AGV自动导引小车的设计【3张CAD图纸和说明书】

摘 要

AGV即自动导引小车，它集声、光、电、计算机技术于一体，综合了当今科技领域先进的理论和应用技术。广泛应用在柔性制造系统和自动化工厂中，具有运输效率高、节能、工作可靠、能实现柔性运输等许多优点，极大的提高生产自动化程度和生产效率。
本文在分析研究国内外AGV现状与发展的基础上，设计了两后轮独立驱动的自动导引小车，其主要工作内容包括：小车机械传动设计、直流伺服电机的选择、AT89C51单片机控制系统硬件电路、运动学分析、控制系统软件设计及圆弧插补程序。所设计的小车能够实现自主运行、运动轨迹（圆弧、直线）的控制等功能，达到了沿着设定的路线行驶。

关键词：自动导引小车，单片机控制，设计，PWM技术

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        录

摘 要 I           
Abstract II
第一章 绪论 1           
  1.1 AGV自动导引小车简介 1
  1.2 AGV自动导引小车的分类 1
  1.3 AGV小车充电保护装置……………………………………………………    1
  1.4国内外研究现状及发展趋势 2
第二章 机械部分设计 3
2.1设计任务 3
2.2确定机械传动方案 3
2.3直流伺服电动机的选择 4
2.4联轴器的设计 7
2.5蜗杆传动设计………………………………………………………………   8
  2.6轴的设计………………………………………………………………………11
  2.7滚动轴承选择计算……………………………………………………………18
第三章 控制系统的设计   23
3.1 控制系统总体方案 23
3.2 鉴向 24
3.3 计数的扩展 25
3.4 中断的扩展 26
3.5 数摸转换器的选择 27
3.6 电机驱动芯片选择 29
3.7 运动学分析 33              
3.8 控制软件的设计 34

第四章 AGV运行环境的安全防护措施…………………………… 42
结论 43
致谢 44
参考文献（References） 45              

第一章 绪论

1.1 AGV自动导引小车简介
AGV(Automatic Guided Vehicle),即自动导引车，是一种物料搬运设备，是能在一位置自动进行货物的装载，自动行走到另一位置，自动完成货物的卸载的全自动运输装置。AGV是以电池为动力源的一种自动操纵的工业车辆。装卸搬运是物流的功能要素之一，在物流系统中发生的频率很高，占据物流费用的重要部分。因此，运输工具得到了很大的发展，其中AGV的使用场合最广泛，发展十分迅速。
1.2 AGV自动导引小车的分类
自动导引小车分为有轨和无轨两种。
所谓有轨是指有地面或空间的机械式导向轨道。地面有轨小车结构牢固，承载力大，造价低廉，技术成熟，可靠性好，定位精度高。地面有轨小车多采用直线或环线双向运行，广泛应用于中小规模的箱体类工件FMS中。高架有轨小车（空间导轨）相对于地面有轨小车，车间利用率高，结构紧凑，速度高，有利于把人和输送装置的活动范围分开，安全性好，但承载力小。高架有轨小车较多地用于回转体工件或刀具的输送，以及有人工介人的工件安装和产品装配的输送系统中。有轨小车由于需要机械式导轨，其系统的变更性、扩展性和灵活性不够理想。
无轨小车是一种利用微机控制的，能按照一定的程序自动沿规定的引导路径行驶，并具有停车选择装置、安全保护装置以及各种移载装置的输送小车。无轨小车按引导方式和控制方法的分为有径引导方式和无径引导自主导向方式。有径引导方式是指在地面上铺设导线、磁带或反光带制定小车的路径，小车通过电磁信号或光信号检测出自己的所在位置，通过自动修正而保证沿指定路径行驶。无径引导自主导向方式中，地图导向方式是在无轨小车的计算机中预存距离表（地图），通过与测距法所得的方位信息比较，小车自动算出从某一参考点出发到目的点的行驶方向。这种引导方式非常灵活，但精度低。
1.3 AGV小车充电保护装置
AGV结构设计的又一难点是其动力源装置的设计。动力源的功率大小直接影响AGV的功用，而动力源的体积大小将直接影响整车的体积及外观造型。
蓄电池被选作为AGV动力源。铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、镍锌蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子蓄电池等可供选用，需要考虑的因素除了功率大小、安时数多少、功率重量比、体积大小等外，最关键的因素换需考虑充电时间的长短和维护的容易性。快速充电为大电流充电，一般为专业的充电装备，其本身必须有充电限制装置和安全保护装置。
充电装置在小车上的布置方式有多种，一般有地面电靴式、壁挂式等。在设计过程中，必须结合AGV的运行状况，综合考虑其在运行状态下，可能产生的短路等因素，从而考虑设置AGV的安全保护装置。
1.4国内外研究现状及发展趋势
AGV是伴随着柔性加工系统、柔性装配系统、计算机集成制造系统、自动化立体仓库而产生并发展起来的。日本人认为1981年是柔性加工系统元年，这样计算AGV大规模应用的历史也只有15至20年。但是，其发展速度是非常快的。1981年美国通用公司开始使用AGV，1985年AGV保有量500台，1987年AGV保有量3000台。资料表明欧洲40%的AGV用于汽车工业，日本15%的AGV用于汽车工业，也就是说AGV在其他行业也有广泛的应用。
目前国内总体看AGV的应用刚刚开始，相当于国外80年代初的水平。但从应用的行业分析，分布面非常广阔，有汽车工业，飞机制造业，家用电器行业，烟草行业，机械加工，仓库，邮电部门等。这说明AGV有一个潜在的广阔市场。
AGV从技术的发展看，主要是从国家线路向可调整线路；从简单车载单元控制向复杂系统计算机控制；从原始的段点定期通讯到先进的实时通讯等方向发展；从落后的现场控制到先进的远程图形监控；从领域的发展看，主要是从较为集中的机械制造、加工、装配生产线向广泛的各行业自动化生产，物料搬运，物品仓储，商品配送等行业发展。

第二章 机械部分设计

2.1设计任务
设计一台自动导引小车AGV，可以在水平面上按照预先设定的轨迹行驶。本设计采用AT89C51单片机作为控制系统来控制小车的行驶，从而实现小车的左、右转弯，直走，倒退，停止功能。
其设计参数如下：
自动导引小车的长度：500mm
自动导引小车的宽度：300mm
自动导引小车的行驶速度：100mm/s
2.2确定机械传动方案
方案一：采用三轮布置结构。直流伺服电动机经过减速器和差速器，通过两半轴将动力传递到两后轮。自动导引小车的转向由转向机构驱动前面的一个万向轮转向。传动系统如图2-1所示。