【电动式场地运输车结构设计12000字】

I电动式场地运输车结构设计目录引言 11场地运输车发展概况及研究现状 12场地运输车总体方案设计 32.1设计任务 32.2电动式场地运输车总体方案设计 32.2.1传动方案设计 32.2.2控制系统方案设计 53场地运输车关键零部件结构设计 63.1直流伺服电动机的选择 63.2联轴器的设计 93.3蜗杆传动设计 103.4.1选择蜗杆的传动类型 103.4.2选择材料 103.4.3蜗杆传动的受力分析 103.4.4按齿根弯曲疲劳强度进行设计 113.4.5蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 123.4.6精度等级公差和表面粗糙度的确定 133.4.7热平衡核算 133.5轴的设计 133.5.1前轮轴的设计 133.5.2后轮轴的设计 153.6滚动轴承选择计算 203.6.1前轮轴上的轴承 203.6.2蜗杆轴上的轴承 213.6.3后轮轴上的轴承 234控制系统的设计 254.1电机控制 254.2计数的扩展 264.3中断的扩展 264.4数摸转换器的选择 284.5电机驱动芯片选择 294.6运动学分析 324.6.1运动学方程 324.6.2转弯半径 334.7控制软件的设计 335总结 41参考文献 42引言场地运输车是一种可以在工厂车间的各个生产线间随意穿梭，连接各生产工序、生产线或物流链的车辆[1]。传统的场地运输车多采用发动机作为动力、以液压驱动，在车间作业过程中，存在噪声大、排气污染、操纵不方便等问题，因此，研究设计适于车间场地使用的电动式场地运输车，对现代厂矿企业提高生产效率，提高生产环境质量具有重要的意义[2]。1场地运输车发展概况及研究现状随着国内外的人工智能自动化立体仓库以及计算机不断智能化制造产业系统使得AGV小车不断发展。目前，AGV自动引导小车的运行轨道主要分为有轨和无轨两类[3]。有轨小车指的事在一定高度的空间或水平地面安装的机械式导轨路线进行小车的运行路线引导[4]，该AGV自动引导小车具有造价低、技术成熟以及具有定位精度高等优势。地面有轨AGV自动引导小车最常见的运行方式主要有直线运行，因为该类AGV小车的特殊性质使得被广泛运用在需要运输中小规模箱体或盘装工件等方面。在高空安装机械式导轨运行的小车简称空间导轨小车，相对水平地面安装机械式的有轨小车具有工厂车间空间使用率高、水平地面占有率低等优势，并且能很好的将人与传输装置的工作范围区间合理分开，但是承载力小、维护以及维修不方便，因此高架小车主要较多用于运送刀具、回转体工件以及需要有人干预安装或装配的系统中。有轨AGV自动引导小车由于需要有机械式的导轨才能正常运行，因此存在灵活性差、变更性不理想等问题，导致使用范围较小。无轨AGV自动引导小车是一种飞机械式导轨引导而是采用微机控制的，在运行过程中具有停车装置以及各种安全保护装置的自动运输小车[5]。无轨AGV自动引导小车按照控制的方式不同分为无径自主引导和有径自动引导两种方式，无径自主引导主要是通过小车中上位机内预存的目标位置的距离表（简称地图），通过感应设备判断运行的方位以及四周是否存在障碍物等，最终小车通过自动测算出从某位置出发能正确运行到目标位置的行驶方向以及运行时间，这种引导模式灵活性高，但是技术要求高、运行的精度低。有径引导方式是指通过在地面铺设反光带、磁条等引导物从而制定小车的运行路径[6]，小车主要通过感光或电磁信号判断运行的位置，并进行方向的自动修复防止偏移引导位从而保证按照预设位置运行，这种引导模式具有一定的灵活性。随着国内外的人工智能自动化立体仓库以及计算机不断智能化制造产业系统使得AGV小车不断发展，而柔性加工产业系统开始于1981年，按照这样计算AGV小车的发展史至今也有近40年，但是在当今时代仍然在不断更新换代[7]。美国通用公司从1981年就开始逐渐研发AGV小车，并逐渐使用AGV小车协助工人完成不同的工作，直到1985年仅仅经过了四年AGV小车的数量就从0台增加到500台，到1987年的时候AGV小车的数量已经达到3000台[8]。