毕业设计（论文）-基于差速运动控制的自动牵引车设计.doc

本科毕业设计2011届毕业设计题 目 专业班级 学 号 1101110102 学生姓名 指导教师 指导教师职称 讲 师 学院名称 完成日期： 2015年 6月 6日I基于差速运动控制的自动牵引车设计（60+60+60）study on the calculation method of thin-walled steel box girder 学生姓名 戴枫禹 指导教师 余浩延 摘 要在现代科学技术的发展中，电子化、信息化、网络化和智能化已成为车辆以后发展的动向。自动牵引车是该发展动向的完美表现。工业自动化小车(自动牵引车)越来越广泛的应用于工业生产实践中，由于它的高自动智能化，使工厂既节约了人工成本和生产成本，又提高了生产效率和生产周期。本文通过对自动牵引车的差速运动控制的介绍和分析，让我们对差速运动过程有所了解，为自动驾驶车辆的深入研究奠定了基础。解析了自动牵引车的运动系统的组成和工作原理，并对运动系统内部结构做出系统分析，以此进行控制分析。本文主要研究的是分析自动牵引车小车运动过程的整体性能。在不断的分析中，对运动性能进行改进，为牵引车的进步做出实质性的进展。关键词：自动牵引车，运动性能，运动系统Abstract In the development of modern science and technology, the electronic, information technology, networking and intelligent has become a trend in the future development of the vehicle. Unmanned guided vehicles are the perfect performance of the development trends. Industrial Automation trolley (自动牵引车) is widely used in industrial production practice, due to its high automatic intelligent，so that the factory saves labor costs and production costs and improve production efficiency and production cycle. This paper introduces and analyzes of the 自动牵引车 braking system, let us have understanding for the braking process, unmanned vehicles for further research foundation. Parsing the composition and working principle of automatic guided vehicle braking system, brake system and make the system analysis of internal structure in order to brake the analysis. This paper study was to analyze the overall performance of the car 自动牵引车 braking process. In the ongoing analysis of the braking performance is improved to make substantial progress in the advancement of car navigationKeywords:自动牵引车（Automatic Guided Vehicle）,motion performance, braking system目 录摘 要IAbstractII目 录III第一章 绪论11.1 引言11.2 自动牵引车的发展概况21.2.1国内的研究状况21.2.2 国外发展现状41.3 课题研究意义及目的41.4 课题研究主要内容5第二章 自动牵引车的工作原理72.1运动系统整车工作原理72.2运动系统工作原理8第三章 运动系统的组成103.1电动推杆103.2运动踏板和真空助力器113.3运动主缸123.4运动轮缸13第四章 运动系统分析144.1运动结构分析144.2运动器的设计17第五章 总结与展望204.1全文总结204.2研究展望20参考文献22致 谢23附录一 文献摘要24VI第一章 绪论1.1 引言自动牵引车(Automated Guided Vehicles)又被称为自动搬运车，最早运用于上个世纪五十年代,具有自动化、智能化的特点，常用于智能牵引的搬运设备，是一种智能机器人系统；自动牵引车的工作过程是沿着预先制定的路径行驶，是现代物流工业自动化系统如计算机集成制造系统、自动输送系统、自动化仓储系统中的重要设备之一。自动牵引车的重要特点的包括灵活性、智能化、自动化等，可以根据生产应用来重新设定系统，以达到生产实践过程中的柔性化运输控制。