. 學(xué)生根據(jù)指導(dǎo)教師下達(dá)的任務(wù)書(shū)獨(dú)立完成開(kāi)題報(bào)告，3周內(nèi)提交給指導(dǎo)教師批閱。 4. 本任務(wù)書(shū)在畢業(yè)設(shè)計(jì)完成后，與論文一起交指導(dǎo)教師，作為論文評(píng)閱和畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯的主要檔案資料，是學(xué)士學(xué)位論文成冊(cè)的主要內(nèi)容之一。 一、設(shè)計(jì)的要求和內(nèi)容（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求） 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1．設(shè)計(jì)兩輪驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置。 技術(shù)要求： 負(fù)載≤35KG 小車(chē)轉(zhuǎn)彎半徑≥71cm 小車(chē)最大速度≤10m/min 2．設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制系統(tǒng)的軟硬件。 3. 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制分析，完成對(duì)移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡（圓弧、拋物線）的控制。 設(shè)計(jì)要求： 1. 運(yùn)用相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，完成課題的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)和相關(guān)工程設(shè)計(jì)計(jì)算； 2. 完成控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)和程序編制； 3. 按照工程制圖規(guī)范完成相關(guān)圖紙繪制，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)； 4．搜集、閱讀相關(guān)技術(shù)資料，翻譯外文文獻(xiàn)資料。 二、畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙內(nèi)容及張數(shù) 繪制機(jī)械結(jié)構(gòu)圖、控制原理圖，圖紙折合A0號(hào)圖幅不少于3張。 三、畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)物內(nèi)容及要求 1．畢業(yè)設(shè)計(jì)論文一份（8千字以上，并附相關(guān)程序清單）。 2．設(shè)計(jì)圖紙一套（機(jī)械結(jié)構(gòu)圖、控制原理圖）。 3．外文文獻(xiàn)翻譯一份（大于2000漢字）。 4．畢業(yè)設(shè)計(jì)資料的電子文檔光盤(pán)一張。 四、畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃 序號(hào) 各階段工作內(nèi)容 起訖日期 備注 1 確定畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，查找閱讀資料、準(zhǔn)備開(kāi)題報(bào)告的編寫(xiě)。 2006-2-15～2-28 2 完成開(kāi)題報(bào)告撰寫(xiě)，確定設(shè)計(jì)方案。 2006-3-1～3-4 3 設(shè)計(jì)機(jī)器人移動(dòng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行工程計(jì)算，繪制結(jié)構(gòu)圖。 2006-3-5～3-18 4 設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件，繪制工作原理圖。 2006-3-19～4-1 5 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和程序編制。 2006-4-2～4-15 6 運(yùn)動(dòng)控制分析和軌跡控制。 2006-4-16～4-29 7 外文資料翻譯，撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，打印整理。 2006-4-30～5-13 五、主要參考資料 《機(jī)電伺服控制技術(shù)》 李思龍主編 東華大學(xué)出版社 《機(jī)電設(shè)備及其控制》 田風(fēng)桐主編 機(jī)械工業(yè)出版社 《先進(jìn)制造技術(shù)》 孫大涌主編 機(jī)械工業(yè)出版社 《機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用》 謝存禧 主編 機(jī)械工業(yè)出版社 《MatLab及其應(yīng)用》機(jī)械工業(yè)出版社 六、畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度表（本表每?jī)芍苡蓪W(xué)生填寫(xiě)一次，交指導(dǎo)教師簽署審查意見(jiàn)） 第一、二周 （2月15日至 2月25日） 學(xué)生主要工作： 確定畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù), 查找閱讀資料，準(zhǔn)備開(kāi)題報(bào)告。 熟悉課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，準(zhǔn)備開(kāi)題報(bào)告。 指導(dǎo)教師審查意見(jiàn)： 年 月 日 第三、四周 （2 月26 日至 3月4日） 學(xué)生主要工作： 完成開(kāi)題報(bào)告，確定設(shè)計(jì)方案。 指導(dǎo)教師審查意見(jiàn)： 年 月 日 第五、六周 （ 月 日至 月 日） 學(xué)生主要工作： 指導(dǎo)教師審查意見(jiàn)： 年 月 日 第七、八周 （ 月 日至 月 日） 學(xué)生主要工作： 指導(dǎo)教師審查意見(jiàn)： 年 月 日 第九、十周 （ 月 日至 月 日） 學(xué)生主要工作： 指導(dǎo)教師審查意見(jiàn)： 年 月 日 第十一、十二周 （ 月 日至 月 日） 學(xué)生主要工作： 指導(dǎo)教師審查意見(jiàn)： 年 月 日 第十三、十四周 （ 月 日至 月 日） 學(xué)生主要工作： 指導(dǎo)教師審查意見(jiàn)： 年 月 日 第十五、十六周 （ 月 日至 月 日） 學(xué)生主要工作： 指導(dǎo)教師審查意見(jiàn)： 年 月 日 第十七、十八周 （ 月 日至 月 日） 學(xué)生主要工作： 指導(dǎo)教師審查意見(jiàn)： 年 月 日 七、其他（學(xué)生提交） 1．開(kāi)題報(bào)告1份 2．外文資料譯文1份（2000字以上，并附資料原文） 3．論文1份（8000字以上） 指 導(dǎo) 教 師： 學(xué)科組負(fù)責(zé)人： 學(xué)生開(kāi)始執(zhí)行 任務(wù)書(shū)日期： 學(xué)生姓名： 送交畢業(yè)設(shè)計(jì)日期： 實(shí) 習(xí) 報(bào) 告 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 實(shí)習(xí)單位： 實(shí)習(xí)時(shí)間： 2006年 3 月 18 日 實(shí) 習(xí) 報(bào) 告 一. 實(shí)習(xí)目的 1.了解一般機(jī)電產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程。 2.熟悉電子元器件，并掌握一定的編程能力。 3.通過(guò)本次校外實(shí)習(xí)為畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)，以便更好的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。 二. 實(shí)習(xí)內(nèi)容 本次實(shí)習(xí)的單位是我自己找的，我主要是在技術(shù)科里從事產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。溫州大榮紡織儀器有限公司是專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)紡織儀器的企業(yè)，并能根據(jù)客戶(hù)的需求自行設(shè)計(jì)紡織儀器。該公司的主要產(chǎn)品用于紡織企業(yè)、質(zhì)檢、商檢、科研院所等場(chǎng)合。生產(chǎn)的產(chǎn)品主要包括纖維、紗線、針織、印染、服裝、土工、無(wú)紡材料等系列檢測(cè)儀器達(dá)一百多種。在我實(shí)習(xí)的這一個(gè)月里，對(duì)于YG（B）021DX型臺(tái)式單紗強(qiáng)力機(jī)很熟悉。先將該產(chǎn)品介紹如下。 [使用范圍]： 可用于棉、毛、麻、絲、化纖等纖維純紡和混紡紗線的抗拉斷裂強(qiáng)力及斷裂伸長(zhǎng)的測(cè)試。自緊式夾持器，絕無(wú)打滑或夾傷紗線，與傳感器柔性聯(lián)結(jié)，上紗時(shí)不會(huì)對(duì)傳感器造成任何不良影響。 [技術(shù)參數(shù)]： 1、電源：電壓AC 220V+-10% 50Hz 2、電動(dòng)機(jī)：步進(jìn)電機(jī) 3、打印機(jī)：80列窄行24針打印機(jī) 4、數(shù)據(jù)處理量：≦512次試驗(yàn) 5、儀器外形尺寸：370（L）×530（W）×930（H）mm 6、測(cè)力精度：≦±0.2%F . S 7、取樣長(zhǎng)度：100mm、250mm、500mm(三檔任選) 8、拉伸速度：10-1000mm/min無(wú)級(jí)調(diào)速，數(shù)字顯示速度，誤差≦±1% 9、測(cè)力范圍及最小分度值： 規(guī) 格：-1型 -3型 -4型 測(cè)力范圍:0-1000cN 0-3000cN 0-5000Cn 分 度 值：0.5cN 1cN 2cN 該設(shè)備主要用來(lái)檢測(cè)單根紗線的強(qiáng)力，以及紗線的伸長(zhǎng)率，以及測(cè)試的總次數(shù)中最大的強(qiáng)力值、平均值。任意調(diào)整上夾持器的上升速度，但下降速度不可調(diào)，當(dāng)?shù)竭_(dá)最下位置時(shí)自動(dòng)停止下降。該儀器使用相當(dāng)簡(jiǎn)單，用單根紗線先經(jīng)過(guò)導(dǎo)線溝、上夾持器、下夾持器夾緊紗線。這時(shí)就可以對(duì)單根紗線的強(qiáng)力進(jìn)行測(cè)試。電子單紗強(qiáng)力機(jī)采用數(shù)碼管顯示，內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)的日期、濕度、溫度、速度、夾持距離等。 在實(shí)習(xí)的一個(gè)月里，我做了一個(gè)電子鐘。從硬件設(shè)計(jì)到編程序全都是我一個(gè)人做的。硬件原理圖如下圖，整個(gè)電路用25個(gè)元器件。用P1口的8根線驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管的段碼；用P3口驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管的位腳。由于89C2051的I/O口的上拉內(nèi)阻有14K左右，無(wú)法為L(zhǎng)ED數(shù)碼管提供必要的工作電流，特添加了8只1K電阻，使LED數(shù)碼管的每段電流在2mA左右。數(shù)碼管全部點(diǎn)亮?xí)r電流16mA小于20mA,89C2051可以安全工作。 為了節(jié)省I/O口，鍵盤(pán)處理采用動(dòng)態(tài)掃描方式。先置P30=0，P31=P32=1，再讀取P31、P32的狀態(tài)，如果P31、P32=0，則說(shuō)明有鍵按下。進(jìn)行必要的去抖動(dòng)處理后，便可得到相應(yīng)的鍵值。 硬件設(shè)計(jì)電路原理圖 電子鐘的LED數(shù)碼管排列 PCB布線圖 三、實(shí)習(xí)總結(jié) 通過(guò)短短的一個(gè)月校外實(shí)習(xí)，我學(xué)到了很多知識(shí)。對(duì)機(jī)電產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)有了一定的認(rèn)識(shí)。對(duì)于一個(gè)產(chǎn)品，首先，進(jìn)行市場(chǎng)分析；其次，確定產(chǎn)品的功能及檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；再次，進(jìn)行機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；然后，進(jìn)行總體方案的設(shè)計(jì)；再后，進(jìn)行控制部分的設(shè)計(jì)；最后，進(jìn)行產(chǎn)品的出廠調(diào)試。在這一個(gè)月里我學(xué)會(huì)使用燒寫(xiě)器、仿真器及串行的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器芯片。在校外實(shí)習(xí)期間，讓我把學(xué)校學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中，學(xué)到更多的知識(shí)我很開(kāi)心。 密級(jí)： 題 目 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)(AGV)的設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 系 專(zhuān) 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 起訖日期： 要求裝訂成冊(cè)并應(yīng)包含以下主要內(nèi)容 一、 任務(wù)書(shū) 二、 開(kāi)題報(bào)告 三、 設(shè)計(jì) 1、中文摘要 2、外文摘要 3、全文 四、 外文資料譯文 五、 外文資料原文 - 1 - 開(kāi)題報(bào)告 題 目： 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)（AGV）的設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 系 專(zhuān) 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 填表日期： 年 月 日 引言 AGV(Automatic Guided Vehicle),即自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)，是一種物料搬運(yùn)設(shè)備，是能在一位置自動(dòng)進(jìn)行貨物的裝載，自動(dòng)行走到另一位置，自動(dòng)完成貨物的卸載的全自動(dòng)運(yùn)輸裝置。