据相关资料显示AGV小车在欧洲的汽车制造业中占比率已经达到40%，日本的汽车制造业中使用AGV小车占总数量的15%，这表明在其他的行业中也广泛运用了AGV小车协助人们完成工作[9]。目前国内AGV小车的发展也步入正轨，但是跟其他国家比较还是有很大的差距，但是从国内的行业分析，AGV小车应用范围较广阔，已经涉及到机械加工、智能立体仓库、汽车制造业、物流行业等[10]，这样说明AGV小车在国内还是有很好的市场发展前景，技术方面也有很大发展空间。AGV小车的发展从技术方面看，主要有原来简单装卸运行单元逐渐向自动运行以及装卸的复杂计算机自动控制系统；由以前的国家制定的发展规划线路到目前的可调的发展路线；从落后的运行现场的控制到现在的远程控制以及实时监控；从以前的指定时间段进行定期通讯到现在的实时监测以及实时通讯等方面的发展等[11]。

2场地运输车总体方案设计2.1设计任务按任务书要求本文需要按照表2.1的设计参数，设计一台能自动引导的AGV小车，并且能按照预设先设计的运行路线进行行驶以及满足相关行驶功能。本设计主要是通过使用单片机AT89C51作为AGV小车驱动部分的控制板，并通过程序编写满足停止、运行、前进后退以及转弯功能。表2.1小车设计参数车长度车宽度行驶速度负载小车转弯半径小车最大速度500mm300mm100mm/s≤35kg≥71cm≤10m/s2.2电动式场地运输车总体方案设计一台完整的电动式场地运输车由驱动系统、控制系统、转向系统、传感器、车架、动力系统等组成。本文设计的电动式场地运输车总体方案如图2.1所示[12]。图2.1电动式场地运输车总体方案简图2.2.1传动方案设计AGV自动引导小车按照车轮数量不同分为三轮布置结构和四轮布置结构两种，本文将对两种设计方案进行介绍，并选取适合本课题设计的最佳方案。方案一：AGV自动引导小车的车轮采用三轮布置结构，将采用直流伺服电机提供动力，并经过机械传动机构中的差速器和减速器，将驱动力通过两半轴传递给AGV小车的两后轮，从而满足小车的前进、后退。AGV小车转弯主要是通过小车的转向经过驱动万向轮，从而左右转向功能，方案一的设计如图2.1所示。图2.1三轮AGV小车传动设计方案二：AGV自动引导小车的车轮采用四轮布置结构的设计方式，方案二的四轮布置结构设计是通过的独立驱动差速转向设计，前两轮采用的万向轮设计，通过四个轮的运转能很好使得小车在运行中保持平稳的状态。直流伺服电机提供动力经过减速器直接驱动后轮运动，当后轮的两轮的车速不一致时，便可以实现差速转向功能，从而实现前进、后退、左右转向功能，方案二的传动系统设计如图2.2所示。图2.2四轮AGV小车传动设计方案一的三轮结构的设计与方案二的四轮设计相比在运行中平稳性比较差和承重能力低，并由于方案一三轮结构设计中使用了差速器和转向机械机构，因此运行中会存在机械传动误差大和后期维护难等问题。方案二的四轮结构设计中虽然采用了两套直流伺服电机和蜗轮-蜗杆减速器导致生产成本相对方案一较高很多，但是它具有转向方便灵活、机械传动误差小以及运行稳定性可靠等优点。因此，经过对两种方案的优缺点比较，本文课题的AGV小车设计方案采用方案二。2.2.2控制系统方案设计本设计的AGV自动引导小车的控制运算部分使用的是AT89C51单片机作为控制系统。直流伺服电动机正常运行时，电动机上的数字编码器会发出脉冲信号，并通过自己设计的脉冲鉴向电路便可以得到电动机的旋转方向。AGV自动引导小车整体的设计控制部分主要是先通过AT89C51单片机进行程序运算，并将运算的控制量的结果通过DAC1208转换成模拟量，再通过直流伺服电动机脉宽调制器UC3637模块，最后通过H桥开关放大器来驱动控制部分的直流伺服电动机的运行[13]。