自动牵引车与传统的人工、半人工的工业制造和工程实践方式相比较,自动牵引车系统减轻了人工劳动的强度,降低了工业生产危险,提高了工业生产效率,在各行业中均展现了非常重要的作用和地位。为了加强自动牵引车在工业生产中更广泛的应用,本文中追溯了自动牵引车的发展历史,介绍了自动牵引车系统的工作原理和应用领域,讲解了自动牵引车的重要技术及最新研究成果，让自动牵引车系统在生产过程中得到更广泛的应用，实现自动牵引车的普遍化是一种趋势。自动牵引车在工业生产实践中已得到越来越广泛的运用，因为自动牵引车的高智能化和自动化，让工业生产既节省了人工成本和生产成本，又提升了生产效率和生产周期。自动牵引车在工业物流管理中有着极为突出的地位，本文研究自动牵引车的运动性能和运动系统结构，通过在工业生产实践中的运行和性能观察，分析自动牵引车的运动过程，并剖析自动牵引车的运动系统性能和运动结构，在理论分析中结合实际运行情况总结在正常工作环境下的运行情况，自动牵引车把电池作为动力来源,系统内含有智能化导向装置和自动化寻址系统的自动驾驶自动化搬运车辆,系统内的传感器具有感知环境变化和自身运行状态的功能，可以在有障碍物的复杂情况中到达目标的自主运行功能。自动牵引车的具有按照工作自主编程，在特殊情况自主选择停车，能够自我保护自我控制选择的功能，并且在计算机控制下,按照预先设定指令自主智能行驶驶，自动在预先设定的牵引路径上行驶,到达要求的目的地点,完成一系列工作作业目的。在当今发达的科技下，各种智能化产品不断应运而生，自动牵引车小车也在不断更新换代，取得越来越重要的作用，有些自动牵引车正向着智能机器人改装，在货物的搬运方面也取得了一定的成就，激光技术也用于自动导引车，制造业中业装配了全自动生产线，自动牵引车的创新技术正在不断发展壮大。使柔性生产线变得更加智能化和自动化,自动化物流运输系统的开发及运用,不仅大幅度地提高了生产自动化制造程度，也大大提高了生产成本和生产效率1。现在人们更加注重现代化生产制造观念,在保障效益的基础上对生产线制造运行、物流系统的柔性化要求变得越来越高。在产品的更新换代、多种类型产品混合制造运行、增加产品产量、重新分解组合生产线等方面，极大的运用自动牵引车制造运输性能，它不仅体现现代化工业制造水平迅速发展的趋势,更主要是体现由自动牵引车本身所具有的完美高效性能。本文中主要分析自动牵引车的运动系统结构，解析自动牵引车运动系统，建立自动牵引车运动系统的数学模型。在运动学理论的支持下，对生产过程中的自动牵引车运行性能进行观察和理论分析，并在理论分析的基础上回归到现实对象中来，解析自动牵引车制造系统的系统结构和运行情况。1.2 自动牵引车的发展概况世界上的第一台自动牵引车是United States of America巴雷特公司在上个世纪50年代研究成功的。它是在一辆牵引式拖拉机基础上研发而成的,是在一间杂货仓库中沿着布置在空中的导线运输货物2。从上个世纪五十年代末到六十年代初期,在工厂和仓库已经有各种类型的牵引式自动牵引车被运用于运输货物和产品。在各国中大约有两万多台各种各样的自动牵引车运行在每个角落的仓库中。海尔集团在十年前在工业制造中运用空间物流存储设备，使用接近10台自动牵引车小车组成了一个室内物流搬运设备，日工作量过两万的累积量出入库货物和零部件的搬运任务。自动牵引车的前期作用主要是自动拖货车。直到上个世纪70年代中期,负载自动牵引车(又称自动搬运车)的开发和运用使得自动牵引车产业第一次有了极大的发展。负载自动牵引车在工厂中可以为物料处理方面提供多功能的服务，例如工厂里的工作站台、存储设备、传送设备、分类管理设备,以及控制系统和信息系统之间的连接等。在现代制造业中已经有很多厂家的几百种负载自动牵引车系统运行于仓库、交通站、工厂、超市、作坊、医院以及其它各种领域3。1.2.1国内的研究状况我国的自动牵引车行业起步较晚，在许多技术领域远远落后于其它发达国家。从上个世纪八十年代国防科技大学率先投入自动驾驶牵引车行业，并投入精力学习研究。在无数学子花了近10年的努力下，于1989年国防科技大学开发出我国第一辆自动驾驶小车，这辆自动智能车尺寸很小，车身长1m、宽0.6m，重量大约175kg，该小车有3个轮子行驶，其中一个前轮负责导向作用，两个后轮用于驱动行驶。这种小车虽然尺寸小，但是它带有自动行驶系统、自动转向系统、传感器系统、牵引系统及巡航控制系统等，让自主行驶变成现实。1992年，国防科技大学再次对自动驾驶车的技术进行改进创新，成功改造出自动驾驶汽车，这是我国第一辆货真价实的自动驾驶汽车。然而，这辆车的主控单元、自动控制系统以及行驶所需的各类传感器等设备并没有被安装在该车上，而是安装在另一辆车，这样这辆自动驾驶汽车既能通过驾驶员操纵行驶，又能够通过安装的自动控制系统自动行驶。在2000年6月，国防科技大学研制出中国第4代自动驾驶汽车并试验成功，它的最高车速可达76km/h，是我国最快的自动驾驶小车速度4。我国首辆城市自动驾驶汽车在上海研制并试验成功，它象征着城市交通的自动驾驶技术项目获得了阶段性的成功，此成果是由中国和国外发达国家的研究人员一起开发的。自动驾驶是在五个功能的基础上来实现的。视觉系统：在自动驾驶车车身前部安装有俯视摄像头，通过俯视摄像头可以迅速准确的定位马路上的白线，让汽车在正确要求的路线上行驶。听觉系统：在自动驾驶车上的车身侧面装有声音传感器，它可以感应道路上的各种声音，并将声音传给小车系统。