AGV是以電池為動(dòng)力源的一種自動(dòng)操縱的工業(yè)車(chē)輛。裝卸搬運(yùn)是物流的功能要素之一，在物流系統(tǒng)中發(fā)生的頻率很高，占據(jù)物流費(fèi)用的重要部分。因此，運(yùn)輸工具得到了很大的發(fā)展，其中AGV的使用場(chǎng)合最廣泛，發(fā)展十分迅速。 1913年，美國(guó)福特汽車(chē)公司使用有軌底盤(pán)裝配車(chē)。1953年，美國(guó)Barrett Electric制造了世界上第一臺(tái)采用埋線電磁感應(yīng)式的跟蹤路徑自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)，也被稱(chēng)作“無(wú)人駕駛牽引車(chē)”。20世紀(jì)70年代中期，具有載貨功能的AGV在歐洲得到迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用，并被引入美國(guó)用于自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)和柔性裝配系統(tǒng)的物料運(yùn)輸。從80年代初開(kāi)始，新的導(dǎo)向方式和技術(shù)得到更廣泛研究和開(kāi)發(fā)。90年代以來(lái)，AGV從僅由大公司應(yīng)用，正向小公司單臺(tái)應(yīng)用轉(zhuǎn)變，而且其效率和效益更好。AGV按照引導(dǎo)方式不同分為：固定路徑導(dǎo)引、自由路徑導(dǎo)引等。按照移載方式不同分為：側(cè)叉式移載、叉車(chē)式移載、推挽式移載、輥道輸送機(jī)式移載、升降臺(tái)式移載、機(jī)械手式移載等。 一、 選題的依據(jù)及意義： 本課題為自立課題。 AGV是集人工智能、信息處理和圖像處理為一體，綜合了當(dāng)今科技領(lǐng)域先進(jìn)的理論和應(yīng)用技術(shù)。屬于移動(dòng)式機(jī)器人的一個(gè)分支。它最早是在美國(guó)發(fā)展起來(lái)的，在國(guó)外已經(jīng)有幾十年的歷史了。因此，AGV被廣泛應(yīng)用在倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)、郵局、圖書(shū)館、港口碼頭、機(jī)場(chǎng)以及危險(xiǎn)場(chǎng)所和特種作業(yè)的場(chǎng)合。AGV是一種非常有發(fā)展前途的物流輸送設(shè)備，尤其在柔性制造系統(tǒng)（FMS）中被認(rèn)為是最有效的物料運(yùn)輸設(shè)備。 二、 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）： AGV是伴隨著柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)而產(chǎn)生并發(fā)展起來(lái)的。日本人認(rèn)為1981年是柔性加工系統(tǒng)元年，這樣計(jì)算AGV大規(guī)模應(yīng)用的歷史也只有15至20年。但是，其發(fā)展速度是非常快的。1981年美國(guó)通用公司開(kāi)始使用AGV，1985年AGV保有量500臺(tái)，1987年AGV保有量3000臺(tái)。資料表明歐洲40%的AGV用于汽車(chē)工業(yè)，日本15%的AGV用于汽車(chē)工業(yè)，也就是說(shuō)AGV在其他行業(yè)也有廣泛的應(yīng)用。 目前國(guó)內(nèi)總體看AGV的應(yīng)用剛剛開(kāi)始，相當(dāng)于國(guó)外80年代初的水平。但從應(yīng)用的行業(yè)分析，分布面非常廣闊，有汽車(chē)工業(yè)，飛機(jī)制造業(yè)，家用電器行業(yè)，煙草行業(yè)，機(jī)械加工，倉(cāng)庫(kù)，郵電部門(mén)等。這說(shuō)明AGV有一個(gè)潛在的廣闊市場(chǎng)。 AGV從技術(shù)的發(fā)展看，主要是從國(guó)家線路向可調(diào)整線路；從簡(jiǎn)單車(chē)載單元控制向復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制；從原始的段點(diǎn)定期通訊到先進(jìn)的實(shí)時(shí)通訊等方向發(fā)展；從落后的現(xiàn)場(chǎng)控制到先進(jìn)的遠(yuǎn)程圖形監(jiān)控；從領(lǐng)域的發(fā)展看，主要是從較為集中的機(jī)械制造、加工、裝配生產(chǎn)線向廣泛的各行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)，物料搬運(yùn)，物品倉(cāng)儲(chǔ)，商品配送等行業(yè)發(fā)展。 三、 本課題研究?jī)?nèi)容 （1）自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)AGV的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； （2）自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)AGV的自動(dòng)引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)； （3）自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)AGV的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)。 四、 本課題研究方案 （1）AGV自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的分類(lèi) 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)分為有軌和無(wú)軌兩種，所謂有軌是指有地面或空間的機(jī)械式導(dǎo) 向軌道。地面有軌小車(chē)結(jié)構(gòu)牢固，承載力大，造價(jià)低廉，技術(shù)成熟，可靠性好， 定位精度高。地面有軌小車(chē)多采用直線或環(huán)線雙向運(yùn)行，廣泛應(yīng)用于中小規(guī)模的 箱體類(lèi)工件FMS中。高架有軌小車(chē)（空間導(dǎo)軌）相對(duì)于地面有軌小車(chē)，車(chē)間利用 率高，結(jié)構(gòu)緊湊，速度高，有利于把人和輸送裝置的活動(dòng)范圍分開(kāi)，安全性好， 但承載力小。高架有軌小車(chē)較多地用于回轉(zhuǎn)體工件或刀具的輸送，以及有人工介 人的工件安裝和產(chǎn)品裝配的輸送系統(tǒng)中。有軌小車(chē)由于需要機(jī)械式導(dǎo)軌，其系統(tǒng) 的變更性、擴(kuò)展性和靈活性不夠理想。有軌小車(chē)如圖3所示。 圖1 有軌小車(chē) 無(wú)軌小車(chē)是一種利用微機(jī)控制的，能按照一定的程序自動(dòng)沿規(guī)定的引導(dǎo)路徑 行駛，并具有停車(chē)選擇裝置、安全保護(hù)裝置以及各種移載裝置的輸送小車(chē)，如圖 4所示。 圖2 無(wú)軌小車(chē) 無(wú)軌小車(chē)也叫自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)（Automatic Guided Vehicle——AGV），無(wú)軌 小車(chē)按引導(dǎo)方式和控制方法的分為有徑引導(dǎo)方式和無(wú)徑引導(dǎo)自主導(dǎo)向方式。有 徑引導(dǎo)方式是指在地面上鋪設(shè)導(dǎo)線、磁帶或反光帶制定小車(chē)的路徑，小車(chē)通過(guò)電 磁信號(hào)或光信號(hào)檢測(cè)出自己的所在位置，通過(guò)自動(dòng)修正而保證沿指定路徑行駛。 無(wú)徑引導(dǎo)自主導(dǎo)向方式中，地圖導(dǎo)向方式是在無(wú)軌小車(chē)的計(jì)算機(jī)中預(yù)存距離表 （地圖），通過(guò)與測(cè)距法所得的方位信息比較，小車(chē)自動(dòng)算出從某一參考點(diǎn)出 發(fā)到目的點(diǎn)的行駛方向。這種引導(dǎo)方式非常靈活，但精度低。 （2）AGV自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的工作原理： 光學(xué)引導(dǎo)式AGV的工作原理如圖3，即在小車(chē)預(yù)定路徑的地面貼上白色反光 帶小車(chē)上裝有七組光電感測(cè)器成H型分布稱(chēng)，光電感測(cè)器通過(guò)白色反光帶來(lái)檢測(cè) 反射回來(lái)的信號(hào)，并將該光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)控制小車(chē)的運(yùn)動(dòng)。反光帶有連續(xù)粘 貼和斷續(xù)粘貼兩種方法，F(xiàn)MS中常采用連續(xù)粘貼法。光學(xué)引導(dǎo)方式對(duì)于改變小車(chē) 的預(yù)定路徑很方便，只要重新粘貼反光帶即可，但反光帶易污染和破損，不適合 油霧重、粉塵多、環(huán)境不好的車(chē)間。 圖3 光學(xué)引導(dǎo)原理 本次設(shè)計(jì)采用光學(xué)引導(dǎo)方式的AGV （3）AGV的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) AGV小車(chē)結(jié)構(gòu)示意圖4。小車(chē)采用兩后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)差速轉(zhuǎn)向，兩前輪為萬(wàn)向輪的四輪結(jié)構(gòu)形式。步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速器后通過(guò)驅(qū)動(dòng)輪提供驅(qū)動(dòng)力，當(dāng)兩輪運(yùn)動(dòng)速度不同時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向。 1-后輪，2-減速器，3-電瓶，4-光感應(yīng)器，5-前輪， 6-單片機(jī)，7-車(chē)架，8-步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，9-步進(jìn)電機(jī) 圖4 AGV結(jié)構(gòu)示意圖 1、車(chē)架 車(chē)架是整個(gè)AGV小車(chē)的機(jī)體部分，主要用于安裝輪子、光感應(yīng)器、步進(jìn)電機(jī)和減速器。車(chē)架上面安裝步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、PCD板和電瓶。對(duì)于車(chē)架的設(shè)計(jì)，要有足夠的強(qiáng)度和硬度要求，故車(chē)架材料選用鑄造鋁合金，牌號(hào)為6061。其中6061質(zhì)量比較輕，焊接性好。 2、車(chē)輪 車(chē)輪采用實(shí)心橡膠輪胎。車(chē)體后面兩主動(dòng)輪為固定式驅(qū)動(dòng)輪，與輪轂式電機(jī)相連。前面兩個(gè)隨動(dòng)輪為旋轉(zhuǎn)式隨動(dòng)輪，起支承和平衡小車(chē)的作用。 3、載荷傳送裝置 AGV的載荷傳送裝置為一平板，其作用為運(yùn)輸箱體類(lèi)零件到指定工位。主要用來(lái)裝載箱體類(lèi)零件，運(yùn)送物料等。 （4）AGV的自動(dòng)引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 采用的光電傳感器如圖5所示。型號(hào)為EE-SPY402，屬于反射型光電感測(cè)器，入光時(shí)ON，偵測(cè)距離約5mm，并附動(dòng)作指示燈電源電壓為DC5~24V，控制輸出80mA。光電感測(cè)器電源電壓5V，當(dāng)偵測(cè)到前方有反射物體時(shí)，動(dòng)作指示燈亮，out端與負(fù)端形成通路，且out端由4V高電位降為0V低電位。此反射型光電感測(cè)器所偵測(cè)到前方的反射物體以白色為標(biāo)準(zhǔn)。 圖5 光電感測(cè)器 單片機(jī)與光電感測(cè)器連接電路如圖6所示，分別將七組光電感測(cè)器的out端接至單片機(jī)的P0口，供應(yīng)5V電壓，且負(fù)端輸出與單片機(jī)共接地；單片機(jī)一次讀取P0口的狀態(tài)，組合成二進(jìn)位系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)程序處理與判斷，獲得當(dāng)時(shí)AGV的位置。七組光電感測(cè)器排成H型來(lái)檢測(cè)AGV的當(dāng)前位置。 圖6 AT89C51單片機(jī)與光電感測(cè)器的連接 五、 研究目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度： 1. 究目標(biāo)：在了解現(xiàn)代先進(jìn)的關(guān)于機(jī)器人方面資料的前提下，結(jié)合自己所學(xué)的知識(shí)，設(shè)計(jì)出一種簡(jiǎn)單實(shí)用，應(yīng)用方便簡(jiǎn)單的兩輪驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)AGV和驅(qū)動(dòng)裝置。 2. 要特色：該AGV是基于單片機(jī)控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)出來(lái)的，還結(jié)合了近幾年來(lái)的先進(jìn)的研究成果，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，操作方便。 3.工作進(jìn)度 1 確定畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，查找閱讀相關(guān)資料、準(zhǔn)備開(kāi)題報(bào)告的編寫(xiě)。 2006-2-15～2-28 2 完成開(kāi)題報(bào)告撰寫(xiě)，確定設(shè)計(jì)方案。 