AGV自动引导小车的控制系统框架图如图2.3所示：图2.3控制系统的组成框图3场地运输车关键零部件结构设计3.1直流伺服电动机的选择根据AGV小车设计要求的运动参数表2.1可知，AGV小车在进行直线运行时的速度为100mm/s，根据转速计算公式可得出车轮的转速为：（3.1）根据本课题设计实际情况，本文选择的蜗轮-蜗杆的减速比为62，即i=62，根据电机与车轮的传动比关系可知电机的转速：（3.2）根据AGV小车的设计进行如下的受力分析如图3.1所示：图3.1AGV小车车轮受力简图根据图3.1所知小车车架自重为：（3.3）AGV小车的载荷为G：（3.4）建立空间坐标系OXYZ如图3.1所示，列出平衡方程：，，由于AGV小车的前后两轮及两后轮是关于Y轴对称，所以存在，，则可得出如下关系式：（3.5）（3.6）所以解得：，。根据两前后轮的受力情况分析，绘制如图3.2、3.2所示的前后轮受力简图：图3.2前轮受力简图图3.3后轮受力简图图3.2、3.3中µ表示小车在水平地面行驶时，车轮与地面间的摩擦系数；F表示牵引力；W表示重物的重力；D表示滚子直径；ŋ表示传递效率；1/G表示传动装置减速比。根据小车运动条件分析可知，只有当滚动摩阻力偶矩值介于最大值与零之间才能使得小车向前行驶，即：（3.7）（3.8）公式3.8中的δ是滚动摩阻系数，查理论力学表5-2可知，其中δ取值范围为2～10，此处取δ=6mm。根据牵引力公式可知F为：（3.9）根据上述条件可以求换算到电机轴上的负荷力矩（）以及电机轴上的负荷惯性（）值。电机轴上的负荷力矩（）为：（3.10）式中，取=0.7；=157.66；=0.15。电机轴上的负荷惯性（）为：（3.11）根据AGV自动引导小车任务书设计要求以及上述计算可以选择MAXONF2260直流伺服电动机作为本设计动力驱动器，该电动机的JM=1290gcm2，则可知。（3.12）根据公式2.12可得：。而电机的惯量为：（3.13）式中，为伺服电动机转子惯量，通过将上述计算值与直流伺服电动机MAXONF2260的相关参数进行对比，可得出该型号的电动机是满足本文设计要求。AGV自动引导小车的最大空载加速转矩出现在小车由静止的状态瞬间加速到伺服直流电动机的最高转速的时候，在这个时候所输出的转矩是最大输出转矩，即：（3.14）加速时间为：（3.15）式中，机械时间常数。综上所述，选用拓达生产的MAXONF2260直流电机套装。3.2联轴器的设计根据直流伺服电动机MAXONF2260的相关参数可知电动机的直径大小为8mm。由于输出轴有另一端需要同蜗杆轴进行联接，连接部分的轴径大小为12mm，因此该部分的机械结构设计如图3.4所示。图3.4联轴器机构图由图3.4联轴器的机械结构图可知，该机构设计采用的安全联轴器，因此通过剪切强度确定销钉直径d，即：（3.16）图3.4的安全联轴器的销钉材料使用的是45钢，根据理论力学书中的查表5-2可知优质碳素结构钢（GB699-88）45的相关参数：调质≤200mm；=637MPa；=353MPa；=17%；；硬度销钉的许用切应力为：（3.17）过载限制系数k值，理论力学查表14-4，取k=1.6：选用d=5mm满足剪切强度要求。3.3蜗杆传动设计3.4.1选择蜗杆的传动类型蜗杆的传动类型的选择是根据GB/T10085-1988的相关数据进行分析比较，最后选择使用渐开线蜗杆(ZI)机构。3.4.2选择材料根据蜗轮蜗杆的机械设计要求，需要蜗杆的具有较高的耐磨性以及较高的表面硬度，故本文选择的涡轮是使用40Cr材料制作的，而蜗轮选择的事HT200灰铸铁制造，并且通过金属模铸造。3.4.3蜗杆传动的受力分析本课题设计的蜗轮转矩T2值的大小确定，是根据转矩计算公式确定，则：（3.18）式中，效率η为0.7；Z=1。图3.5蜗轮-蜗杆受力分析各力的大小计算为：（3.19）（3.20）（3.21）3.4.4按齿根弯曲疲劳强度进行设计蜗轮与蜗杆进行啮合时，蜗轮轮齿因为弯曲强度不足导致失效，因此在进行蜗轮与蜗杆进行啮合前，对齿根的弯曲疲劳强度设计师很有必要。弯曲疲劳强度条件设计的公式为：（3.22）载荷系数K是由载荷分布不均系数、使用系数以及动载系数三者的乘积确定的。