全向移動(dòng)AGV機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)含SW三維圖

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Vehicles)又名無人搬運(yùn)車，自動(dòng)導(dǎo)航車，激光導(dǎo)航車。其顯著特點(diǎn)的是無人駕駛，AGV上裝備有自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)，可以保障系統(tǒng)在不需要人工引航的情況下就能夠沿預(yù)定的路線自動(dòng)行駛，將貨物或物料自動(dòng)從起始點(diǎn)運(yùn)送到目的地。AGV的另一個(gè)特點(diǎn)是柔性好，自動(dòng)化程度高和智能化水平高，AGV的行駛路徑可以根據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)貨位要求、生產(chǎn)工藝流程等改變而靈活改變，并且運(yùn)行路徑改變的費(fèi)用與傳統(tǒng)的輸送帶和剛性的傳送線相比非常低廉。AGV一般配備有裝卸機(jī)構(gòu)，可以與其他物流設(shè)備自動(dòng)接口，實(shí)現(xiàn)貨物和物料裝卸與搬運(yùn)全過程自動(dòng)化。此外，AGV還具有清潔生產(chǎn)的特點(diǎn)，AGV依靠自帶的蓄電池提供動(dòng)力，運(yùn)行過程中無噪聲、無污染，可以應(yīng)用在許多要求工作環(huán)境清潔的場(chǎng)所。 AGV技術(shù)的發(fā)展國(guó)內(nèi)外AGV有兩種發(fā)展模式：第一種是以歐美國(guó)家為代表的全自動(dòng)AGV技術(shù)，這類技術(shù)追求AGV的自動(dòng)化，幾乎完全不需要人工的干預(yù)，路徑規(guī)劃和生產(chǎn)流程復(fù)雜多變，能夠運(yùn)用在幾乎所有的搬運(yùn)場(chǎng)合。這些AGV功能完善，技術(shù)先進(jìn)；同時(shí)為了能夠采用模塊化設(shè)計(jì)，降低設(shè)計(jì)成本，提高批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，歐美的AGV放棄了對(duì)外觀造型的追求，采用大部件組裝的形式進(jìn)行生產(chǎn)；系列產(chǎn)品的覆蓋面廣：各種驅(qū)動(dòng)模式，各種導(dǎo)引方式，各種移載機(jī)構(gòu)應(yīng)有盡有，系列產(chǎn)品的載重量可從50kg到60000kg（60噸）。盡管如此，由于技術(shù)和功能的限制，此類AGV的銷售價(jià)格仍然居高不下。此類產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)有為數(shù)不多的企業(yè)可以生產(chǎn)，但功能和國(guó)外的還有部分差距。? 第二種是以日本為代表的簡(jiǎn)易型AGV技術(shù)－－或只能稱其為AGC（Automated?Guided?Cart），該技術(shù)追求的是簡(jiǎn)單實(shí)用，極力讓用戶在最短的時(shí)間內(nèi)收回投資成本，這類AGV在日本和臺(tái)灣企業(yè)應(yīng)用十分廣泛，從數(shù)量上看，日本生產(chǎn)的大多數(shù)AGV屬于此類產(chǎn)品（AGC）。該類產(chǎn)品完全結(jié)合簡(jiǎn)單的生產(chǎn)應(yīng)用場(chǎng)合（單一的路徑，固定的流程），AGC只是用來進(jìn)行搬運(yùn)，并不刻意強(qiáng)調(diào)AGC的自動(dòng)裝卸功能，在導(dǎo)引方面，多數(shù)只采用簡(jiǎn)易的磁帶導(dǎo)引方式。由于日本的基礎(chǔ)工業(yè)發(fā)達(dá)，AGC生產(chǎn)企業(yè)能夠?yàn)槠渑渲蒙蠋缀鹾?jiǎn)單得不能再簡(jiǎn)單的功能器件，使AGC的成本幾乎降到了極限。AGV在我國(guó)的研究及應(yīng)用起步較晚。20世紀(jì)70年代后期,北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所研制了三輪式AGV；80年代后期,北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所為二汽研制了應(yīng)用在立體化倉(cāng)庫(kù)中的AGV；90年代,清華大學(xué)國(guó)家CIMS工程中心將從國(guó)外引進(jìn)的AGV成功地應(yīng)用于CIMS的實(shí)驗(yàn)研究；1992年，國(guó)產(chǎn)AGV第一次應(yīng)用于柔性生產(chǎn)線。沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司、昆明自動(dòng)化物流工程公司等是我國(guó)生產(chǎn)AGV比較知名的企業(yè)[1]。 