2006-3-1～3-4 3 設(shè)計(jì)自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行相關(guān)傳動(dòng)零件的工程計(jì)算，繪制裝配圖。 2006-3-5～3-18 4 設(shè)計(jì)單片機(jī)的控制系統(tǒng)，繪制控制系統(tǒng)原理圖。 2006-3-19～4-1 5 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和校外實(shí)習(xí)報(bào)告的編寫(xiě)。 2006-4-2～4-15 6 控制系統(tǒng)的軟件流程圖設(shè)計(jì)，編寫(xiě)圓弧插補(bǔ)程序。 2006-4-16～4-29 7 外文資料翻譯，撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)文，打印整理。 2006-4-30～5-13 六、參考文獻(xiàn)： [1]孔令中．現(xiàn)代物流設(shè)備設(shè)計(jì)與選用[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.10． [2]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室．理論力學(xué)[M]．（Ⅰ）第六版．北京：高等教育出版社，2004.1． [3]戴曙．金屬切削機(jī)床[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.5． [4]濮良貴，紀(jì)名剛．機(jī)械設(shè)計(jì)[M]．第七版．北京：高等教育出版社，2004． [5]唐金松．簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．第二版．上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2000.10． [6]譚建成．電機(jī)控制專(zhuān)用集成電路[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999． [7]朱曉春．?dāng)?shù)控技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.5． [8]李廣第，朱月秀，王秀山．單片機(jī)基礎(chǔ)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.7． [9]張迎新，杜小平，樊桂花，雷道振．單片機(jī)初級(jí)教程[M]．北京航空航天大學(xué)出版社，2000.6． 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I AGV 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的設(shè)計(jì) 摘 要 AGV 即自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)，它集聲、光、電、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，綜合了當(dāng)今科技領(lǐng)域先 進(jìn)的理論和應(yīng)用技術(shù)。廣泛應(yīng)用在柔性制造系統(tǒng)和自動(dòng)化工廠中，具有運(yùn)輸效率高、節(jié)能、 工作可靠、能實(shí)現(xiàn)柔性運(yùn)輸?shù)仍S多優(yōu)點(diǎn)，極大的提高生產(chǎn)自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率。 本文在分析研究國(guó)內(nèi)外 AGV 現(xiàn)狀與發(fā)展的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了兩后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)導(dǎo) 引小車(chē)，其主要工作內(nèi)容包括：小車(chē)機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)、直流伺服電機(jī)的選擇、AT89C51 單片 機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及圓弧插補(bǔ)程序。所設(shè)計(jì)的小車(chē)能 夠?qū)崿F(xiàn)自主運(yùn)行、運(yùn)動(dòng)軌跡（圓弧、直線）的控制等功能，達(dá)到了沿著設(shè)定的路線行駛。 關(guān)鍵詞：自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)，單片機(jī)控制，設(shè)計(jì)，PWM 技術(shù) II Design on Automatic Guided Vehicle Abstract The AGV namely Automatic Guided Vehicle, it collect sound, the light, the electricity, the computer technology in a body, and synthesizes the technical domain advanced theory and the application technology. It widespread applied in the flexible manufacturing system and the factory automation, and has the merits of high transportation efficiency, the energy conservation, the work reliable, the flexible transportation. It enormously enhanced production automaticity and production efficiency. Based on the analysis of the domestic and foreign AGV present situation and its development foundation, AGV with two wheel independent drive is designed. The content of the paper includes: design of mechanical structure and drive of the car, the choice of direct current servo motor, the hardware electric circuit of AT89C51 control system, the kinematic analysis, the software design of control system and the procedure of interpolation the circular arc. The designed car can realize the functions of independent movement, the path (circular arc, straight line) control and so on, and has achieved to travel along the hypothesis route. Keyword: Automatic Guided Vehicle, singlechip computer control，Design , PWM 目 錄 摘 要 .I Abstract.II 第一章 緒論 .1 1.1 AGV 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)簡(jiǎn)介 .1 1.2 AGV 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的分類(lèi) .1 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) .1 第二章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) .2 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) .2 2.2 確定機(jī)械傳動(dòng)方案 .2 2.3 直流伺服電動(dòng)機(jī)的選擇 .3 2.4 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) .5 第三章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .19 3.1 控制系統(tǒng)總體方案 .19 3.2 鑒向 .19 3.3 計(jì)數(shù)的擴(kuò)展 .20 3.4 中斷的擴(kuò)展 .21 3.5 數(shù)摸轉(zhuǎn)換器的選擇 .22 3.6 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選擇 .23 3.7 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 .26 3.8 控制軟件的設(shè)計(jì) .27 結(jié)論 .32 參考文獻(xiàn)（References） .32 致謝 .32 第一章 緒論 1.1 AGV 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)簡(jiǎn)介 AGV(Automatic Guided Vehicle),即自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)，是一種物料搬運(yùn)設(shè)備，是能在一位 置自動(dòng)進(jìn)行貨物的裝載，自動(dòng)行走到另一位置，自動(dòng)完成貨物的卸載的全自動(dòng)運(yùn)輸裝置。 AGV 是以電池為動(dòng)力源的一種自動(dòng)操縱的工業(yè)車(chē)輛。裝卸搬運(yùn)是物流的功能要素之一，在 物流系統(tǒng)中發(fā)生的頻率很高，占據(jù)物流費(fèi)用的重要部分。因此，運(yùn)輸工具得到了很大的發(fā) 展，其中 AGV 的使用場(chǎng)合最廣泛，發(fā)展十分迅速。 1.2 AGV 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的分類(lèi) 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)分為有軌和無(wú)軌兩種。 所謂有軌是指有地面或空間的機(jī)械式導(dǎo)向軌道。地面有軌小車(chē)結(jié)構(gòu)牢固，承載力大， 造價(jià)低廉，技術(shù)成熟，可靠性好，定位精度高。地面有軌小車(chē)多采用直線或環(huán)線雙向運(yùn)行， 廣泛應(yīng)用于中小規(guī)模的箱體類(lèi)工件 FMS 中。高架有軌小車(chē)（空間導(dǎo)軌）相對(duì)于地面有軌小 車(chē)，車(chē)間利用率高，結(jié)構(gòu)緊湊，速度高，有利于把人和輸送裝置的活動(dòng)范圍分開(kāi)，安全性 好，但承載力小。高架有軌小車(chē)較多地用于回轉(zhuǎn)體工件或刀具的輸送，以及有人工介人的 工件安裝和產(chǎn)品裝配的輸送系統(tǒng)中。有軌小車(chē)由于需要機(jī)械式導(dǎo)軌，其系統(tǒng)的變更性、擴(kuò) 展性和靈活性不夠理想。 無(wú)軌小車(chē)是一種利用微機(jī)控制的，能按照一定的程序自動(dòng)沿規(guī)定的引導(dǎo)路徑行駛，并 具有停車(chē)選擇裝置、安全保護(hù)裝置以及各種移載裝置的輸送小車(chē)。無(wú)軌小車(chē)按引導(dǎo)方式和 控制方法的分為有徑引導(dǎo)方式和無(wú)徑引導(dǎo)自主導(dǎo)向方式。有徑引導(dǎo)方式是指在地面上鋪設(shè) 導(dǎo)線、磁帶或反光帶制定小車(chē)的路徑，小車(chē)通過(guò)電磁信號(hào)或光信號(hào)檢測(cè)出自己的所在位置， 通過(guò)自動(dòng)修正而保證沿指定路徑行駛。無(wú)徑引導(dǎo)自主導(dǎo)向方式中，地圖導(dǎo)向方式是在無(wú)軌 小車(chē)的計(jì)算機(jī)中預(yù)存距離表（地圖） ，通過(guò)與測(cè)距法所得的方位信息比較，小車(chē)自動(dòng)算出從 某一參考點(diǎn)出發(fā)到目的點(diǎn)的行駛方向。這種引導(dǎo)方式非常靈活，但精度低。 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) AGV 是伴隨著柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù) 而產(chǎn)生并發(fā)展起來(lái)的。日本人認(rèn)為 1981 年是柔性加工系統(tǒng)元年，這樣計(jì)算 AGV 大規(guī)模應(yīng)用 的歷史也只有 15 至 20 年。但是，其發(fā)展速度是非常快的。1981 年美國(guó)通用公司開(kāi)始使用 AGV，1985 年 AGV 保有量 500 臺(tái)，1987 年 AGV 保有量 3000 臺(tái)。資料表明歐洲 40%的 AGV 用 于汽車(chē)工業(yè)，日本 15%的 AGV 用于汽車(chē)工業(yè)，也就是說(shuō) AGV 在其他行業(yè)也有廣泛的應(yīng)用 。1 目前國(guó)內(nèi)總體看 AGV 的應(yīng)用剛剛開(kāi)始，相當(dāng)于國(guó)外 80 年代初的水平。但從應(yīng)用的行業(yè) 分析，分布面非常廣闊，有汽車(chē)工業(yè)，飛機(jī)制造業(yè)，家用電器行業(yè)，煙草行業(yè)，機(jī)械加工， 倉(cāng)庫(kù)，郵電部門(mén)等 。這說(shuō)明 AGV 有一個(gè)潛在的廣闊市場(chǎng)。1 AGV 從技術(shù)的發(fā)展看，主要是從國(guó)家線路向可調(diào)整線路；從簡(jiǎn)單車(chē)載單元控制向復(fù)雜 系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制；從原始的段點(diǎn)定期通訊到先進(jìn)的實(shí)時(shí)通訊等方向發(fā)展；從落后的現(xiàn)場(chǎng)控 制到先進(jìn)的遠(yuǎn)程圖形監(jiān)控；從領(lǐng)域的發(fā)展看，主要是從較為集中的機(jī)械制造、加工、裝配 生產(chǎn)線向廣泛的各行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)，物料搬運(yùn)，物品倉(cāng)儲(chǔ)，商品配送等行業(yè)發(fā)展。 