因此，根据系统设计的工作载荷稳定性要求，本课题的设计的转速不高以及不存在较大冲击力，所以载系数KV=1.1；根据查表11-15[4]可知使用系数KA=1.15；载荷分布不均系数Kβ=1，则：（3.23）由表11-8得，蜗轮的基本许用弯曲应力[σF]=48Mpa。假设；3°10'48"，则蜗轮的当量齿数为：（3.24）根据，，从图11-19中可查得齿形系数，螺旋角系数为：（3.25）由表11-2得：表3.2相关参数中心距a模数m分度圆直径d1分度圆导程角γ蜗杆头数z1蜗轮齿数z2直径系数变位系数x250mm1.25mm22.4mm3°11′38″16217.92+蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸(1)蜗杆轴向齿距为：（3.26）齿顶圆直径为：（3.27）齿根圆直径为：（3.28）蜗杆轴向齿厚为：（2.29）(2)蜗轮传动比为：（3.30）蜗轮分度圆直径为：（3.31）蜗轮喉圆直径为：（3.32）蜗轮齿根圆直径为：（2.33）蜗轮咽喉母圆半径为：（3.34）3.4.6精度等级公差和表面粗糙度的确定AGV自动引导小车由于必须精准到达目标位置，因此是需要精密传动装置。根据机械结构传动装置要求本课题的蜗轮精度和圆柱蜗杆都是选用6级精度，侧隙种类为d。3.4.7热平衡核算根据上述蜗轮-蜗杆传动方式选用的是渐开线传动，所以在运行中所产生的热量能很好的传递到空气中，也不用进行热平衡的核算。3.5轴的设计3.5.1前轮轴的设计AGV自动引导小车前轮采用的是万向轮设计方案，所以前轮轴在运行中只不需要承受扭矩而只需要承受弯矩，故这种轴属于心轴。图3.6前轮轴结构（1）求作用在轴上的力由图3-7a前轮轴的载荷分析可以计算出AGV自动引导小车的前轮受力大小，；。（2）轴的结构设计（a）拟定轴上零件的装配方案AGV自动引导小车装配过程从轴的右侧向左安装，采用这样的方式安装可以对轴段的粗细顺序进行初步排安排。（b）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度由于AGV自动引导小车前轮只需要承受弯矩作用，故初步选择采用滚动轴承，最终选择单列深沟球轴承6004。AGV自动引导小车前轮右端采用的轴肩进行轴向定位，根据单列深沟球轴承6004的相关参数信息可得：定位轴肩高度h=2.5mm；dⅣ的取值为25mm。根据轴左右安装轮辐处的受力分析可得此轴段的直径需要30mm，即：dⅥ=30mm；左右轮辐的安装模式主要采用轴右侧采用螺母锁紧轮辐，左侧采用轴肩固定的方式。根据轮辐表可知宽度为34mm，由于用进行左右侧轮辐压紧，所以轴段需要比轮辐宽度要短，故轴段取值为lⅥ=32mm；由于设计的轴肩高度h需要大于0.07d,所以此处的轴肩高度取3mm，在轴环处的直径dⅤ=36mm，轴环宽度b≥1.4h，取lⅤ=5mm。设计尺寸以及长度如图2.8所示。（c）轴上零件的周向定位AGV自动引导小车的前轮左右侧轮辐与轴之间是有的平键作为周向定位的联接方式，按照平键制造手册可知本设计的平键截面为，键槽使用键槽铣刀进行加工，长度为28mm。由于周向定位采用的是过度配合，所以州的直径公差必须保证为j7。（d）确定轴上圆角和倒角尺寸为了方便机械安装以及防止安装时造成划伤，必须对轴进行倒圆角以及倒角处理，本文前轮轴设计的各轴肩处的圆角半径为R1，轴端进行1×45°的倒角处理。（3）求轴上的载荷图3.7是根据轴的机械机构载荷受力情况画出的轴的计算简图及轴的弯矩图。图3.7前轮轴的载荷分析图通过图3.7就可以计算出F1、F2、L1、L2、MC的值为：；；。（4）按弯曲应力校核轴的强度通过采用弯曲应力校核轴的强度时，只需要对轴承受弯矩截面强度最大的部分进行校准即可，通过图3.3可知该轴承受的最大弯矩在截面C处，即。对截面C进行强度校核，由公式：（3.35）由表15-1得，45钢调质。由表15-4得：（3.36）因此该轴满足强度要求，故安全。3.5.2后轮轴的设计AGV自动引导小车后轮采用的是独立驱动差速转向设计方案，所以后轮轴在运行中既要承受转矩也要弯矩，故这种轴属于转轴。