嗅觉系统：在自动驾驶车车身顶部装有激光雷达，它可以感应汽车百米以内的的路人、汽车和各种障碍物，让小车更好的行驶。触觉系统：在自动驾驶车底盘前部装有磁传感器，其功能是感应路上有磁性的物体，起到智能牵引的功能，因此为了智能牵引，必须在道路上安装带有磁性的物体。运行系统：运行系统是小车的核心，采用无线技术给小车传达指令，让小车做出该有的效果和目的，汽车的计算机控制系统来辅助其完成功能，它接受各个系统送达的信息进行汇总、分析、处理，让车辆智能的改变速度调整方向来避开障碍物等指令，利用GPS牵引系统，将目标位置提前设定好，自动驾驶车可以根据预定轨迹自动的到达目标位置，起到自动浆砌石的功能。综上所述，目前国内对自动驾驶智能车的研究取得了阶段性的成果，要想取得重大的突破，达到真正意义上的自动驾驶车完成需要的功能，仍然需要我们进行更深层次的开发研究。本文对自动驾驶小车的运动系统进行分析研究，运动系统是小车的核心系统之一，因此研究运动系统可以给智能小车的开发做出实质性的贡献。1.2.2 国外发展现状欧洲发达国家从上个世纪七十年代着手进行自动驾驶车的研究,美国和西方发达国家都比较重视车辆的实际效益和运行状态。其中，美国在自动牵引车领域取得了一些成就，美国在上个世纪八十年代在车辆智能行驶领域有些成果，并提出自主地面车辆计划（ALV），一些著名大学也分别开始研究自动牵引车。美国在自动驾驶车的研究水平已经是世界前列。自主地面车辆(ALV)计划，该自动牵引车有八个轮子，它的的行驶特点是自主缓慢行驶。但由于科学技术不发达，在上个世纪末期各国的科学研究团队开始转移研究重点，开始着手研究民用汽车的智能驾驶功能，并且将问题简单化、人性化。1999年，由美国名校卡耐基梅隆大学（CMU）研制的自动驾驶智能汽车 Navlab-V，以 50-60km/h 的速度来运行自动驾驶车辆5，行驶在全长 5000km 的美国州际高速公路上，以占全长高达 96%的自主控制完成了横穿美国东西部的自动驾驶试验。2007年，德国一家汉堡公司将先进的激光传感技术应用于一辆普通轿车，在车内装有激光摄像机、全球定位仪和智能计算机等先进的计算机技术，并将自动驾驶车取名“LUX”，这辆小车可以娴熟的运用这些技术，将自动驾驶的特点充分体现出来，可以在复杂的城市道路上行驶。它的控制系统是由德国专业技术部门与德国Volkswagen公司联合研发而成的。该车的主要研究目的是将人的视觉处理系统应用于车辆上，使小车可以在高速马路上安全行驶，科学家们应用了许多重要部件，有种车载控制单元起到重要作用，比如高清摄像机，它的作用是检测道路上的行驶线和障碍物，还有传感器，它的作用是检测车子行驶速度和行驶方向。 法国帕斯卡大学与雪铁龙公司联合研制的一种结构比较简单的智能牵引车 Peugeot，这种小车将车身重点尽量减少，为了更好的控制车子运行速度和视觉系统，在车内装有摄像头和速度感性器，它的运行系统是一个DSP芯片，其运行系统是数字处理器来运算处理。由于小车的运算处理能力强、适应能力突出，将小车进行实验室没必要做太大的改装。1.3 课题研究意义及目的自动牵引车在各种物流系统中起到很重要的作用，它节省了人力成本和工作效益，提高了生产的智能化和自动化，对于实现生产的全自动化有着重要的意义。本文主要介绍自动牵引车的整车和运动系统的系统结构和运行性能，在生产实际中观察并在不断地工作运行中发现,可以改变其运动方式观察自动牵引车是否有性能上的变化。自动驾驶车辆控制技术是集车辆工程、计算机技术、自动控制理论、人工智能理论、视觉计算理论、体系结构理论、程序设计技术、机构控制技术、组合牵引技术、传感器技术、通信与信息融合技术、机械设计制造技术等多种理论及技术于一体的多学科、多行业综合技术,该技术不仅有潜力巨大的军用价值,而且也有着广阔的工业和民用市场。它是一个国家计算机科学、模式识别和智能控制技术的发展水平体现,也是衡量一个国家科研实力和工业水平的一个重要标志。自动牵引车的完全智能化一直是科学研究的的热点项目。另外, 当前的机器人技术发展也必将是工业的应用领域，跟它相关的技术也在自动牵引车小车中应用广泛。在现代科学技术的发展中，电子化、信息化、网络化和智能化已成为车辆以后发展的动向。自动牵引车是该发展动向的完美表现。工业自动化小车(自动牵引车)越来越广泛的应用于工业生产实践中，由于它的高自动智能化，使工厂既节约了人工成本和生产成本，又提高了生产效率和生产周期。1.4 课题研究主要内容 小车在各行业中的应用越来越广泛，对其性能研宄是希望在高性能下能够发挥作用。在工业生产自动化的时代下，其智能化、柔性化、信息化等的优点，有代替人工物流的趋势，它的发展也会越来越完善本文研究激光引导后叉式运输小车，采用国际先进激光引导技术和计算机控制技术，小车的伸叉能够伸到落地的欧式托盘下面去存取托盘，具有自动化程度高、体积小、行驶灵活等特点，是一种将光、电、机、计算机、信息工程等高新技术集于一体的自动化搬运车辆。本文在理解整车运行的情况下，对其运动系统进行了改进，并且对其部件进行分析，再跟其他的小车进行对比分析研究。自动牵引车与传统的人工、半人工的工业制造和工程实践方式相比较,自动牵引车系统减轻了人工劳动的强度,降低了工业生产危险,提高了工业生产效率,在各行业中均展现了非常重要的作用和地位。