第二章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一臺(tái)自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē) AGV，可以在水平面上按照預(yù)先設(shè)定的軌跡行駛。本設(shè)計(jì)采用 AT89C51 單片機(jī)作為控制系統(tǒng)來(lái)控制小車(chē)的行駛，從而實(shí)現(xiàn)小車(chē)的左、右轉(zhuǎn)彎，直走，倒 退，停止功能。 其設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的長(zhǎng)度：500mm 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的寬度：300mm 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的行駛速度：100mm/s 2.2 確定機(jī)械傳動(dòng)方案 方案一：采用三輪布置結(jié)構(gòu)。直流伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)減速器和差速器，通過(guò)兩半軸將動(dòng) 力傳遞到兩后輪。自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的轉(zhuǎn)向由轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)前面的一個(gè)萬(wàn)向輪轉(zhuǎn)向。傳動(dòng)系統(tǒng) 如圖 2-1 所示。 I AGV 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的設(shè)計(jì) 摘 要 AGV 即自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)，它集聲、光、電、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，綜合了當(dāng)今科技領(lǐng)域先 進(jìn)的理論和應(yīng)用技術(shù)。廣泛應(yīng)用在柔性制造系統(tǒng)和自動(dòng)化工廠中，具有運(yùn)輸效率高、節(jié)能、 工作可靠、能實(shí)現(xiàn)柔性運(yùn)輸?shù)仍S多優(yōu)點(diǎn)，極大的提高生產(chǎn)自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率。 本文在分析研究國(guó)內(nèi)外 AGV 現(xiàn)狀與發(fā)展的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了兩后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)導(dǎo) 引小車(chē)，其主要工作內(nèi)容包括：小車(chē)機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)、直流伺服電機(jī)的選擇、AT89C51 單片 機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及圓弧插補(bǔ)程序。所設(shè)計(jì)的小車(chē)能 夠?qū)崿F(xiàn)自主運(yùn)行、運(yùn)動(dòng)軌跡（圓弧、直線）的控制等功能，達(dá)到了沿著設(shè)定的路線行駛。 關(guān)鍵詞：自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)，單片機(jī)控制，設(shè)計(jì)，PWM 技術(shù) II Design on Automatic Guided Vehicle Abstract The AGV namely Automatic Guided Vehicle, it collect sound, the light, the electricity, the computer technology in a body, and synthesizes the technical domain advanced theory and the application technology. It widespread applied in the flexible manufacturing system and the factory automation, and has the merits of high transportation efficiency, the energy conservation, the work reliable, the flexible transportation. It enormously enhanced production automaticity and production efficiency. Based on the analysis of the domestic and foreign AGV present situation and its development foundation, AGV with two wheel independent drive is designed. The content of the paper includes: design of mechanical structure and drive of the car, the choice of direct current servo motor, the hardware electric circuit of AT89C51 control system, the kinematic analysis, the software design of control system and the procedure of interpolation the circular arc. The designed car can realize the functions of independent movement, the path (circular arc, straight line) control and so on, and has achieved to travel along the hypothesis route. Keyword: Automatic Guided Vehicle, singlechip computer control，Design , PWM 目 錄 摘 要 .I Abstract.II 第一章 緒論 .1 1.1 AGV 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)簡(jiǎn)介 .1 1.2 AGV 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的分類(lèi) .1 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) .1 第二章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) .2 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) .2 2.2 確定機(jī)械傳動(dòng)方案 .2 2.3 直流伺服電動(dòng)機(jī)的選擇 .3 2.4 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) .5 第三章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .19 3.1 控制系統(tǒng)總體方案 .19 3.2 鑒向 .19 3.3 計(jì)數(shù)的擴(kuò)展 .20 3.4 中斷的擴(kuò)展 .21 3.5 數(shù)摸轉(zhuǎn)換器的選擇 .22 3.6 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選擇 .23 3.7 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 .26 3.8 控制軟件的設(shè)計(jì) .27 結(jié)論 .32 參考文獻(xiàn)（References） .32 致謝 .32 1 第一章 緒論 1.1 AGV 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)簡(jiǎn)介 AGV(Automatic Guided Vehicle),即自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)，是一種物料搬運(yùn)設(shè)備，是能在一位 置自動(dòng)進(jìn)行貨物的裝載，自動(dòng)行走到另一位置，自動(dòng)完成貨物的卸載的全自動(dòng)運(yùn)輸裝置。 AGV 是以電池為動(dòng)力源的一種自動(dòng)操縱的工業(yè)車(chē)輛。裝卸搬運(yùn)是物流的功能要素之一，在 物流系統(tǒng)中發(fā)生的頻率很高，占據(jù)物流費(fèi)用的重要部分。因此，運(yùn)輸工具得到了很大的發(fā) 展，其中 AGV 的使用場(chǎng)合最廣泛，發(fā)展十分迅速。 1.2 AGV 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的分類(lèi) 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)分為有軌和無(wú)軌兩種。 所謂有軌是指有地面或空間的機(jī)械式導(dǎo)向軌道。地面有軌小車(chē)結(jié)構(gòu)牢固，承載力大， 造價(jià)低廉，技術(shù)成熟，可靠性好，定位精度高。地面有軌小車(chē)多采用直線或環(huán)線雙向運(yùn)行， 廣泛應(yīng)用于中小規(guī)模的箱體類(lèi)工件 FMS 中。高架有軌小車(chē)（空間導(dǎo)軌）相對(duì)于地面有軌小 車(chē)，車(chē)間利用率高，結(jié)構(gòu)緊湊，速度高，有利于把人和輸送裝置的活動(dòng)范圍分開(kāi)，安全性 好，但承載力小。高架有軌小車(chē)較多地用于回轉(zhuǎn)體工件或刀具的輸送，以及有人工介人的 工件安裝和產(chǎn)品裝配的輸送系統(tǒng)中。有軌小車(chē)由于需要機(jī)械式導(dǎo)軌，其系統(tǒng)的變更性、擴(kuò) 展性和靈活性不夠理想。 無(wú)軌小車(chē)是一種利用微機(jī)控制的，能按照一定的程序自動(dòng)沿規(guī)定的引導(dǎo)路徑行駛，并 具有停車(chē)選擇裝置、安全保護(hù)裝置以及各種移載裝置的輸送小車(chē)。無(wú)軌小車(chē)按引導(dǎo)方式和 控制方法的分為有徑引導(dǎo)方式和無(wú)徑引導(dǎo)自主導(dǎo)向方式。有徑引導(dǎo)方式是指在地面上鋪設(shè) 導(dǎo)線、磁帶或反光帶制定小車(chē)的路徑，小車(chē)通過(guò)電磁信號(hào)或光信號(hào)檢測(cè)出自己的所在位置， 通過(guò)自動(dòng)修正而保證沿指定路徑行駛。無(wú)徑引導(dǎo)自主導(dǎo)向方式中，地圖導(dǎo)向方式是在無(wú)軌 小車(chē)的計(jì)算機(jī)中預(yù)存距離表（地圖） ，通過(guò)與測(cè)距法所得的方位信息比較，小車(chē)自動(dòng)算出從 某一參考點(diǎn)出發(fā)到目的點(diǎn)的行駛方向。這種引導(dǎo)方式非常靈活，但精度低。 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) AGV 是伴隨著柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù) 而產(chǎn)生并發(fā)展起來(lái)的。日本人認(rèn)為 1981 年是柔性加工系統(tǒng)元年，這樣計(jì)算 AGV 大規(guī)模應(yīng)用 的歷史也只有 15 至 20 年。但是，其發(fā)展速度是非常快的。1981 年美國(guó)通用公司開(kāi)始使用 AGV，1985 年 AGV 保有量 500 臺(tái)，1987 年 AGV 保有量 3000 臺(tái)。資料表明歐洲 40%的 AGV 用 于汽車(chē)工業(yè)，日本 15%的 AGV 用于汽車(chē)工業(yè)，也就是說(shuō) AGV 在其他行業(yè)也有廣泛的應(yīng)用 。1 目前國(guó)內(nèi)總體看 AGV 的應(yīng)用剛剛開(kāi)始，相當(dāng)于國(guó)外 80 年代初的水平。但從應(yīng)用的行業(yè) 分析，分布面非常廣闊，有汽車(chē)工業(yè)，飛機(jī)制造業(yè)，家用電器行業(yè)，煙草行業(yè)，機(jī)械加工， 倉(cāng)庫(kù)，郵電部門(mén)等 。這說(shuō)明 AGV 有一個(gè)潛在的廣闊市場(chǎng)。1 AGV 從技術(shù)的發(fā)展看，主要是從國(guó)家線路向可調(diào)整線路；從簡(jiǎn)單車(chē)載單元控制向復(fù)雜 系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制；從原始的段點(diǎn)定期通訊到先進(jìn)的實(shí)時(shí)通訊等方向發(fā)展；從落后的現(xiàn)場(chǎng)控 制到先進(jìn)的遠(yuǎn)程圖形監(jiān)控；從領(lǐng)域的發(fā)展看，主要是從較為集中的機(jī)械制造、加工、裝配 生產(chǎn)線向廣泛的各行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)，物料搬運(yùn)，物品倉(cāng)儲(chǔ)，商品配送等行業(yè)發(fā)展。 2 第二章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一臺(tái)自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē) AGV，可以在水平面上按照預(yù)先設(shè)定的軌跡行駛。本設(shè)計(jì)采 用 AT89C51 單片機(jī)作為控制系統(tǒng)來(lái)控制小車(chē)的行駛，從而實(shí)現(xiàn)小車(chē)的左、右轉(zhuǎn)彎，直走， 倒退，停止功能。 其設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的長(zhǎng)度：500mm 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的寬度：300mm 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的行駛速度：100mm/s 2.2 確定機(jī)械傳動(dòng)方案 方案一：采用三輪布置結(jié)構(gòu)。