图3.8后轮轴结构（1）后轮轴上的功率、转速和转矩取蜗轮-蜗杆传动的效率=0.7,则：（3.37）（2）作用在蜗轮上的力；；。（3）初步确定轴的最小直径AGV自动引导小车后轮轴的材料选用的是45钢并需要经过调质处理，根据表15-3，当取=115时，确定的轴最小直径是符合设计要求。（3.38）轮辐是安装在AGV自动引导小车后轮轴的最小直径处，所以轮辐处轴的直径dⅥ=26mm，并且两者间采用的是键联结方式。（4）轴的结构设计（a）拟定轴上零件的装配方案AGV自动引导小车装配过程从轴的左侧向右安装，但是安装透盖、内轮辐、轴端挡圈是采用从右端到左的安装方式。（b）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度由于AGV自动引导小车前轮只需要承受弯矩作用，故初步选择采用滚动轴承，因为小车。在运行中由于既要受轴向力影响也要受到径向力影响，故最终选择单列深沟球轴承6206。AGV自动引导小车后轮右端滚动轴承采用的轴肩进行轴向定位，根据单列深沟球轴承6206的相关参数信息可得：定位轴肩高度h=3mm；dⅣ的取值为36mm。后轮安装中使用的弹性挡圈选用的是GB894.1-8630标准的挡圈件，根据标准件的规格确定尺寸为,故；。根据轴左右安装轮辐处的受力分析可得此轴段的直径需要26mm，即：dⅥ=26mm；根据轮辐表可知宽度为27mm，由于用进行左右侧轮辐压紧，所以轴段需要比轮辐宽度要短，故轴段取值为lⅥ=26mm。前轮的其余尺寸可以根据设计要求任意确定，设计尺寸以及长度如图3.8所示。（c）轴上零件的周向定位AGV自动引导小车的后轮左右侧轮辐与轴之间是有的平键作为周向定位的联接方式，按照平键制造手册可知本设计的平键截面为,键槽使用键槽铣刀进行加工，长度为25mm。（d）确定轴上圆角和倒角尺寸为了方便机械安装以及防止安装时造成划伤，必须对轴进行倒圆角以及倒角处理，本文前轮轴设计的各轴肩处的圆角半径为R1，轴端进行1×45°的倒角处理。（5）求轴上的载荷后轮轴上的受力分析3.9a。L1=L2=27.5mm；L3=41mm(a)图3.9b是AGV自动引导小车在水平面上运行的时候，小车后轮轴的受力简图。通过静力平衡方程可以分别求解出图3.9a中的A、B支座的支反力的值以及作用在轴上三个集中力处的截面弯矩值。图3.9后轮轴的载荷分析图(b)图3.9c是后轮轴在垂直面上的受力简图。通过静力平衡方程可以分别求解出图3.9中的A、B支座的支反力的值：（3.39），（3.40）=-127.87（3.41）=220.8-157.66+127.87=190.01N在段中，将截面左边外力向截面简化，得：(3.42)在段中，同样将截面左边外力向截面简化，得：(3.43)=190.01×27.5+190.01X2-220.8X2+2030.5=7283.275-29.79X2在段中，同样将截面右边外力向截面简化，得：(3.44)计算A、B、C、D截面的总弯矩M：(3.45)(3.46)后轮轴上的转矩：。（6）按扭合成应力校核通过采用弯扭合成应力校核轴的强度校时，只需要对轴承受最大弯矩和扭矩截面强度部分进行校准即可，通过图3.9可知该轴承受的最大弯矩和扭矩截面在D处，由公式：(3.47)式中，为折合系数，取=0.6。为轴的抗弯截面系数，由表15-4得：由表15-1得，材料45钢调质。因此，故安全。3.6滚动轴承选择计算3.6.1前轮轴上的轴承根据设计要求寿命Lh≧2500h，转速，轴承的径向力，轴向力。（1）由上述条件试选轴承试选6004型轴承，查表16-2：（2）按额定动载荷计算(3.48)式中，=3。(3.49)查表13-6自动引导小车代入得故6004型轴承能满足要求。（3）按额定静载荷校核(3.50)查表13-8，选取=2。(3.51)代入上式，，满足要求。3.6.2蜗杆轴上的轴承根据蜗杆轴的设计要求寿命，要求转速，作用在轴承上的径向载荷以及轴向载荷。