在文献资料中对比自动牵引车小车的整车工作性能和运动系统的工作过程，并且对小车以及它的运动系统的工作原理进行分析，将小车的整车工作方式进行比对，来找出它的优缺点，跟人工、有人车进行比对，分析它在实践中应用的趋势，为今后的研究做出理论上的基础。在不断地工作运行中发现，可以改变运动方式观察是否有性能上的变化。第二章 差速运动自动牵引车的硬件设计2.1 差速运动自动牵引车的设计要求（1）本设计的差速运动自动牵引车主要用于物流园区的货物的运输、搬运装卸、仓储、流通等。（2）分别设计车体框架结构的主框架和副框架两部分，并对升降牵引装置和驱动单元结构进行设计计算。（3）对差速运动控制的实现进行详细设计。2.2 差速运动自动牵引车的设计概述本设计中自动牵引车由车体框架、蓄电池、充电系统、运动定位装置、通信装置、升降牵引装置和运动控制系统等组成。本设计中的自动牵引车，车体框架由主框架和副框架两部分构成，车体主框架从强度和刚度上满足车体运行和加速时的要求，其外壳为5mm的钢板焊接而成，副框架由四个万向轮，两个驱动轮组成，它是自动牵引车的基础部分。车体框架中间安装与运动控制直接有关的部件PLC控制单元，牵引车前面板上安装有启动按钮、4.3寸触摸屏，报警灯，急停开关，通断开关等，车体的前部还安装有防撞触边和障碍物传感器。根据以上所述，并能满足物流园区货物运输、仓储流通的实际任务需要，自动牵引车整体尺寸设计为L1235W520H327（mm）(长宽高)。除车体框架以外的其他系统的安装也直接影响着小车的使用功能和运行情况。差速运动自动牵引车的三维设计图如下：2.3 差速运动自动牵引车的设计参数牵引方式：潜伏牵引式导引方式：磁导航行走方向：前进行走驱动方式：双电机驱动前进速度：最大速度60m/min负载能力：500KG最小转弯半径：700mm直线导引精度：10mm停止精度：10mm驱动电机型号：DC无刷电机 功率200W控制方式：PLC控制蓄电池：DC24V，75AH （2组）2.4 自动牵引车车体框架的设计车体框架是装配自动牵引车其他零部件的主要支撑装置，是自动牵引车的主要部件之一，主要分为主框架和副框架两个部分。主框架为立体型框架结构，用于安装各种控制和通讯设备。副框架则安装四个万向轮、各种传感器和驱动单元，主框架和副框架用可拆卸联接，便于安装和拆卸，车架设计及工艺的合理性直接影响自动牵引车的定位精度，应满足的主要条件如下:(1)车体的强度和刚度必须满足小车承载及运行加速时的要求.(2)尽量降低车体重心，提高整车的抗倾翻能力(3)车体的外廓不应有突出部分，以防止碰撞其他物体2.4.1 主框架的设计本设计中车体主框架由车体、电箱固定板、驱动单元固定板、电池仓、后脚轮安装板、前脚轮安装板、防撞触边安装板、前焊接板、后焊接板等部件组成。所有这些部件都利用“卡扣”的方式拼装到一起，最后将这些部件统一固定到焊接夹具上后，焊接成型。这里我们制作主框架的材料均为5mm厚度的钢板，保证了车体主框架的强度和刚度。车体的中央圆孔用于固定升降牵引装置，电箱固定板上的圆孔安装艾智威AWS-24AF喇叭，侧边用于放置整个自动牵引车的电箱，位于主框架中下部的驱动单元固定板是用于固定牵引车的驱动单元的，电池仓安装两个DC24V，75AH蓄电池，后脚轮安装板安装两个3寸万向轮，防撞触边安装板安装防撞触边，而前焊接板上主要装有控制面板模块等，两块前脚轮安装板上分别装有两个3寸万向轮。图 主框架尺寸外形图2.4.2 副框架的设计车体副框架主要包括驱动单元，四个万向轮、蓄电池和障碍物传感器。（1）万向轮的设计选型万向轮选用3寸聚氨酯脚轮，一共四个，分别安装在两块前脚轮安装板和后脚轮安装板上。万向轮参数：材质： 轮面聚氨脂轮子直径：75MM轮宽：38MM安装高度：111MM底板尺寸：101*82MM板厚：5MM厚度中心孔距：76*56MM安装孔径：最大可穿M10螺丝（2）蓄电池的设计选型蓄电池选用DC24V 75AH霍克电池，蓄电池外形尺寸为L329W172H221（mm）(长宽高)，两个蓄电池通过蓄电池托盘固定到车体主框架上的电池仓内。（3） 障碍物传感器的设计选型障碍物传感器选用PBS传感器，型号PBS-03JN-CE，调整障碍物传感器的检测区域范围时，使用专用软件从计算机输入数据。障碍物传感器参数如下表：供电电压24VDC（18-30VDC）供电电流250mA (100mA, 照明关闭），除I/O端子电流和冲流（500mA）激光光源红外线LED监测对象和范围300300mm白纸（与传感器发射表面平行）；0.2 to 3m2m（原点是扫描中心位置），扫描角度1802种扫描模式每个区域可单独设置输出输出光电耦合/NPN开集电极输出（30VDC 4mA），可用于设置监测区域监测区域设置监测区域转换：通过输入1, 2, 3, 4来设定区域；发射停止：输入1, 2, 3, 4同时为ON；输出响应时间180msec (扫描速度 1 rev./100m sec)；输入响应时间周期：1个扫描时间（100msec）指示灯电源（绿）：故障时闪烁；输出1,2,3（黄）：灯亮表示监测到物体连接线长1m环境照明卤素/汞灯：10,000lx, 日光灯：6,000lx环境温湿度-10 to +50 degrees C, 85%RH（无凝露）振动双振幅1.5mm 10 to 55Hz, 每轴2个小时冲击490m/s2, 10次, X, Y, Z方向防护等级IP64(IEC 标准)寿命5 years（电动机寿命）材料前面： Polycarbonate, 后面：ABS重量约500g（4）驱动单元的设计本设计中的驱动单元由驱动单元外壳、直线轴承、锁紧螺母、悬挂立轴、缓冲弹簧、车架连接板、车架固定板、驱动轮轴、驱动轮挡片、驱动轮、直流无刷电机、车桥连接座盖板、车桥连接座、磁导航传感器、磁导航传感器固定板等部件组成。