直流伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)減速器和差速器，通過(guò)兩半軸將動(dòng) 力傳遞到兩后輪。自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的轉(zhuǎn)向由轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)前面的一個(gè)萬(wàn)向輪轉(zhuǎn)向。傳動(dòng)系統(tǒng) 如圖 2-1 所示。 圖 2-1 傳動(dòng)方案一 方案二：采用四輪布置結(jié)構(gòu)。自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)采用兩后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)差速轉(zhuǎn)向，兩前輪為 萬(wàn)向輪的四輪結(jié)構(gòu)形式。直流伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)減速器后直接驅(qū)動(dòng)后輪，當(dāng)兩輪運(yùn)動(dòng)速度不 同時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向。傳動(dòng)系統(tǒng)如圖 2-2 所示。 圖 2-2 傳動(dòng)方案二 四輪結(jié)構(gòu)與三輪結(jié)構(gòu)相比較有較大的負(fù)載能力和較好的平穩(wěn)性。方案一有差速器和轉(zhuǎn) 向機(jī)構(gòu)，故機(jī)械傳動(dòng)誤差大。方案二采用兩套蝸輪-蝸桿減速器及直流伺服電動(dòng)機(jī)，成本相 對(duì)于方案一較高，但它的傳動(dòng)誤差小，并且轉(zhuǎn)向靈活。因此，采用方案二作為本課題的設(shè) 3 計(jì)方案。 2.3 直流伺服電動(dòng)機(jī)的選擇 伺服電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)是功率(KW)。但是，選擇伺服電動(dòng)機(jī)并不按功率，而是更根據(jù) 下列三個(gè)指標(biāo)選擇。 運(yùn)動(dòng)參數(shù)： AGV 行走的速度為 100mm/s，則車(chē)輪的轉(zhuǎn)速為 （2-1）d1062.75min3.410vnr 電機(jī)的轉(zhuǎn)速 選擇蝸輪-蝸桿的減速比 i=62 （2-2）6.140.iinr電 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的受力分析： OGPFBFCFAFD 圖 2-3 車(chē)輪受力簡(jiǎn)圖 小車(chē)車(chē)架自重為 P （2-32.8510.0.329.814abhg N 3） 小車(chē)的載荷為 G （2-4 ）9.4mN 取坐標(biāo)系 OXYZ 如圖 2-3 所示，列出平衡方程 由于兩前輪及兩后輪關(guān)于 Y 軸對(duì)稱(chēng)，則 ，ABFCD ， （2-5）0zF20ACPG ， （2-6）xM0.75.12.3C 解得 16ABFN8.4DFN 4 兩驅(qū)動(dòng)后輪的受力情況如圖 2-4 所示： 滾動(dòng)摩阻力偶矩 的大小介于零與最大值之間，即fM （2-7）max0fM （2-8）max.6157.0.946NFN 其中 滾動(dòng)摩阻系數(shù)，查表 5-2 ，=2 10，取 =6mm 2 牽引力 F 為 （2-9）max.3.07d 電 機(jī) 1/GW 圖 2-4 后輪受力 圖 2-5 摩擦系數(shù) 牽引力 F N 重物的重力 W N 滾子直徑 D mm 傳遞效率 傳動(dòng)裝置減速比 1/G 1） 求換算到電機(jī)軸上的負(fù)荷力矩（ ）LT （2-10）19.820WDG 13.507.64.210.8Nm 取 =0.7, =157.66 , =0.15W 2） 求換算到電機(jī)軸上的負(fù)荷慣性（ ）LJ （2-11） 21234ZJ 20.3490.76.01.064618kgm 其中 為車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 為蝸桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；1JJ 為蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 為蝸輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。34 3） 電機(jī)的選定 AOSNP 5 根據(jù)額定轉(zhuǎn)矩和慣量匹配條件，選擇直流伺服電動(dòng)機(jī)。 電機(jī)型號(hào)及參數(shù)：MAXON F2260 60mm 石墨電刷 80W 2190MJgcm 匹配條件為 3 2max361.89LJgc （2-12 ）0.25LMJ 即 361.89.0.25.81 慣量 （2-13）J 269MLJ gcm 其中 為伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子慣量 M 故電機(jī)滿(mǎn)足要求。 4） 快移時(shí)的加速性能 最大空載加速轉(zhuǎn)矩發(fā)生在自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)攜帶工件，從靜止以階躍指令加速到伺服電機(jī) 最高轉(zhuǎn)速 時(shí)。這個(gè)最大空載加速轉(zhuǎn)矩就是伺服電動(dòng)機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩 。maxn maxT （2-14）max223.140165.89.91076nTJ Nt 加速時(shí)間 （2-15）4.aMTs 其中 機(jī)械時(shí)間常數(shù) 19Ms 2.4 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) 由于電動(dòng)機(jī)軸直徑為 8mm，并且輸出軸削平了一部分與蝸桿軸聯(lián)接部分軸徑為 12mm，故其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 2-6 所示。 電 機(jī) 軸蝸 桿 軸 圖 2-6 聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)圖 聯(lián)軸器采用安全聯(lián)軸器，銷(xiāo)釘直徑 d 可按剪切強(qiáng)度計(jì)算，即 4 6 （2-16 ）8mKTdDZ 銷(xiāo)釘材料選用 45 鋼。查表 5-2 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB 699-88 ）5 45 調(diào)質(zhì) 200mm =637MPa =353MPa =17% =35% bss 硬度 217255HBS 20.39kMJm 銷(xiāo)釘?shù)脑S用切應(yīng)力為 （2-17）0.780.75634.75BMPa 過(guò)載限制系數(shù) k 值 查表 14-4 取 k=1.6 4 T=0.321Nm 81.6570.643.2.dm 選用 d=5mm 滿(mǎn)足剪切強(qiáng)度要求。 2.5 蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1.選擇蝸桿的傳動(dòng)類(lèi)型 根據(jù) GB/T 10085-1988 的推薦，采用漸開(kāi)線蝸桿(ZI)。 2.選擇材料 蝸桿要求表面硬度和耐磨性較高，故材料選用 40Cr。蝸輪用灰鑄鐵 HT200 制造，采 用金屬模鑄造。 3.蝸桿傳動(dòng)的受力分析 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 T2 按 Z=1，估取效率 =0.7,則 4 （2-66622 120.879.5109.509.523508PPT Nmnni 18） 7 圖 2-7 蝸輪-蝸桿受力分析 各力的大小計(jì)算為 （2-19 ）1125876.2taTFNd （2-20）2130.at （2-21）0012tn6tan2.8rFN 4.按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 根據(jù)開(kāi)式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。蝸輪輪齒因彎曲強(qiáng)度 不足而失效的情況，多數(shù)發(fā)生在蝸輪齒數(shù)較多或開(kāi)式傳動(dòng)中。 彎曲疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)的公式為 4 （2-22）221.53FaKTmdYz 確定載荷系數(shù) K4 由于工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù) K=1，由表 11-15 選取使用系數(shù)4 KA=1.15。由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載系數(shù) KV=1.1,則 （2-23 ）1.5.1265AVK 由表 11-8 得，蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力 4 34FMPa 假設(shè) 31048，蝸輪的當(dāng)量齒數(shù) 26z= （2-24 ）23362.29cos10Vz48 根據(jù) ， ，從圖 11-19 中可查得齒形系數(shù) 20 x26.9z4 2.3FaY 螺旋角系數(shù) （2-25 ）1.970Y10 2 3.53625834.4md m 由表 11-2 得 4 中心距 a=50mm 模數(shù) m=1.25mm 分度圓直徑 12.d2315md 蝸桿頭數(shù) 直徑系數(shù) 17.92 分度圓導(dǎo)程角 =31138 z 蝸輪齒數(shù) 變位系數(shù)2620.4x 5.蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 8 1）蝸桿 軸向齒距 （2-26）3.1425.9apmm 齒頂圓直徑 （2-27）*1 1.254.9dh 齒根圓直徑 （2-28 ）*122.4.0.1.275fac m 蝸桿軸向齒厚 （2-29）1351962sm 2）蝸輪 傳動(dòng)比 （2-30）216zi 蝸輪分度圓直徑 （2-31）2.527.dmm 蝸輪喉圓直徑 （2-*1.250.48.1ahax m 32） 蝸輪齒根圓直徑 （2-*227.52.7.5fdmhxc 33） 蝸輪咽喉母圓半徑 （2-34）22108.195gardm 6.精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定 考慮到所設(shè)計(jì)的自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)屬于精密傳動(dòng)，從 GB/T 10089-1988 圓柱蝸桿、蝸輪精 度中選擇 6 級(jí)精度，側(cè)隙種類(lèi)為 7.熱平衡核算 由于該蝸輪-蝸桿傳動(dòng)是開(kāi)式傳動(dòng)，蝸輪 -蝸桿產(chǎn)生的熱傳遞到空氣中，故無(wú)須熱平衡 計(jì)算。 2.6 軸的設(shè)計(jì) 2.6.1 前輪軸的設(shè)計(jì) 前輪軸只承受彎矩而不承受扭矩，故屬于心軸。 9 圖 2-8 前輪軸結(jié)構(gòu) 1.求作用在軸上的力 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的前輪受力，受力如圖 2-9a)所示。 CF180.4.22N = 2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）擬定軸上零件的裝配方案 裝配方案是：左輪輻板、右輪輻板、螺母、套筒、滾動(dòng)軸承、軸用彈性擋圈依次從軸 的右端向左安裝，左端只安裝滾動(dòng)軸承和軸用彈性擋圈。這樣就對(duì)各軸段的粗細(xì)順序作了 初步安排。 2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 (1)初步選擇滾動(dòng)軸承。自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)前輪軸只受彎矩的作用，主要承受徑向力而軸向 力較小，故選用單列深溝球軸承。由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取單列深溝球軸承 6004，其尺 寸為 dDT=20mm42mm12mm,故 。20dm 右端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。由手冊(cè)上查得 6004 型軸承的定位軸肩高度 h=2.5mm，因此取 。25dm (2)取安裝左、右輪輻處的軸段的直徑 ;輪輻的左端采用軸肩定位，右端3 用螺母夾緊輪輻。已知輪輻的寬度為 34mm，為了使螺母端面可靠地壓緊左右輪輻，此軸 段應(yīng)略短于輪輻的寬度，故取 。左右輪輻的左段采用軸肩定位，軸肩高度3l ，取 h=3mm，則軸環(huán)處的直徑 。軸環(huán)寬度 b1.4h，取 。0.7hd 6Vdm5Vlm (3)軸用彈性擋圈為標(biāo)準(zhǔn)件。選用型號(hào)為 GB 894.1-86 20，其尺寸為 ,故02d , , 。19m 1.l 1.9l 其余尺寸根據(jù)前輪軸上關(guān)于左右輪輻結(jié)合面基本對(duì)稱(chēng)可任意確定尺寸，確定了軸上的 各段直徑和長(zhǎng)度如圖 2-8 所示。 3）軸上零件的周向定位 左右輪輻與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接。按 d由手冊(cè)查得平鍵截面 bh=8mm7mm (GB/T 1095-1979),鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為 28mm(標(biāo)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)見(jiàn) GB/T 1096-1979),同時(shí)為 了保證左右輪輻與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇左右輪輻與軸的配合為 H7/n6。