AGV的機械設計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u20074AGV的機械設計案例 1130741.1AGV的輪系結構分析 1152471.1.1車輪結構 1261591.1.2輪系結構 291471.2減震裝置 3219551.3牽引裝置 4222291.4保護裝置 5185731.5警報裝置 695521.6車體設計 7機械設計是整個AGV設計過程中最開始的部分也是最為基礎的部分。機械機構設計的優(yōu)秀與否將會影響到整個機構的機械性能以及后續(xù)軟件控制和電氣系統(tǒng)的安裝，同時也決定了整個產(chǎn)品的工作性能與使用年限。所以整個機械設計的目標就是要在各種限制條件下，使用有限的資源和預算，做出盡可能滿足性能指標與足夠安全的機械，達到優(yōu)化設計。1.1AGV的輪系結構分析1.1.1車輪結構AGV常用的車輪結構有定向輪、轉向輪、萬向輪和驅動輪，根據(jù)結構的不同起到不同的作用。定向輪：顧名思義定向輪的方式是恒定的，不可改變。其方向和速度與車體的運動方向與速度保持一致，輪子較大相對比較結實，能夠適應各種路況。轉向輪：帶有轉向電機，可以隨意轉變方向，功能是改變AGV的運動方向，速度與車體速度保持一致。如果在轉向電機的基礎上帶有驅動電機，在之前基礎能夠使AGV反向，并提供一定動力。萬向輪：輪子能夠在一個水平面進行360°的旋轉，速度與車速一致，能夠保持車體的平衡狀態(tài)，同時分擔一定的承載重量。驅動輪：具有驅動電機，主要功能使為AGV行駛提供動力，帶動車輪轉動，速度與車速相同。圖2-1舵輪圖2-2萬向輪1.1.2輪系結構根據(jù)不同AGV對于運動轉向方式和驅動方式在各種需求上差異，AGV具有多種不同的底盤輪系結構，大致根據(jù)輪數(shù)的不同，可以分為三輪、四輪、六輪等結構。而三輪較多以單舵輪驅動和差速驅動的方式存在，而四輪和六輪可以使用雙舵輪驅動或者多舵輪驅動。不同的輪系結構會采取不同的驅動方式，也有著三輪、四輪和六輪的區(qū)別，本文著重介紹在使用舵輪情況下的三輪和四輪輪系結構。(b)(c)舵輪（轉向+驅動）2-定向輪3-萬向輪4-舵輪（轉向）5-驅動輪圖1.3舵輪AGV常用的輪系結構型舵輪AGV輪系結構設計使用了單個舵輪和兩個定向輪的三輪結構。該結構選用了驅動轉向型舵輪，具有驅動電機和轉向電機，能夠在AGV小車行駛的過程中提供驅動力和轉向功能，所以將其前置。后方的兩個定向輪能夠保持行駛過程中的平衡，使車身更加穩(wěn)定，被舵輪帶動前進。型舵輪AGV輪系結構設計使用了雙舵輪和萬向輪的四輪結構。該結構的雙舵輪也選用了驅動轉向型舵輪，與之前三輪結構相比，雙舵輪能夠提供充足的驅動力而且控制更加靈活，能夠實現(xiàn)平移旋轉等復雜的運動。萬向輪能夠保證車體的平衡穩(wěn)定，分擔整個車身的重量，完成任意的轉向。型舵輪AGV輪系結構設計使用了單個舵輪加兩個驅動輪的三輪設計。該結構選用了只具有轉向功能的舵輪，并不具備驅動功能。該舵輪為AGV提供了轉向能力，控制車頭前進方向。雙驅動輪對稱排布能夠增強整個體系的平衡，同時為AGV提供驅動能力[16]。本設計在(b)型舵輪AGV輪系結構設計的基礎上作出了一些改進，將原本位于中間部分的兩個萬向輪分別更改到兩個舵輪的一左一右，重心由原本的中間位置分散到前后兩邊，使AGV行駛的更加平穩(wěn)。當AGV接收到轉向的命令時，負責驅動和轉向的舵輪開始改變車身的方式，而跟舵輪位于同一水平線上的萬向輪會比原先位于中間位置的萬向輪反應更加靈敏，從動能力增強，使AGV完成轉向更加迅速，能夠更好的配合舵輪。1.2減震裝置由于整個AGV車體的重量集中分布在舵輪和承重萬向輪上，而且AGV主要的驅動力來源于舵輪的驅動電機，如果在AGV的行駛過程中遇到不平整的道路，缺少減震裝置的舵輪很容易造成懸空使車體重心不穩(wěn)，甚至整個車體不能保持平衡造成翹起或者翻到，所以舵輪需要裝配特定的減震裝備來為舵輪減少因為外部環(huán)境所帶來的震蕩和沖擊，增強AGV的穩(wěn)定性和舵輪的抓力能力。