其中，驱动单元外壳为中空的长方形框体，两个直流无刷电机并排固定在外壳的长边内侧，车桥连接座与两个直流无刷电机的侧面固定，车桥连接座顶端与车桥连接座盖板固定，直线轴承与车桥连接座固定且固定位置与悬挂立轴与车桥连接座的固定位置对应 ；驱动单元的减震系统包括 ：锁紧螺母、悬挂立轴、车架连接板、车架固定板、直线轴承和缓冲弹簧 ；其中，悬挂立轴位于直线轴承的中孔中，悬挂立轴的顶部和底部分别与锁紧螺母和车桥连接座固定 ；悬挂立轴和车桥连接座的底端设置有与下插销配合的插销孔 ；而缓冲弹簧则被用锁紧螺母压缩安装于车架固定板和车架连接板之间，实现整个驱动单元的减震功能。在本设计中，这种驱动单元的结构高度低，且减震采用减震弹簧设计，其具有水平减震的作用，具有减震效果好的优点。2.5 升降牵引装置的设计自动牵引车按照货物的输送方式可分为潜伏式、背负式等。潜伏式自动牵引车需要运动到料车下方，通过升降牵引装置将自动牵引车与料车连接到一起，从而将自身的运动传递给料车，带动料车一起运动。潜伏式自动牵引车本身不能运送货物，需要通过移动装有货物的料车来实现运送货物的功能。升降牵引装置位于自动牵引车车体中间顶部。升降牵引装置为一个可升降的金属杆，当升降杆升起时，升降杆可以进入料车上的挂钩头，从而将自动牵引车和料车连接在一起，自动牵引车可以拖动料车运行。当升降杆降下时，升降杆离开料车上的挂钩头，从而将自动牵引车和料车分离开，自动牵引车独立运行。本设计中的升降牵引装置包括外壳、直流电机、升降杆、升降板、无油衬套、凸轮组件、压簧、弹簧固定轴、导向条和顶部安装板，升降牵引装置通过顶部安装板固定到自动牵引车车体主框架上，直流电机固定安装在外壳的外侧壁上，弹簧固定轴竖直安装焊接在外壳体内，外壳的内顶面上固定有无油衬套，无油衬套与弹簧固定轴同轴，升降杆套装于无油衬套内，升降杆的下端固定有升降板，升降板位于无油衬套的下方，升降杆的下端沿轴向开有弹簧容纳腔，弹簧固定轴上套装有压簧，压簧的下端固定在外壳的内底面上，上端固定在弹簧容纳腔内，直流电机的输出端安装有凸轮组件，凸轮组件压紧于升降板的上表面上，外壳的内壁上还设置有上限位开关和下限位开关，上限位开关位于直流电机的输出端上方，下限位开关位于直流电机的输出端下方，凸轮组件能够随着直流电机的输出端旋转，并能触发上限位开关或下限位开关。外壳的右内壁上还设置有竖直的导向条，升降板与导向条滑动配合。 升降牵引装置设计参数：升降杆直径：35mm；电机参数：DC24V直流永磁电机 功率30W 最大转速2500r/min工作电压：9-30V；逻辑电平：高电平3.3-30V,低电平0V；牵引力：500KG；升降范围：0-50mm；升降保护：升降限位开关保护，防止电机烧坏升降速度：速度25mm/s；工作湿度：1090% RH；工作温度：-25+85；防护等级：IP-67;外壳材质：普通碳钢我们这里需要对升降牵引装置中的关键零件升降杆进行应力和变形量分析，判断其结构的可行性和可靠性。将升降牵引装置中其中无关零件剔除，只对升降杆进行有限元分析。由之前自动牵引车的设计参数得到负载能力为500KG，取料车与地面之间的滚动摩擦系数为0.2， 计算得到料车与地面在输送过程中的滚动摩擦力f=0.2*500*10=1000N，可知作用于升降杆上的牵引力为1000N。下图为升降杆的应力分布图，从图中可以看到应力最大值位于和无油衬套接触的根部位置。升降杆材质选用Q235，在常温条件下，许用应力=235MPa,从应力分布图中可以看到应力最大值为13151958Pa13.15MPa235MPa。同理我们从整体变形量分布图中可以看到变形量最大值为2.370e-3mm， 综上所述，说明升降杆的强度满足使用要求。应力分布图整体变形量分布图2.6 磁条的设置要求自动牵引车的行驶路线，请确保通道宽度为约1m。粘贴磁条时，应靠近行驶路线的中心。请按照以下顺序进行设置。（1）首先，请确定行驶路线。为防止自动牵引车稍许左右移动时也不会发生碰撞，宽度应保持余量。（2）请确认行驶路线上没有极端凹凸。如果存在极端凹凸，请平整为平坦路面。注意：凹槽与地面的绝对高度不超过10mm。（3）请确认行驶路线的坡度不超过2。注意：自动牵引车爬坡能力不超过2。（4）请仔细清扫行驶路线。请扫除和清洁砂土尘埃、油腻部分。（5）在行驶路线的中心划线，作为粘贴磁条时的大致标准，为了使自动牵引车运行时保持稳定，轨道的半径应尽量大。（6）粘贴磁条，沿着线条用布从起始处开始依次固定，防止空气进入磁条和路面之间。贴转弯轨道时，一边拉紧一边弯曲，防止磁条断裂。第三章 差速运动控制的程序设计3.1 差速运动控制概述自动牵引车的运行路线图由行走路线，停止工位和转弯标识组成，磁导航传感器一般配合磁条、磁钉或电缆使用，不管是磁条、磁钉还是电缆，都是为了预先定义自动牵引车自主导航设备的行进路线、停止工位或者其它动作区域。根据使用方式，我们将磁导航分为两种类型：地标传感器和磁导航传感器。