滾動(dòng)軸 10 承與軸的周向定位是借過(guò)度配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為 j7。 4）確定軸上圓角和倒角尺寸 取軸端倒角為 145，各軸肩處的圓角半徑為 R1。 3.求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖。 McFF1 F2M 圖 2-9 前輪軸的載荷分析圖 12180.4.2FN1239Lm 139576.8CL 4.按彎曲應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩的截面強(qiáng)度。最大負(fù)彎矩在截面 C 上， 。1576.38CMNm 對(duì)截面 C 進(jìn)行強(qiáng)度校核，由公式 4 （2-35）1caMW 由表 15-1 得，45 鋼 調(diào)質(zhì) 4 160Pa 由表 15-4 得， （2-36） 2 23 3 3840. 8.42btdWm 11576.9caMPa 因此該軸滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，故安全。 2.6.2 后輪軸的設(shè)計(jì) 后輪軸在工作中既承受彎矩又承受扭矩，故屬于轉(zhuǎn)軸。 11 圖 2-10 后輪軸結(jié)構(gòu) 1.求后輪軸上的功率 、轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩2P2n2T 取蝸輪-蝸桿傳動(dòng)的效率 =0.7,則 （2-37）20.87.056KW .5minr238Nm 2.作用在蝸輪上的力 2163.8tFN2.aF2460rF 3.初步確定軸的最小直徑 先按式（15-2 初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表4 15-3 ，取 =115，于是得40A （2-38）233min00.5611.7PdAm 后輪軸的最小直徑是安裝輪輻處軸的直徑 。由于輪輻與軸采用鍵聯(lián)結(jié)，故d 。26d 4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1)擬定軸上零件的裝配方案 裝配方案是：蝸輪、套筒、深溝球軸承、軸用彈性擋圈依次從軸的左端向右安裝；右 端安裝深溝球軸承、透蓋、內(nèi)輪輻、軸端擋圈從右端向左安裝。 2)根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 (1)初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列深溝球軸 承。單列深溝球軸承 6206，其尺寸為 dDT=30mm62mm16mm，故 。30dm 右端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。由手冊(cè)上查得 6206 型軸承的定位軸肩高度 h=3mm,因此，取 。6d 12 (2)軸用彈性擋圈為標(biāo)準(zhǔn)件。選用型號(hào)為 GB 894.1-86 30,其尺寸為 ，故03dm ， 。28.6dm 1.7L (3)取安裝輪輻處的軸段的直徑 。輪輻的寬度為 27mm,為了使軸端擋圈26dm 可靠地壓緊輪輻，此軸段應(yīng)略短于輪輻的寬度，故取 。26l 其余尺寸根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)可任意選取。確定了軸上的各段直徑和長(zhǎng)度如圖 2-10 所示。 3)軸上零件的周向定位 蝸輪與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接。按 由手冊(cè)查得平鍵截面 bh=8mm7mm,鍵槽d 長(zhǎng)為 25mm。輪輻與軸的配合為 H8/h7。 4)確定軸上圓角和倒角尺寸 取軸端倒角為 145，各軸肩處的圓角半徑為 R1。 5.求軸上的載荷 后輪軸上的受力分析 2-11a)。 L1=L2=27.5mm L3=41mm 1)在水平面上后輪軸的受力簡(jiǎn)圖為 2-11b)。 由靜力平衡方程求出支座 A、 B 的支反力 121263.81.9NHtFN 三個(gè)集中力作用的截面上的彎矩分別為 1.975.DMLm 0HABM 13 圖 2-11 后輪軸的載荷分析圖 2)在垂直面上后輪軸的受力簡(jiǎn)圖 2-11c)。 由靜力平衡方程求出支座 A、 B 的支反力 265.2NVaF （2-39 ）Nm.7.75aDM ， (2-40)0A 2121130raNVLLFL 12 31NVrFFL 46027.5.57.62.5417.5 02 ， (2-41)yF1220NVrFF 122NVr 46057.0.638 在 段中，將截面左邊外力向截面簡(jiǎn)化，得AD (2-42)1130.578NVMFxx1 1027.5x 14 在 段中，同樣將截面左邊外力向截面簡(jiǎn)化，得DB (2-43)21227.5NVraMxFxFM027.5x 2 308301.57846.64x 在 段中，同樣將截面右邊外力向截面簡(jiǎn)化，得BC (2-44)333157.MxFx3041x 0VAC .82.9.5D Nm 167540182.67V .BM 計(jì)算 A、B、C、D 截面的總彎矩 M 02221173.5893.154.8HDV Nm (2-45) (2-46)22273.50.6047.DHVBVNm 后輪軸上的轉(zhuǎn)矩 28T 6.按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面 D）的強(qiáng)度。 由式（15-5） 得4 (2-47) 2 22 2047.85.635081.4DcaMT MPaW 其中， 為折合系數(shù)，取 =0.6 為軸的抗彎截面系數(shù)，由表 15-4 得4 2 23 3 3804.108.42 3btdt m 選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表 15-1 查得 416MPa 15 因此 ，故安全。1ca 2.7 滾動(dòng)軸承選擇計(jì)算 2.7.1 前輪軸上的軸承 要求壽命 ，轉(zhuǎn)速 ，軸承250hL101028.96min3.4nrd 的徑向力 ，軸向力 。4.rFNaF 1 由上述條件試選軸承 試選 6004 型軸承，查表 16-2 4 9.38rCk05.2rCkNlim150innr 2 按額定動(dòng)載荷計(jì)算 由式 (2-48)4 601hnLP 對(duì)球軸承 =3， (2-49)PraPrfXFYf 查表 13-6 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē) 4 1.2 代入得 408.54N 36.98.50791380C 故 6004 型軸承能滿(mǎn)足要求。 3 按額定靜載荷校核 由式 (2-50)0CSP 查表 13-8 ，選取 =240S (2-51)04.2rarPXFYN 代入上式， 滿(mǎn)足要求。00522.8CN 2.7.2 蝸桿軸上的軸承 要求壽命 ，轉(zhuǎn)速 ，軸承的徑向載荷hL14.5minnr ，作用在軸上的軸向載荷 。10.4rF60aFN 1 由上述條件試選軸承 選 30203 型軸承，查表 5-24 5 16 （脂潤(rùn)滑） 19.8CkN013.2klim90innr0.35e 圖 2-12 蝸桿軸上的軸承受力 2 按額定動(dòng)載荷計(jì)算 (2-52)1120.432.7rFSNY 13.76.9.a S ，1212.4aPrfXFY 查表 15-12 ， 5.Pf ， ， 1639.780.350.4arFe0.41.7121.46.29.58N ， ， 23.90.3504ar eF 1X0Y 222.432.8PraPrfXYFf 由式 15 601hnLC10003316 64.5229.5843hnLC N0103326 6.0.4hP 均小于 滿(mǎn)足要求。1198N 3 按額定靜載荷校核 由表 505 0CSP 17 查表 15-14 ，取 501.8S10.79.52arFY011.10.46.1.86raPXFN 20.94.52arF 021.rN 均小于 ，滿(mǎn)足要求。01P3C 4 極限轉(zhuǎn)速校核 由式 (2-53)max12linf ，由圖 15-5 得 1290.58.62C5f ，由圖 15-6 得 1.7arF520.fmax1.94minnr ，由圖 15-5 得 213.480.679PC51f ，由圖 15-6 得 2.arF52f max2190minnr 小于 和 滿(mǎn)足要求。nmax12 2.7.3 后輪軸上的軸承 要求軸承的壽命 ，轉(zhuǎn)速 ，軸承 A 的徑向載荷50hL2.75innr ；軸承 B 的徑向載荷2211631.9.80rNHVF N ；軸向載荷為 。22 631.9r 65.2aFN 由于軸承 A 承受的載荷大于軸承 B 的載荷，故只需對(duì)軸承 A 進(jìn)行校核。 1 由上述給定條件試選軸承 18 試選 6206 型軸承，查表 15-19 5 （脂潤(rùn)滑）14.9CkN01.CkNlim950innr 2 按額定動(dòng)載荷計(jì)算 由式 60hLP 對(duì)球軸承 ，3 PrafXFY 由 查表 15-19 065.20.651aFC50.19,2.3eY 由 查表 15-19 .930.197ar e5 rPF 查表 15-12 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē) 5 .2Pf 代入得 784N 360.508416.549101C 故 6206 型軸承能滿(mǎn)足要求。 3 按額定靜載荷校核 由式 0CSP 查表 15-14 ，選取 501S 由 .93arF 查表 15-19 ， 時(shí)， 50.8ar01,XY 得 7rPFN 代入上式， 滿(mǎn)足要求。001CNS 4 極限轉(zhuǎn)速校核 max12linf 由 查圖 15-5 80.563149PC51f 19 查圖 15-6 65.20.937arF521f 代入 max109minnr 滿(mǎn)足要求。max2.5irn 第三章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.1 控制系統(tǒng)總體方案 本系統(tǒng)使用 AT89C51 單片機(jī)作為核心的控制運(yùn)算部分。連接在電機(jī)上的數(shù)字編碼器在 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)出的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)自行設(shè)計(jì)和制作的脈沖鑒向電路，可以得到電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn) 方向；來(lái)自鑒向電路的正反方向的脈沖信號(hào)進(jìn)入到兩塊 8253 計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，以獲得電機(jī) 的旋轉(zhuǎn)速度和位移；經(jīng)過(guò)在 AT89C51 單片機(jī)上運(yùn)行的各種控制程序的適當(dāng)運(yùn)算以后，輸出 的控制量經(jīng)過(guò)兩塊 DAC1208 轉(zhuǎn)換器變成模擬量，輸出到兩塊 UC3637 直流電動(dòng)機(jī)脈寬調(diào)制 器，通過(guò) H 橋開(kāi)關(guān)放大器，作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度或者力矩給定，從而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，使 整個(gè) AGV 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)能夠完成所設(shè)計(jì)的控制任務(wù)。 整個(gè)控制系統(tǒng)的組成框圖如下： 20 圖 3-1 控制系統(tǒng)的組成框圖 3.2 鑒向 伺服電機(jī)根據(jù)控制要求能夠工作在四個(gè)不同的象限，作為系統(tǒng)的狀態(tài)檢測(cè)部分，必須 能夠檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及分辨電機(jī)不同的旋轉(zhuǎn)方向。安裝在電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸上的數(shù)字編碼器在電 機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能夠產(chǎn)生相位相差 90 度的兩路脈沖信號(hào)，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向可以由鑒向電路對(duì)此兩 路脈沖進(jìn)行鑒向后獲得，其原理如圖 3-2 所示。V 圖 3-2 鑒向原理 伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，A相脈沖超前于 B相脈沖90度，在cp十端輸出反向計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)正轉(zhuǎn) 時(shí)，B 相脈沖超前于A相脈沖90度，在cp一端輸出正向計(jì)數(shù)脈沖，見(jiàn)圖3-3中的(b) 和(c 所示， 分辨出的脈沖進(jìn)入脈沖計(jì)數(shù)電路進(jìn)行計(jì)數(shù)，再由計(jì)算機(jī)讀入進(jìn)行處理。其電路圖見(jiàn)圖3-3中 的(a) 所示。 21 圖 3-3 電機(jī)轉(zhuǎn)向分辨電路 本次設(shè)計(jì)使用的數(shù)字編碼器為500P/ R ,即電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周輸出500個(gè)脈沖,電機(jī)到車(chē)輪的 減速齒輪的減速比為62 : 1 ,因此車(chē)輪每前進(jìn)或者后退一周產(chǎn)生50062 即31000個(gè)脈沖,可見(jiàn) 分辯率非常高。編碼器的脈沖輸出為差動(dòng)形式,鑒向電路接收差動(dòng)形式的脈沖信號(hào),鑒向后輸 入到8253計(jì)數(shù)器。 3.3 計(jì)數(shù)的擴(kuò)展 為了得到驅(qū)動(dòng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)的速度、位移等,而數(shù)字編碼器的輸出經(jīng)過(guò)鑒向電路提供的是電機(jī) 的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)脈沖,必須對(duì)這些脈沖分別進(jìn)行計(jì)數(shù)、運(yùn)算才能得到所要的速度、位移等狀態(tài) 量。