（1）由上述条件试选轴承选30203型轴承，查表5-24：（脂润滑）图3.10蜗杆轴上的轴承受力（2）按额定动载荷计算(3.52)，查表15-12，。，；由式：；。均小于满足要求。（3）按额定静载荷校核由表：。查表15-14，取。均小于，满足要求。（4）极限转速校核(3.53)，由图15-5得；，由图15-6得；。，由图15-5得：。，由图15-6得：。小于和满足要求。3.6.3后轮轴上的轴承根据后轮上的轴承的寿命，转速为，轴承A和轴承B的径向载荷分别为：；；轴向载荷为。由图中受力分析可知在轴承A比轴承B的承受的载荷大，因此此处的校准只需要对轴承A进行校核即可。（1）由上述给定条件试选轴承试选6206型轴承，查表15-19：（脂润滑）（2）按额定动载荷计算式中，对球轴承。由，查表15-19，。由，查表15-19，。查表15-12，自动引导小车，代入得得：。故6206型轴承能满足要求。（3）按额定静载荷校核查表15-14，选取。由式，查表15-19，时，得：。代入上式，满足要求。（4）极限转速校核由，查图15-5，，，查图15-6，，代得，故满足要求。

4控制系统的设计4.1电机控制设计中选择的直流伺服电机能满足在四个不同象限工作，电动机的鉴向电路设计部分是整个系统的工作状态检测部分，必须在运行时能辨别出电机的旋转方向以及转速等。电机的旋转方向是通过电机轴上的数字编码器通过辨别运转时产生的90度的相位差的相位脉冲进行鉴向[14]，其电路图设计原理如图4.1所示。图4.1鉴向原理伺服电机的正反转主要是看A、B相脉冲那个超前或滞后90度，当A滞后B相脉冲90度时，输出端CP处输出正向计数脉冲；反之输出端CP处输出反向计数脉冲，电机的正反向脉冲图如图4.2(b)和(c)所示。分辨出的电机正反向脉冲通过脉冲计数电路就是计数，并将结果传输给PC机进行处理[15]，其电路图如图3.3(a)所示。图4.2电机转向分辨电路4.2计数的扩展AGV自动引导小车的速度与位移等状态量都是需要进过正反转脉冲进行计算和运算才能得出，而脉冲量是由电机上的数字编码器通过鉴向电路获取的电机的正反转工作状态所得。系统的计数器使用的是8253计数器，该计数器通过软件设计具有定时的功能，还具有6种不同的工作方式，在运行时计数频率能达到2MHz，并且芯片的驶入输出端都和TTL相兼容。8253计数器的内部结构图以及引脚图如图4.3、4.4所示。图4.38253内部结构框图图4.48253引脚图U6中8000H、8001H、8002H、8003H分别是计数器0、1、2以及控制字；U7中6000H、6001H、6002H、6003H6000H分别是计数器0、1、2以及控制字。U6读/写控制逻辑接线：，，。U7读/写控制逻辑接线：，，。AGV自动引导小车后轮的左轮小车控制电机的正反转计数是选用的U6芯片中的计数器0、1进行计数，而后轮的右轮小车控制电机的正反转计数是选用的U7芯片中的计数器0、1进行计数。为了获取一段时间周期内的脉冲数，都是通过上述四个计数器通过获取所得的计数值减掉上一次的计数值进行计算。4.3中断的扩展8259A是一种集成芯片，作为可编程中断控制器，在本文控制系统中主要是用于单片机AT89C51控制器进行控制中断作用，该集成芯片还具有屏蔽各种中断输入以及提供中断向量等功能。8259A集成芯片可以直接管理8级中断，一套控制系统中可以同时采用9片8259A芯片进行级连，从而可以组成64级中断，图4.5就是8259A芯片的引脚图。图4.58259A引脚图图4.5是8259A的外部引脚包含数据线连接端、中断请求、读写信号等引脚。图中是数据线，通过数据线能接受或发生来自CPU传输给8259A芯片的各种控制命令等；INT引脚是中断请求，主要用于向CPU发出中断请求信号；是中断响应，主要用于接收CPU发出的中断响应信号；是读信号，该信号只有在低电平的时候有效，主要用于通知8259A把某个寄存器里面的数据内容传输到数据总线；是写信号，该信号也是只有在低电平有的时候才有效，主要功能是由于将数据线上的数据信息发送给8259A芯片。