地标传感器和多点位的磁导航传感器相互配合，构成完整的磁导航感知系统。磁导航传感器安装在自动牵引车的正下方中轴线位置，两侧是地标传感器。如果自动牵引车沿着磁条行进，磁导航传感器应该位于磁条正上方。当磁导航传感器检测到磁条不在传感器的正下方，而是偏左或者偏右，自动牵引车就可以通过左转或者右转进行前进方向调整，直到传感器检测到磁条位于传感器的正下方为止。地标传感器用于检测除了磁条导引线之外的其它特定标志，比如转弯标志、岔道标志、出站标志等等。磁导航传感器和两侧地标传感器安装位置如下图所示：磁条在周围产生磁场，越靠近磁条磁场强度越大。磁导航传感器正上方多个探测点所在位置的磁场最大，其它探测点所在位置的磁场强度相对较弱，特别是远离磁条的探测点所在位置的磁场强度几乎为零。磁导航传感器由此获得磁条的磁场分布，从而确定磁条在磁导航传感器的位置。 自动牵引车差速运动控制系统根据这个信息， 就能够确定它的行进方向是否偏离预定航线。3.2 磁导航传感器设计选型磁导航传感器选型：地标传感器MA02和磁导航传感器MA16MA02和MA16带NPN数字量输出和RS485串口输出磁导航传感器MA16用于自动牵引车路径识别用，地标传感器用于检测除了磁条导引线之外的其它特定标志，比如转弯标志、岔道标志、出站标志。上图是一种典型的自动牵引车导引线铺设方式。黑色部分是用于引导自动牵引的磁条，自动牵引车根据磁条来确定行进路线；蓝色方块是 N 极磁条，作为交叉路，告知 自动牵引车 到了交叉路口，需要根据预定的策略决定行进方向；绿色方块是 S 极磁条，作为转弯标志，提示自动牵引车即将进入弯道以及弯道的方向。 黑色磁带交叉位置为停止位，当多个传感器有反馈时，小车工位加一，正常情况为传感器反馈点为4个，停止位为7个。 3.3 差速运动控制的方式自动牵引车的运动控制为差速运动控制，以控制两个驱动轮不同的运转速度来控制牵引车的运行方向。 牵引车驱动轮运行的速度准备用以下两种方案相结合的方式来控制： 1、PID控制，以牵引车在磁带导航正中为PID的给定值，以磁导航传感器检测到的数据为PID的反馈值，分别控制两个驱动轮的速度。 2、以磁导航传感器反馈的数据分不同情况设置两个驱动轮的速度，根据不同情况驱动轮以不同的速度运行。 3.4 差速运动控制的实现及PLC程序设计1、实现自动牵引车能绕着圆圈做循环运行，测试差速控制方式、用西门子PLC-200符合控制要求（程序的大小、程序的扫描周期）2、实现自动牵引车绕着圆圈做循环运行，在固定位置停止，测量停止精度和方向精度3、实现自动牵引车在交叉口做转弯测试（交叉口为两个分叉口）差速运动控制逻辑编程如下图所示：第四章 总结与展望4.1全文总结 自动牵引车在工业制造和交通领域的应用十分广泛，而运动系统的自动化控制我们研究的主要核心部分，虽然现在我国的自动牵引车运动控制系统的精确度、延迟和响应时间方面存在着一定的缺陷，但是我们会在这方面会做大量的科学研究。在自动牵引车的研究领域中，必须改进它的运动控制精度、缩短延迟和响应时间等。本文对自动牵引车在运动学中的问题做出了分析,通过 对自动牵引车小车的运动系统分析和结构分析，在分析的同时将运动中的问题应用于对自动牵引车问题的研究中，对小车进行运动学分析，并参考运动学的影响因素也做了一些说明。本文对运动部件进行了分析介绍。自动牵引车的最终目的是在道路上行驶，所以自动牵引车必须能在道路上行驶，起到自动智能行驶的作用。自动驾驶智能车拥有特有的视觉系统和听觉系统，通过这些感官来感应道路上的行驶状况和障碍物。自动牵引车的运动系统的作用是在行驶过程中遇到车速调节以及驻车停车完成运动过程。运动系统由其它5个小系统组成，分别还是供能系统、控制系统、传动系统、运动力调节系统、报警系统等，在运动分析和性能分析的基础上为改善运动性能。小车在各行业中的应用越来越广泛，对其性能研宄是希望在高性能下能够发挥作用。 在工业生产自动化的时代下，其智能化、柔性化、信息化等的优点，有代替人工物流的趋势，它的发展也会越来越完善本文研究激光引导后叉式运输小车， 采用国际先进激光引导技术和计算机控制技术，小车的伸叉能够伸到落地的欧式托盘下面去存取托盘，具有自动化程度高、体积小、行驶灵活等特点， 是一种将光、电、机、计算机、信息工程等高新技术集于一体的自动化搬运车辆。 在电子智能信息化是未来车辆的发展趋势,为实现车辆驾驶的自动化,在查阅国内外文献的基础上,围绕自动驾驶车辆的控制方式开展工作。4.2研究展望本文研究了自动牵引车小车运动的基本规律,在前辈实验成果基础上通过理论的系统分析,对自动牵引车运动系统进行改进。为了使小车在工作中有更能体现智能化价值，必须对其驱动部作出分析。另外，直流电动机和交流电动机在选择上也得做出更深层级的研究，,影响运动的因素还很多,需要完全考虑清楚。在运动部分,对运动时间、运动距离进行了理论结构分析,也存在热因素的影响,运动器发热太大可能会将运动器损坏,影响它的使用寿命。这一问题可展开系统的研究。自动牵引车有很高的智能化、集成化、信息化,我们吧它应用于工业生产中各个领域，提高了生产效率和生产成本。因此必须对自动牵引车做出更高的要求,对它的这东东控制精度问题应该有更加严格的控制。现在我国自动驾驶智能车的研究还处于起步阶段，技术还不够成熟，距离大批量生产还有一定的距离，一些关键性技术问题亟待解决。我国的自动牵引车行业起步较晚，在许多技术领域远远落后于其它发达国家。