本系統(tǒng)中使用了兩塊8253計(jì)數(shù)器,每塊芯片具有三個(gè)16 位計(jì)數(shù)器。四個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器 即1# 、2 # 、3 # 和4 # 分別用于兩臺(tái)電機(jī)的正/ 反轉(zhuǎn)脈沖的計(jì)數(shù)。 8253可編程定時(shí)器計(jì)數(shù)器可由軟件設(shè)定定時(shí)與計(jì)數(shù)功能，設(shè)定后與CPU并行工作， 不占用CPU 時(shí)間，功能強(qiáng)，使用靈活。它具有3個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器通道，每個(gè)計(jì)數(shù)器都可 以按照二進(jìn)制或二十進(jìn)制計(jì)數(shù)，每個(gè)計(jì)數(shù)器都有6種工作方式，計(jì)數(shù)頻率可高達(dá)2MHz， 芯片所有的輸入輸出都與TTL兼容。 8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3-4所示；引腳如圖3-5 所示。 圖3-4 8253內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 圖3-5 8253引腳圖 U6地址為：8000H計(jì)數(shù)器0 8001H計(jì)數(shù)器1 8002H計(jì)數(shù)器2 8003H控制字 U7地址為：6000H計(jì)數(shù)器0 6001H計(jì)數(shù)器1 6002H計(jì)數(shù)器2 6003H控制字 U6讀/寫(xiě)控制邏輯接線： ， ， ；4CSY0QA1 U7讀/寫(xiě)控制邏輯接線： ， ， 。3 22 U6芯片中計(jì)數(shù)器0和計(jì)數(shù)器1 用于左輪電機(jī)正反轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)，并處于工作方式3。U7 芯片中 計(jì)數(shù)器0和計(jì)數(shù)器1用于右輪電機(jī)正反轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)，并處于工作方式3。在中斷服務(wù)程序中,這四 個(gè)計(jì)數(shù)器分別對(duì)兩臺(tái)伺服電機(jī)的正/ 反脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù),所得到的計(jì)數(shù)值減掉上一次的計(jì)數(shù)值, 就可以得到在這一時(shí)間周期內(nèi)的各路脈沖數(shù)。右輪反轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)和左論反轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)的結(jié)果分 別存于臨時(shí)變量temp 1、temp 2、temp 3 和temp 4 中,在主程序中通過(guò)對(duì)它們進(jìn)行運(yùn)算就可 以得到移動(dòng)機(jī)器人的狀態(tài)量了。 3.4 中斷的擴(kuò)展 AT89C51 單片機(jī)是使用兩個(gè)級(jí)聯(lián)的 8259A 中斷控制器來(lái)控制中斷的。主 8259A 芯片 上的 IRQ2 擴(kuò)展成從片上的 IRQ8IRQ15 使用。 8259A 作為一種可編程中斷控制器，是一種集成芯 片。它用來(lái)管理輸入到 CPU 的各種中斷申請(qǐng)，主要 外圍設(shè)備，能提供中斷向量、屏蔽各種中斷輸入等 功能。每一個(gè) 8259A 芯片都能直接管理 8 級(jí)中斷， 最多可以用 9 片 8259A 芯片級(jí)連，由其構(gòu)成級(jí)連機(jī) 構(gòu)可以管理 64 級(jí)中斷。 8259A的外部引腳： ：數(shù)據(jù)線，CPU通過(guò)數(shù)據(jù)線向8259A70D 發(fā)送各種控制命令和讀取各種狀態(tài)信息。 INT：中斷請(qǐng)求，和CPU的INTR引腳相連，用 來(lái)向CPU 提出中斷請(qǐng)求。 ：中斷響應(yīng)，接收CPU的中斷響應(yīng)信號(hào)。INTA 圖3-6 8259A引腳圖 ：讀信號(hào)，低電平有效，通知8259A將某R 個(gè)寄存器的內(nèi)容送到數(shù)據(jù)總線上。 ：寫(xiě)信號(hào)，低電平有效，通知8259A 從數(shù)據(jù)線上接受數(shù)據(jù)（即命令字）。WR ：片選信號(hào)，低電平有效。CS ：端口選擇，指出當(dāng)前哪個(gè)端口被訪問(wèn)。0A ：接收設(shè)備的中斷請(qǐng)求。7I ：級(jí)聯(lián)端，指出具體的從片。在采用主從式級(jí)聯(lián)的多片8259A的系統(tǒng)中，20 主從片的 對(duì)應(yīng)連接在一起。S ：主從片/緩沖器允許，雙功能引腳，雙向。它有兩個(gè)用處：當(dāng)作為輸入時(shí)，PEN 用來(lái)決定本片8259A是主片還是從片。作為輸出時(shí)，當(dāng)從8259A 往CPU 傳送數(shù)據(jù)時(shí)，由 引出的信號(hào)作為總線啟動(dòng)信號(hào)，以控制總線緩沖器的接收和發(fā)送。 本次設(shè)計(jì)采用兩片8259A進(jìn)行級(jí)聯(lián)：主片的 引腳連接從片的中斷請(qǐng)求INT ，如果某2IR 一個(gè)引腳下面沒(méi)有連接從片，則可以直接連接外部中斷請(qǐng)求；而主片、從片的中斷響應(yīng)信 號(hào) 和數(shù)據(jù)信號(hào) 互相連在一起。主片CAS 和從片CAS互相連在一起，當(dāng)從片數(shù)量ITA07D 較多時(shí)，可以在主片CAS和從片 CAS之間增加驅(qū)動(dòng)器。主片的 接高電平。從片的SPEN 接低電平。在8259A 的主從式級(jí)聯(lián)方式中，中斷的優(yōu)先級(jí)設(shè)置類(lèi)似于單片機(jī)的情況。SPEN 級(jí)聯(lián)如圖3-7所示。 23 AT89C5174HC388259AU0UU主從U48259A 圖3-7 8259A的級(jí)聯(lián) 3.5 數(shù)摸轉(zhuǎn)換器的選擇 將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的器件稱(chēng)為數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(digital-analog converter),簡(jiǎn)稱(chēng)為DAC 。 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)有分辨率、轉(zhuǎn)換精度、線性誤差和建立時(shí)間。 分辨率 指最小輸出電壓與最大輸出電壓之比。本次設(shè)計(jì)采用DAC1208芯片，故其分 辨率為 。412.210 轉(zhuǎn)換精度 以最大的靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差的形式給出。DAC1208芯片為12位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器其最 大誤差為: ,精度為 。121.0nFSAV0.1 線性度 指 DAC 的實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線和理想直線之間的最大偏移差。 建立時(shí)間 在數(shù)字輸入端發(fā)生滿(mǎn)量程碼的變化以后，數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的模擬輸出穩(wěn)定到最 終值1/2LSB時(shí)所需要的時(shí)間，當(dāng)輸出的模擬量為電流時(shí)，這個(gè)時(shí)間很短。 DAC1208的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳如圖3-8和圖3-9所示。 圖3-8 DAC1208的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖3-9 DAC1208的引腳圖 CSWR1AGND DI9DI8DI2 DI3DI4 DI5 DI6DI 7 VREFRfbDGND VcBYTE1/BYTE2WR 2XFER Iout2Iout1 DAC1208 1 1098 765 432 20 141516 171819 13121 24232 21 (LSB)DI0DI1 DI1(MSB)DI10 24 DAC1208內(nèi)部對(duì)輸入數(shù)據(jù)具有兩級(jí)緩存：8位輸入寄存器、4位輸入寄存器和12位DAC 寄存器，這三個(gè)寄存器可以分別選通。 DAC1208有三種工作方式：?jiǎn)尉彌_方式、雙緩沖方式、直通方式。 所謂的單緩沖方式就是使DAC1208的兩個(gè)輸入寄存器中有一個(gè)處于直通方式，而另一 個(gè)處于受控的鎖存方式。在實(shí)際應(yīng)用中，如果只有一路模擬量輸出。 所謂雙緩沖方式，就是把DAC1208的兩個(gè)鎖存器都接成受控鎖存方式。本次設(shè)計(jì)采用雙緩 沖方式，目的是為了讓兩個(gè)直流伺服電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)同步。 所謂直通方式，輸入寄存器和DAC寄存器都接成直通方式，即 信號(hào)均有效，數(shù)據(jù)被直接送入數(shù)/ 模轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行數(shù)/ 模轉(zhuǎn)換。12ILEWRXFECS +5V+5VOAOAAT89C5174LS32764624DC120874HC138U0U1UU3U9UU10DC28 圖3-10 DAC1208雙緩沖連接方式 U9輸入寄存器地址為3FFFH DAC寄存器地址為5FFFH U10輸入寄存器地址為1FFFH DAC寄存器地址為5FFFH 本次設(shè)計(jì)采用DAC1208芯片的數(shù)/ 模轉(zhuǎn)換器其連接方式如圖3-10所示。 為BYTE 高電平時(shí)，選中數(shù)據(jù) 輸入到8位輸入寄存器；當(dāng) 為低電平時(shí)，選14DII 中數(shù)據(jù) 輸入到4位輸入寄存器； 片選信號(hào)，低電平有效，和輸入鎖存信號(hào)30I CS 一起決定第一級(jí)數(shù)據(jù)鎖存是否有效。 第一級(jí)允許鎖存，高電平有效。 寫(xiě)1ILEWR ILE1WR 信號(hào)1，作為第一級(jí)鎖存信號(hào)，必須和 同時(shí)有效。 寫(xiě)信號(hào)2，作為第二級(jí)鎖存R 信號(hào)，必須和 同時(shí)有效。 控制信號(hào)，低電平有效，和 一起決定第二級(jí)數(shù)XFFR 據(jù)鎖存是否有效。 模擬電流輸出端，DAC寄存器全1時(shí)最大，全0時(shí)為0。 模擬電OUTI 2OUTI 流輸出端，和 有一個(gè)常數(shù)差： 常數(shù)，此常數(shù)對(duì)應(yīng)一個(gè)固定基準(zhǔn)電壓的112OUTII 滿(mǎn)量程電流。 參考電壓輸入端，可正可負(fù)， 。REFV01V 3.6 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選擇 電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用PWM技術(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)直流伺服電動(dòng)機(jī)。PWM技術(shù)為脈寬調(diào)制技術(shù)其可通過(guò) 輸入直流電壓 ，在其輸出可以得到頻率固定、脈沖幅度一定、脈沖寬度與輸入信號(hào)成線inu 性關(guān)系的方波脈沖串，利用該方波脈沖串驅(qū)動(dòng)功率放大電路，從而控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 25 采用PWM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，PWM具有較高的切換頻率，這有助于克服伺服電機(jī)的靜摩擦力 矩，與其線性功率放大器相比，功耗低且效率高，因而在伺服系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)運(yùn)用。 為了改善伺服電機(jī)的運(yùn)行特性，必須適當(dāng)選擇PWM的切換頻率，其選擇可參考以下原則： a)切換頻率應(yīng)能使電機(jī)軸產(chǎn)生微振，以克服靜摩擦，改善運(yùn)行特性。即 (3-1)TMf 其中 ， 為力矩常數(shù)， 為PWM電源電壓， 為電感， 為電機(jī)靜摩擦4MCfkULTCULT 力矩。 b)微振的最大角位移應(yīng)小于設(shè)定的位置誤差。即 (3-3)3192CTkfJ 其中J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， 為設(shè)定的位置誤差。 c)盡量減少電機(jī)產(chǎn)生的高頻功耗。即應(yīng)使得 (3-4)ATRfL 其中 為電內(nèi)阻。AR 一般伺服電機(jī)的電感很小，如果切換頻率不高，導(dǎo)致交流分量很大，很容易損壞功率 晶體管。在此采用PWM芯片UC3637和H功率橋放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，其UC3637原理 如圖3-11 所示，根據(jù)上述原則選擇切換頻率為 30KHz。 UC3637的特點(diǎn)： 單電源或雙電源工作，2.50V 雙路PWM信號(hào)輸出，驅(qū)動(dòng)電流能力為 1mA 限流保護(hù) 欠電壓封鎖 有溫度補(bǔ)償，2.5V閥值的關(guān)機(jī)控制 圖3-11 UC3637原理框圖 26 UC3637的結(jié)構(gòu)與功能： 三角波發(fā)生器：CP，CN，S1，SR1；PWM比較器：CA，CB；輸出控制門(mén)： NA，NB ； 限流電路：CL，SRA，SRB；誤差放大器：EA ；關(guān)機(jī)比較器：CS； 欠電壓封鎖電路：UVL。 UC3637最具特色的是三角波振蕩器，三角波產(chǎn)生電路如圖3-12所示。 圖3-12 恒幅三角波產(chǎn)生電路 三角波參數(shù)的計(jì)算 取PWM定時(shí)電路充電電流為0.5Ma,則有 (3-5)0.5STHTVR6 (3-6)4THCf 其中， 為PWM頻率。