本课题设计采用的将两片8259A进行连接，从芯片发出的中断请求信号将通过主芯片的引脚传输个主芯片，如果系统中不存在从片，则直接将外部中断直接连接到主芯片的引脚上。由图4.6可知主从芯片的数据信号和中断响应信号是相互连接的，但是当从片数量较多时，需要在主从芯片中添加驱动器。在8259A的主从式级联方式中，主从片的引脚分别连接的高低电平，主从芯片的联接方式如图3.7所示。图4.68259A的级联4.4数摸转换器的选择数模转换器（ADC）的作用是将数字量转换模拟量，该转换器的性能判断是主要是通过建立时间、精度转换、分辨率和线性误差的技术性指标进行判别。数模转换器只有当模拟输出量是电流时，从稳定输出到最终值用时会很短；数模转换器的转换精度是指静态转换误差是以最大的形式输出；数模转换器的分辨率是指输出电压的最小和最大值间的比值，例：本文使用的DAC1208芯片其分辨率为；数模转换器的线性度是指理想直线与实际转换特性曲线之间的最大偏移值。图4.7、4.8分别是DAC1208芯片的内部结构图以及引脚图。图3-图4.7DAC1208的内部结构图图4.8DAC1208的引脚图DAC1208芯片的工作方式有三种分别是直通、单缓冲、双缓冲方式。直通式是指将DAC寄存器和输入寄存器连接成直通方式；双缓冲方式是将DAC1208的两个锁存器采用控锁存方式连接，本设计因为采用的两个直流伺服电机为了实现同步效果所以采用双缓冲方式连接；单缓冲方式使是指一个寄存器采用受控的锁存方式连接，另外一个采用直通方式。图4.9DAC1208双缓冲连接方式U9、U10的输入寄存器地址以及DAC寄存器地址分别为3FFFH、1FFFH、5FFFH、5FFFH。本次设计DAC1208芯片采用的双缓冲连接方式如图4.9所示，其中当引脚输入的是高电平时，将数据采用8位输入寄存器进行接收，否则将采用4位输入寄存器接收传输的数据；片选信号接收到的高低电平决定着与锁存信号第一级数据锁存是否有效。当接收的是高电平时，允许第一级进行锁存；当同时有效并且写信号必须为1，才能进行第一级锁存信号；当信号有效并且写信号为2时，将进行第二级锁存信号。4.5电机驱动芯片选择本文直流伺服电机采用的PWM技术作为电机的驱动，该技术是通过控制直流电压，使其输出的时候可以得到脉冲宽度、幅度、固定频率与输入信号成方波脉冲串的线性关系，从而达到控制电机的f=30KHz转速。因此PWM切换频率需要进行选择，如下所示：（1）为改善电机的运行特性，克服静摩擦就需要采取切换频率使电机轴上产生微振。即：(4.1)式中，，表示力矩常数；表示电感；表示PWM电源电压；表示电机静摩擦力矩。（2）设定的位置误差应该大于微振的最大角位移，即：（4.2)式中，J为转动惯量；为设定的位置误差。（3）尽量减少电机产生的高频功耗。即：(4.3)式中，为电内阻。采用UC3637型号的PWM芯片和H功率桥放大电路来控制伺服电机的运转，其原理如图4.10所示。图4.10UC3637原理框图UC3637是三角波振荡器，该振荡器的电路如图4.11所示。图4.11恒幅三角波产生电路三角波参数计算时[6]，定时电路的电流取值为0.5Ma,则有：(4.4)(4.5)式中，为PWM频率；允许。(4.6)通过图4.11所示的控制系统，可以的得知：；；；PWM频率；限流Imax=8A；则：(4.7)(4.8)(4.9)；(4.10)式中，电源电压；恒流充电电流；三角波峰值的转折电压；为定时电阻；为振荡频率；为定时电容。4.6运动学分析4.6.1运动学方程假设后轮的中心点为P点，瞬心点为Q点。(4.11)(4.12)（4.13）(4.14)(4.15)整理成矩阵形式：(4.16)式中，为雅可比矩阵。