技术仍在发展中, 随着现代高科技的进步, 自动牵引车的性能与功能都将不断得到提高。自动牵引车系统技术优势鲜明出众, 它更加适合我们的工业领域和人工产业, 在世界的各个领域都得到了很好的应用。自动牵引车在工业生产实践中已得到越来越广泛的运用，因为自动牵引车的高智能化和自动化，让工业生产既节省了人工成本和生产成本，又提升了生产效率和生产周期，自动牵引车在工业物流管理中有着极为突出的地位。目前国内对自动驾驶智能车的研究取得了阶段性的成果，要想取得重大的突破，达到真正意义上的自动驾驶车完成需要的功能，仍然需要我们进行更深层次的开发研究。本文对自动驾驶小车的运动系统进行分析研究，运动系统是小车的核心系统之一，因此研究运动系统可以给智能小车的开发做出实质性的贡献。自动牵引车的完全智能化一直是科学研究的的热点项目。另外, 当前的机器人技术发展也必将是工业的应用领域，跟它相关的技术也在自动牵引车小车中应用广泛。智能机器人技术在智能化牵引与定位、运动控制和路径规划等，也在自动牵引车技术中得到了应用，它们改善了自动牵引车在专业技能，综合技能得到了广泛的提升。参考文献1韩腾，樊瑜瑾，李浙坤，赵培林，王俊杰等.基于PLC控制的自动牵引车运动系统研究J. 昆明理工大学学报，2003,（15）:11-17.2张辰贝西，黄志球等.自动牵引车(自动牵引车)发展综述J.中国制造业信息化,2010,39（1）： 23-36.3程军，屈援.车辆自动运动系统的概念及模拟J.机械工程师，1999,(5)：14-154韩腾.自动牵引车驱动与运动性能分析研究.硕士学位论文,昆明理工大学,20145邱钊鹏.自动驾驶车辆控制方式研究.硕士学位论文.北京工业大学，20096R.G. Kasilingam,S.L.Gobal.Vehicle requirements model for automated guided vehicle systemsJ.The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,1996,12(4): 81-98.7徐生明.奔驰骄车电子智能化运动系统的结构与故障诊断J.汽车维修与保养，2003,8 （3） :14-16.8胡玲凤.汽车运动控制技术新发展及其应用J.潍坊学院学报,2008,6(6):6-7.9许茜.智能引导车（自动牵引车）设计的艺术思考.硕士学位论文.吉林大学.201010肖炎曦.自动驾驶智能车运动控制系统研究. 硕士学位论文，长安大学，201311黄江波.汽车电子运动系统的研究初探J.上海汽车,2007,7(2):48-52.12陆刚.汽车运动控制系统新技术及其未来J.电子技术,2005,5(8):73-82.13Yigit Yazicioglu,Y. Samim Unlusoy.A fuzzy logic controlled Anti-lock Braking System (ABS) for improved braking performance and directional stabilityJ.International Journal of Vehicle Design.International Journal of Vehicle Design,2008,48(2):23-48致 谢 本文是在导师胡国祥教授的悉心指导下完成的,在论文选题、研究和撰写过程中,导师给予了无微不至的关怀和指导,同时在生活上予以多方面的帮助。导师渊博的知识、严谨的治学态度、敏锐的洞察力和宽以待人的品格都深深地影响着我,这些都将使我受益终身。值此论文完成之际,学生谨向敬爱的导师表示最深的谢意! 感谢胡国祥教授和机电院的其他各位老师在论文开题以及课题研究过程中所给予的宝贵的意见和帮助。感谢班级其他同学,是他们在一起所营造的优良氛围,使我得以安心从事自己的工作。 感谢家人,是他们在物质和精神上对我的大力帮助和支持使得本文得以顺利完成。 罗杰 2015年5月 20 日附录一 文献摘要1、题 目：自动牵引车(自动牵引车)发展综述作 者：张辰贝西，黄志球，南京航空航天大学信息科学与技术学院出 处：中国制造业信息化2010年01期关键字：自动牵引车；发展；综述摘 要：追溯了自动牵引车的发展历史,介绍了自动牵引车的工作原理和应用领域,论述了自动牵引车的关键技术及最新技术成果,为自动牵引车的应用提供了参考。 2、题 目：车辆自动运动系统的概念及模拟作 者：程军 屈援 .重型汽车集团技术中心出 处：上海汽车1999年05期关键字：运动系统； 汽车； 模拟摘 要：本文提出了一种车辆自动运动系统的概念,并用模拟型进行了模拟,探讨了技术上的可能性,以此推动这一领域的发展.3、题 目：自动牵引车驱动与运动性能分析研究作 者：韩腾昆明理工大学，机械电子工程，2014，硕士出 处：昆明理工大学TP23关键字：自动牵引车；运动性能；运动曲线; MATLAB;对比实验摘 要：工业自动化小车(自动牵引车)越来越广泛的应用于工业生产实践中,由于它的高智化,使得人们即节省了人工成本,又提高了生产效率。在烟草物流管理中占有非常重要的地位。4、题 目：自动驾驶智能车运动控制系统研究作 者：肖焱曦长安大学，车辆工程，2013，硕士出 处：长安大学U463.5关键字：自动驾驶智能车；运动系统；直流无刷电机；数字信号处理器；摘 要：随着汽车技术的快速发展，车辆控制技术得到长足的进步。