減震裝置主要由舵輪緩沖固定板上的三根鋁合金軸組成，每個鋁合金軸外部有兩根減震彈簧。每根減震彈簧在AGV還沒開始行駛時就處于一定的壓縮狀態(tài)，在不同的地面環(huán)境下，減震彈簧形變的程度會根據(jù)車體重心的偏移發(fā)生改變，導致舵輪帶動車身做出輕微的調整，讓舵輪能夠與地面進行有效接觸防止某個舵輪發(fā)生懸空的情況。減震裝置除了能夠緩解地面平整度帶來的影響之外，在AGV遇到意外情況，例如遇到障礙物需要緊急停車的時候，減震彈簧能夠極大的緩沖由于急停帶來的巨大慣性沖力，再加上鋁合金軸保證了減震彈簧受壓方向都是垂直于車體使得減震彈簧的緩沖能力得到加強。三根鋁合金軸三角形的對稱結構設計，使得舵輪和車體受力方向在減震裝置的重心，減少左右搖晃的可能，提高了整體的穩(wěn)定系數(shù)，同時讓舵輪與地面之間保有極大的抓地力，降低電機的動能因為碰撞而損失的可能性，為AGV提供了足夠的驅動力，增強負載能力[17]。圖2-4舵輪減震裝置1.3牽引裝置AGV在執(zhí)行任務的過程中需要通過牽引裝置來搬運貨物。本文設計的AGV使用升降棒來完成于貨物的連接和分離。升降裝置主要由安裝支架、升降電機、上到位電動開關、下到位電動開關、升降棒構成。升降棒通過安裝支架固定在AGV小車的頂部，升降棒下端有著一圈又一圈的螺紋通過配套的螺孔與AGV車體進行連接。升降電機安裝在升降棒另一側的動力裝置固定板上，受到控制器的控制，能夠控制升降棒進行升降，在需要的時候來拖掛貨架。圖2-5升降棒1.4保護裝置由于AGV內部由許多元器件和硬件電路，為了防止因為電氣故障發(fā)生的意外和事故，在設計的過程中需要加入一定的保護裝置。斷路器是指能夠在正?；芈窏l件下起到電路電流的開斷關合，在異?；芈窢顟B(tài)下，例如電路發(fā)生短路導致電流過大時，斷路器能夠在規(guī)定時間斷開電路，很快就將意外控制在輕微的狀態(tài)，杜絕事態(tài)進一步擴大。本設計選用的是空氣開關，又名空氣斷路器。如果電路中的電流過大超過額定電流，空氣開關會自動斷開，能夠有效降低和杜絕AGV內部發(fā)生的短路、欠電壓或者嚴重過載的可能性，起到保護電路的作用。圖2-6空氣開關1.5警報裝置AGV工作環(huán)境錯綜復雜，難免可能會發(fā)生一些AGV不能夠自主處理的特殊情況時，需要發(fā)出警報通知附近的工作人員來進行人工處理。當AGV在行駛過程中遇到車體側翻、與障礙物發(fā)生碰撞等意外情況導致不能夠按照指令完成任務時，報警燈就會工作發(fā)出紅色的警報，表示車體出現(xiàn)故障，無法正常工作。揚聲器能夠配合報警燈使用，報警燈發(fā)出紅光的同時揚聲器開始工作，發(fā)出警報鈴聲。圖2-7報警燈圖2-8揚聲器1.6車體設計本設計的AGV為雙舵輪萬向潛伏式AGV.潛伏式AGV主要適用于有許多限制的生產(chǎn)環(huán)境，尤其是高度受限。這導致潛伏式AGV不像叉車式的AGV擁有能夠大幅度升降使用貨叉的車身，潛伏式AGV的車身高度十分有限，而且整體呈現(xiàn)為平整長方形。這種類型的構造使得潛伏式AGV能夠在十分狹窄、高度有限的間隙環(huán)境中較高速和靈活的穿梭行駛，平整的車體有效減少了與周遭環(huán)境發(fā)生碰撞的可能性。在滿足對于車體高度的限制下，作為AGV主要的車體部分，同時也需要具有一定的強度和剛度來支撐AGV的承載重量和加速時收到壓力，還需要降低車身的重量來提高AGV工作過程中的靈活程度以及有效承重，提升AGV的性能。車身的重心需要盡量居中以及降低，保證AGV在行駛過程中重心不發(fā)生動蕩，增強平衡性和穩(wěn)定性。為了適應惡劣的工作環(huán)境，車體外部輪廓需要做到平整，不應有凸出部分，防止和其他物體發(fā)生無必要的碰撞。