4.6.2转弯半径假设AGV小车质量分布均匀；小车的车轮半径为r；小车后轮间的间距为B；小车在转弯时的速度为弯；小车后轮到转弯圆心间距为转弯半径R；车轮与路面的摩擦系数为；小车在水平面正常运行时后两轮的速度为，则有：(4.17)查表5-2，取，所以取AGV小车的最小转弯半径为，则左右轮的速度分别为：(4.18)(4.19)4.7控制软件的设计公式(4.11)、(4.15)分别表示AGV小车在运行时的线速度和角速度，因此能得出、x、y的状态量值，即：（4.20）（4.21）(4.22)（4.23）(4.24)近似检测是采用的数学中的数值积分方法，即将区间分成，若干子区间。要想检测精度达到使用要求就需要控制周期短或子区间充分足够小,表达式如下:（4.25)（4.26）(4.27)控制系统最重要一部分是程序编写，并且要求代码过程简短，程序易懂并且执行效率高等特点。本文设计AGV自动引导小车的行驶路径主要是根据设计的路线进行，所以小车运行的程序编写，需要通过检测装置反馈的电压信号判断AGV小车行驶路线是否存在偏差，若存在位置偏差控制器将需要进行偏差的量传输给电机，从而控制小车按照预设路线行驶。因此，AGV自动引导小车在行驶中，需要不断进行位置检测并反馈给控制板，进而调整电机的转速和方向，从而达到实时控制的效果。本文AGV小车的软件控制流程如图4.12所示。图4.12控制系统程序结构图由图4.12可知，首先程序开始前需要先设定各别变量值和函数，并对本系统的各芯片初始化；再读取行驶前设置的路线坐标；再进行轨迹插补；读取上一次运行时的误差进行分析并驱使小车向前行驶；在进行路线的检测，并判断第一段路线是否运行完成，若是NO将检测的路线数据与实际设置的路线数据进行比较是否产生偏差，若存在偏差将偏差值传给转换器D/A请进行路线纠正。若YES将运行下一段路线，并判断是否到达终点，到达终点停止运行，若没有到达终点将继续行驶。DDA圆弧插补程序：XPBIT00H；X向溢出标志YPBIT01H；Y向溢出标志XSEQU60H；起点坐标XYSEQU61H；起点坐标YXEEQU62H；终点坐标XYEEQU63H；终点坐标YJVXEQU64H；X积分累加器JVYEQU65H；Y积分累加器JRXEQU66H；X被积函数寄存器JRYEQU67H；Y被积函数寄存器JEXEQU68H；X向终点计数器JEYEQU69H；Y向终点计数器ORG1000HMOVJVX，YS；初始化MOVJVY，XSMOVJRX，#0MOVJRY，#0MOVR2，XSMOVR4，XEACALLBSUB；MOVJEX，R6MOVR2，YSMOVR4，YEACALLBSUB；MOVJEY，R6CLRXPCLRYPMOVR2,XSMOVR4,YSACALLYC；调用溢出子程序CF:MOVA,JEX；X向JZYXMOVR2,JRXMOVR4,JVXACALLBADD；修改X向寄存器MOVJRX,R6MOVA,R7CJNEA,JRX,NX1；X向是否溢出SETBXPDECXSDECJEX；-X走一步AJMPYXNX1:JCYXSETBXPDECXSDECJEXXY:MOVA,JEY；JZZDPMOVR2,JRYMOVR4,JVYACALLBADD；MOVJRY,R6MOVA,R7CJNEA,JRY,NX2；SETBYP；+Y走一步INCYSDECJEYAJMPJINXNX2:JCJINX；SETBYPINCYSDECJEYJINX:JNBXP,NX3；DECJVYNX3:JNBYP,CFINCJVXAJMPCFZDP:MOVA,JEXJNZCF；X向到终点吗？MOVA,JEYJNZCF；Y向到终点吗？ENDBADD：BSUB：BSUB：MOVA，R4；取减数CPLACC.7；MOVR4，ABADD：MOVA，R2；取被加数XRLA，R4；两数异号MOVC，ACC.7；当两数不同号CY=1，反之CY=1图4.13DDA圆弧插补流程图MOVA，R2CLRACC.7；符号位清0MOVR2，AMOVA，R4CLRACC.7；符号位清0MOVR4，AJCJIAN；两数异号转JIANMOVA，R2ADDA，R4MOVR6，ARETJIAN：MOVA，R2；相减CLRCSUBBA，R4MOVR6，AJNBACC.7，QWEMOVA，R6CPLAADDA，#1MOVR6，AQWE：RET溢出子程序：R7中存放溢出值。