运用计算机技术实现汽车智能化成为当今汽车技术发展的重要方向。近年来，国内外的研究机构和企业对自动驾驶智能汽车开展了一系列研究。自动驾驶智能车通过传感器感知周围环境，经过主控计算机分析、计算得出路径规划，最后通过控制转向及速度最终实现自主驾驶。智能车的控制系统分为上层规划系统与底层控制系统，上层规划系统主要完成收集信息、分析规划、发送指令等任务，而底层控制系统则是直接实现对车辆的控制。运动系统作为底层控制系统的一部分，与自动驾驶汽车的安全运行息息相关，因此，设计高稳定性、高可靠性的运动控制系统并对其特性展开研究成为智能汽车研发的重要环节。本文是对自动驾驶智能车底层控制系统中运动系统的研究，首先对于具体方案的选择上，选择通过机械机构控制踏板机构实现对车辆运动的控制，依据该思路，设计了一套以无刷直流电机为动力的执行机构。接着，围绕着运动系统与无刷直流电机提出主缸压力与电机电流双闭环控制理论，依据电机工作原理、控制原理与闭环系统设计，选择了性能优良的电机控制器件与系统反馈器件。然后，设计了以数字处理器为核心、电机为动力输出的运动控制系统，针对控制系统设计硬件和软件，实现通过对电机的控制达到对运动主缸压力控制的目的。最后，建立执行机构数学模型，分析运动系统数学模型非线性性，简化运动系统数学模型，为仿真分析做出准备。利用MATLAB/Simulink对其进行阶跃响应仿真以模拟紧急运动工况，进行斜坡响应仿真以模拟轻微运动工况，仿真结果一致表明该运动控制系统能够满足自动驾驶智能汽车的运动要求。本文对自动驾驶汽车的运动系统的成功开发提出一些阶段性的经验总结，该研究为汽车主动安全、汽车智能运动控制和汽车辅助驾驶等技术领域提供了一些有益尝试，有助于减轻和缓解驾驶员身心疲劳。5、题 目：汽车运动控制系统新技术及其未来作 者：陆刚 东风汽车公司出 处：电子技术2005年05期关键字：运动控制系统；汽车运动；汽车电子技术；液压运动；运动力分配；滑移率；运动踏板；信息处理技术；运动压力；机械运动；摘 要：现代汽车运动控制技术正朝着电子运动控制方向发展。全电运动控制因其大 的优越性,将取代传统的以液压为主的传统运动控制系统。随着其他汽车电子技术特别是超大规模集成电路的发展,电子元件的成本及尺寸不断下降,电子信息处理技术的高速发展,都为汽车运动控制技术的发展起到了推波助澜的作用。6、题 目：一种基于红外光电传感器的自动牵引车系作 者：张辰贝西； 黄志球 南京航空航天大学信息科学与技术学院出 处：机械制造与自动化2011年01期关键字：自动牵引车； 红外光电传感器；结构；控制系统；牵引原理；摘 要：设计一种基于红外光电传感器牵引的工业用自动牵引车系统,介绍自动牵引车的控制系统原理及主要构成部件的特性;论述红外光电传感器的牵引原理;给出自动牵引车的控制电路原理及主要控制流程,并进行试验样机制作与运行验证。7、题 目：汽车电子运动系统的研究初探作 者：黄江波 上海汽车股份有限公司汽车齿轮总厂出 处：上海汽车2007年07期关键字：电子运动； 汽车； 模块化摘 要：介绍了汽车电子运动系统的发展背景及现状,分析了电子运动系统的原理、结构及开发的关键技术,初步提出了该系统原理样机模块化设计的思路,展望了其发展前景。8、题 目：智能引导车（自动牵引车）设计的艺术思考作 者：许茜吉林大学， 设计艺术学， 2010， 硕士出 处：吉林大学TP242关键字：自动牵引车； 艺术； 形态； 人性化；摘 要：自动牵引车作为现代自动化仓储业重要的物流设备,是现代科技发展的缩影,它集机械设计、计算机设计、自动化设计等多项技术于一身,能够实现柔性化生产方式,广泛应用于汽车制造、烟草生产、印刷等行业。但自动牵引车技术日趋先进,人们对它的要求也日趋多样化,不再仅仅满足于它的基本的使用功能,对于它的宜人性、环保性、易用性、安全性等也提出了更高的要求,技术与艺术的结合已成为必然的趋势。而现在的艺术设计理论多应用于消费品行业,自动牵引车作为工业物流设备,艺术领域的介入则明显滞后,导致技术与艺术的明显脱节。鉴于此,本课题旨在分析现有设计的不足之处,找出技术与艺术的结合点和矛盾点,并从艺术角度寻求解决办法。本文首先分析了现有自动牵引车的艺术与技术现状并针对这些现状分析,从艺术角度出发,对形态与功能、结构的统一、安全感塑造、易用性设计方面提出解决建议,最后对这些艺术构想的可行性进行了简要分析。现有的自动牵引车设计研究多集中于技术层面,笔者经多方查找尚未发现自动牵引车艺术设计领域的相关文章,本课题针对这一领域进行了尝试性的研究。9、题 目：汽车运动控制技术新发展及其应用作 者：胡玲凤 潍坊学院出 处：潍坊学院学报2008年06期关键字：汽车； 车辆防抱运动控制系统； 加速防滑控制系统； 电子稳定控制系统； 测控一体化运动控制系统； 线控运动系统；摘 要：基于近年来现代汽车运动控制技术得到了新发展和广泛应用,详细阐述了其中主要的车辆防抱运动控制技术、加速防滑控制技术、电子稳定控制技术、测控一体化运动控制技术和线控运动技术的新发展及其应用;分析评价了这些技术的应用大大提高了汽车的方向稳定性、主动安全性和操控性,为汽车运动控制技术的进一步研究指明了方向。10、题 目：奔驰骄车电子智能化运动系统的结构与故障诊断作 者：徐生明出 处：汽