由允許電機(jī)最大電流 決定 。Tf max3.21IASR (3-7)ax0SRI 對(duì)于圖3-12所示的控制系統(tǒng)，要求： 24SV max10c 10INRk PWM 頻率 30fkHz 限流 max8IA 27 B 2v1xoy P A Q L 取 1a 計(jì)算得 (3-8) 43max22016.5INScRVk (3-9)4343216.5.4IN (3-10)440.782SRIVV3.6TH (3-11)23 .7821.506.124THS kV3.5.STHTR136.k930.501.04.78TTHCFfV 式中： 為三角波峰值的轉(zhuǎn)折（閾值）電壓； 為電源電壓； 為定時(shí)電阻； 為定THVSVTRTC 時(shí)電容； 為恒流充電電流； 為振蕩頻率。C3637具有一個(gè)高速、帶寬為kHz、輸出低SIf 阻抗的誤差放大器，既可以作為一般的快速運(yùn)放，亦可作為反饋補(bǔ)償運(yùn)放。 3.7 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 3.7.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 AGV 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的速度分析。 已知車(chē)輪驅(qū)動(dòng)速度，求機(jī)構(gòu)本體移動(dòng)速度和旋轉(zhuǎn)角速度。 兩后輪分別驅(qū)動(dòng)四輪機(jī)構(gòu)的速度分析（Q 為瞬心，P 為后輪中心） (3-12)12pv (3-13)coscosvx （3-12ininpyv 14） (3-15) BAv 121vAB (3-16) 圖 3-13 AGV 自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)示意圖 整理成矩陣形式： 28 (3-17) 21211sin2icovJByx 為雅可比矩陣。J 3.7.2 轉(zhuǎn)彎半徑 小車(chē)在轉(zhuǎn)彎時(shí)以速度 勻速轉(zhuǎn)彎；小車(chē)兩主動(dòng)輪之間的距離為 B；小車(chē)兩主動(dòng)輪中心 （假設(shè)小車(chē)質(zhì)量分布均勻）與轉(zhuǎn)彎圓心的距離即轉(zhuǎn)彎半徑為 R；車(chē)輪半徑為 r；兩輪的速度 分別為 ；小車(chē)與行駛路面的摩擦系數(shù)為 。則有12 (3-18)2Rg1 查表 5-2 取 206708.49.Rm2 4m 故取小車(chē)轉(zhuǎn)彎的最小半徑為 。1 左、右輪的速度為 1 (3-19)2rRBA270610.486443.7B srR (3-20)12r12.3097.01mrA 3.8 控制軟件的設(shè)計(jì) 根據(jù)機(jī)器人的線速度和角速度的表達(dá)式(3-12) 和(3-16) ,可以計(jì)算狀態(tài)量 x、y 和: （3-21）12q （3-22）B (3-23)02 trldtb （3-24）0cos trlx (3-25)0in trlyt 采用數(shù)值積分方法進(jìn)行近似檢測(cè): 將區(qū)間 劃分成若干充分小的子區(qū)間 ， 10t 則只要子區(qū)間 相對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度選擇得充分小,121,ntt 1it 或者控制周期比較短,則檢測(cè)精度可以達(dá)到使用的要求。表達(dá)式如下: (3-26)112ntnrldtb （3-27）1cosntrlx 29 (3-28)11sin2ntn rlydt 另外,考慮到系統(tǒng)的各個(gè)狀態(tài)量都是通過(guò)數(shù)字編碼器輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的,要將脈 沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)器人移動(dòng)的距離及轉(zhuǎn)過(guò)的角度,必須對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行定標(biāo),即確定每個(gè)脈沖與 驅(qū)動(dòng)輪移動(dòng)的距離的系數(shù)。已知驅(qū)動(dòng)輪的半徑r = 70mm ,電機(jī)到車(chē)輪的減速齒輪的變比為62 : 1 ,電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周發(fā)出500個(gè)脈沖,從而可以得到脈沖當(dāng)量應(yīng)為2 * PI * 70/(500 * 62) ,即 0.01418mm/ P 。 對(duì)于控制系統(tǒng)的軟件編程語(yǔ)言，要根據(jù)系統(tǒng)的要求進(jìn)行選擇，一般要求代碼簡(jiǎn)捷，執(zhí) 行效率高，實(shí)時(shí)性好。AGV自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的引導(dǎo)原理是根據(jù)自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)行走的軌跡進(jìn)行 編程，數(shù)字編碼器檢測(cè)出的電壓信號(hào)判斷其與預(yù)先編程的軌跡的位置偏差，控制器根據(jù)位 置偏差調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)偏差進(jìn)行糾正，從而使自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)沿預(yù)先編程的軌跡行走。因此 AGV自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)行走過(guò)程中，需不斷地根據(jù)輸入的位置偏差信號(hào)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，對(duì)系統(tǒng) 進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。為對(duì)AGV自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)實(shí)施控制，需要對(duì)硬件進(jìn)行操作。 整個(gè)AGV自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的控制流程如圖3-14所示。 開(kāi) 始函 數(shù) 、 變 量 、 中 斷 初 始 化讀 取 預(yù) 設(shè) 路 徑 坐 標(biāo)路 徑 規(guī) 劃 及 軌 跡 插 補(bǔ)讀 取 上 次 運(yùn) 行 誤 差 序 列AGV平 滑 啟 動(dòng) 環(huán) 節(jié)軌 跡 檢 測(cè)到 第 一 段 軌 跡 終 點(diǎn) 嗎 ？第 二 段 軌 跡 控 制 環(huán) 節(jié) 到 終 點(diǎn) 了 嗎 ？存 儲(chǔ) 本 次 軌 跡 控 制 誤 差 序 列 偏 差 自 動(dòng) 校 正 D/A輸 出結(jié) 束YNYN第 i段 軌 跡 控 制 環(huán) 節(jié) ND/A輸 出偏 差 自 動(dòng) 校 正Y到 第 段 軌 跡 終 點(diǎn) 嗎 ？ 圖3-14 控制系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)圖 30 程序開(kāi)始：先設(shè)置函數(shù)和變量，并對(duì)各芯片進(jìn)行初始化；讀取預(yù)先設(shè)置軌跡的坐標(biāo)； 對(duì)軌跡進(jìn)行插補(bǔ)；讀取上次的誤差，自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)啟動(dòng)；進(jìn)行軌跡的檢測(cè)；判斷第一段路 徑走完沒(méi)有；NO則把檢測(cè)的實(shí)際軌跡和預(yù)先設(shè)置的軌跡相比較產(chǎn)生偏差，接著把偏差送給 D/A轉(zhuǎn)換器，從而控制自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)沿預(yù)先設(shè)定的軌跡行走。YES則走下一段軌跡，接著 判斷是否到達(dá)終點(diǎn)，到達(dá)終點(diǎn)結(jié)束；沒(méi)到達(dá)終點(diǎn)則繼續(xù)走下一段軌跡。 下面為圓弧插補(bǔ)程序，流程圖如圖3-15。 DDA圓弧插補(bǔ)程序： XP BIT 00H ；X 向益出標(biāo)志 YP BIT 01H ；Y 向益出標(biāo)志 XS EQU 60H ；起點(diǎn)坐標(biāo)X YS EQU 61H ；起點(diǎn)坐標(biāo)Y XE EQU 62H ；終點(diǎn)坐標(biāo)X YE EQU 63H ；終點(diǎn)坐標(biāo)Y JVX EQU 64H ；X 積分累加器 JVY EQU 65H ；Y 積分累加器 JRX EQU 66H ；X 被積函數(shù)寄存器 JRY EQU 67H ；Y 被積函數(shù)寄存器 JEX EQU 68H ；X向終點(diǎn)計(jì)數(shù)器 JEY EQU 69H ；Y向終點(diǎn)計(jì)數(shù)器 ORG 1000H MOV JVX，YS ；初始化 MOV JVY，XS MOV JRX，#0 MOV JRY，#0 MOV R2， XS MOV R4， XE ACALL BSUB ；求X坐標(biāo)的計(jì)數(shù)初值 MOV JEX，R6 MOV R2， YS MOV R4， YE ACALL BSUB ；求Y坐標(biāo)的計(jì)數(shù)初值 MOV JEY，R6 CLR XP CLR YP MOV R2, XS MOV R4, YS ACALL YC ；調(diào)用益出子程序 CF: MOV A,JEX ；X 向 JZ YX MOV R2, JRX MOV R4, JVX ACALL BADD ；修改X向寄存器 MOV JRX, R6 MOV A, R7 31 CJNE A, JRX, NX1 ；X向是否益出 SETB XP DEC XS DEC JEX ；-X 走一步 AJMP YX NX1: JC YX SETB XP DEC XS DEC JEX XY: MOV A, JEY ；Y 向 JZ ZDP MOV R2, JRY MOV R4, JVY ACALL BADD ；修改Y向寄存器 MOV JRY, R6 MOV A, R7 CJNE A, JRY, NX2 ；Y向是否益出 SETB YP ；+Y走一步 INC YS DEC JEY AJMP JINX NX2: JC JINX ；進(jìn)給了X？ SETB YP INC YS DEC JEY JINX: JNB XP, NX3 ；進(jìn)給了Y？ DEC JVY NX3: JNB YP, CF INC JVX AJMP CF ZDP: MOV A, JEX JNZ CF ；X向到終點(diǎn)嗎？ MOV A, JEY JNZ CF ；Y向到終點(diǎn)嗎？ END BADD：加法程序入口；被加數(shù) R2；加數(shù) R4；結(jié)果 R6； BSUB：減法程序入口；被減數(shù)R2；減數(shù)R4 ；結(jié)果R6。 BSUB：MOV A，R4 ；取減數(shù) CPL ACC.7 ；減數(shù)符號(hào)取反以進(jìn)行加法 MOV R4，A BADD：MOV A，R2 ；取被加數(shù) XRL A，R4 ；兩數(shù)異或 MOV C，ACC.7 ；兩數(shù)同號(hào)CY=0，兩數(shù)異號(hào)CY=1 MOV A，R2 32 CLR ACC.7 ；符號(hào)位清0 MOV R2，A MOV A，R4 CLR ACC.7 ；符號(hào)位清0 MOV R4，A JC JIAN ；兩數(shù)異號(hào)轉(zhuǎn)JIAN MOV A，R2 ADD A，R4 MOV R6，A RET JIAN：MOV A，R2 ；相減 CLR C SUBB A，R4 MOV R6，A JNB ACC.7，QWE MOV A，R6 CPL A ADD A，#1 MOV R6，A QWE： RET 益出子程序：R7中存放益出值。 YC：MOV R5，#08H MOV R7，#00H CLR C MOV A，R2 SUBB A，R4 JNZ LP LP5：MOV A，R2 LP6：CLR C LP2：RLC A JC LP1 INC R7 DJNZ R5，LP2 LP1：CLR A LP3：SETB C RRC A DJNZ R7，LP3 CPL A MOV R7，A RET LP：JC LP4 AJMP LP5 LP4：MOV A，R4 AJMP LP6 圖3-15 DDA圓弧插補(bǔ)流程圖 益 出 ？-X走 一 步 益 出 ？+y走 一 步 進(jìn) 給 了進(jìn) 給 了 入 口 出 口 ,0,0,VxsVysRxRyExseEyseJJxJxJy RxRxVxJJJ0?ExJNYY 1 ExExJJ0?EyJ RyRyVyJJJ1 EyEyJJ?x1 VyVyJJ?y1 VxVxJJ 0?ExyJNYYNNY NYNY 33 結(jié)論與展望 本課題為自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)（AGV）的設(shè)計(jì)。AGV自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)是一種物料搬運(yùn)設(shè)備，是 能在一位置自動(dòng)進(jìn)行貨物的裝載，自動(dòng)行走到另一位置，自動(dòng)完成貨物的卸載的全自動(dòng)運(yùn) 輸裝置；AGV自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般由機(jī)構(gòu)部分、傳感器組、控制部分以及信息處理 部分構(gòu)成。通過(guò)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了小車(chē)自動(dòng)按預(yù)先設(shè)定的軌跡行走，從而在柔性制造系統(tǒng)中自 動(dòng)運(yùn)送工件。 本課題的設(shè)計(jì)有待進(jìn)一步的改進(jìn)：在硬件方面，增加位置檢測(cè)傳感器形成閉環(huán)控制系 統(tǒng)；在軟件方面，開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件有利于隨意改變小車(chē)的運(yùn)動(dòng)軌跡。AGV的發(fā)展會(huì)向著智能 化方向前進(jìn)。 參考文獻(xiàn)（References） 1孔令中現(xiàn)代物流設(shè)備設(shè)計(jì)與