AGV自動(dòng)導(dǎo)引車是融合了電子技術(shù)和機(jī)械技術(shù)的典型機(jī)電一體化產(chǎn)品。隨著各種AGV新產(chǎn)品不斷開發(fā)，AGV自動(dòng)導(dǎo)引車技術(shù)不斷發(fā)展，先進(jìn)的傳感器、電子電力器件、光電器件、計(jì)算機(jī)、控制技術(shù)、電池技術(shù)、機(jī)構(gòu)學(xué)等高新技術(shù)成果逐漸地集成到AGV新產(chǎn)品及其系統(tǒng)技術(shù)中去，使它的技術(shù)附加值越來越大。AGV的基本結(jié)構(gòu)有車體；蓄電和充電裝置；驅(qū)動(dòng)裝置；導(dǎo)向裝置；車上控制器；通信裝置；安全保護(hù)裝置；移載裝置。 2.總體結(jié)構(gòu)方案 2.1總體布局 2.1.1方案一 圖2.1.1 AGV小車方案一 （1）車體：由車架和相應(yīng)的機(jī)械裝置所組成，是的基礎(chǔ)部分，是其他總成部件的安裝基礎(chǔ)。 （2）蓄電和充電裝置：AGV常采用24V和48V直流蓄電池為動(dòng)力。蓄電池供電一般應(yīng)保持連續(xù)工作8小時(shí)以上的需要。 （3）驅(qū)動(dòng)裝置：由車輪、減速器、制動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及速度控制器等部分組成，是控制AGV正常運(yùn)行的裝置。其運(yùn)行指令由計(jì)算機(jī)或人工控制齊發(fā)出，運(yùn)行速度、方向、制動(dòng)的調(diào)節(jié)分別由計(jì)算機(jī)控制。為了安全，在斷電時(shí)制動(dòng)裝置能靠機(jī)械實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。 （4）轉(zhuǎn)向裝置：接受導(dǎo)引系統(tǒng)的方向信息，通過轉(zhuǎn)向裝置來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向動(dòng)作。 （5）車上控制器：接受控制中心的指令并執(zhí)行相應(yīng)的指令，同時(shí)將本身的狀態(tài)(如位置、速度等)及時(shí)反饋給控制中心。 （6）安全保護(hù)裝置：包括對(duì)AGV本身的保護(hù)、對(duì)人或其他設(shè)備的保護(hù)等方面。 （7）移載裝置：與所搬運(yùn)貨物直接接觸，實(shí)現(xiàn)貨物轉(zhuǎn)載的裝置[2]。 2.1.2方案二 圖2.1.2 AGV小車方案二 1- 車體；11-行走機(jī)構(gòu)；3-升降旋轉(zhuǎn)裝置；61-連接部件 該倉(cāng)儲(chǔ)AGV小車包括車體1、以及與車體1可分離式連接的貨架。具體地為，車體1的頂部與貨架的底部可分離式連接，貨架的底部設(shè)置有一抵接部，車體1的頂部設(shè)置有連接部件61，當(dāng)連接部件61與抵接部的連接時(shí)，倉(cāng)儲(chǔ)AGV小車可帶動(dòng)所述貨架位移。 車體1依靠各自個(gè)麥克納姆輪的方向和速度，這些力的最終合成在任何要求的方向上產(chǎn)生一個(gè)合力矢量從而保證了車體1在最終的合力矢量的方向上能自由地移動(dòng)，而不改變機(jī)輪自身的方向。麥克納姆輪的輪緣上斜向分布著許多小滾子，故輪子可以橫向滑移。小滾子的母線很特殊，當(dāng)輪子繞著固定的輪心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，各個(gè)小滾子的包絡(luò)線為圓柱面，所以該輪能夠連續(xù)地向前滾動(dòng)。麥克納姆輪結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)靈活，是很成功的一種全方位輪[3]。 2.1.3方案三 圖2.1.3 AGV小車方案三 AGV輸送裝置包括:支撐框架;主傳動(dòng)軸，轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在支撐框架上，左右兩端安裝有主動(dòng)鏈輪;被動(dòng)鏈輪，轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在支撐框架上，被動(dòng)鏈輪和主動(dòng)鏈輪上安裝有輸送鏈條;鏈條導(dǎo)軌;搭接支撐板，轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在支撐框架的前端，轉(zhuǎn)動(dòng)行程中具有處于豎立狀態(tài)以讓開AGV本體上的避障傳感器的避讓工位、還具有用于搭接在立體庫(kù)的支架上或者是立體庫(kù)配合架子上的搭接工位;驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，安裝在支撐框架上，用于驅(qū)動(dòng)搭接支撐板轉(zhuǎn)動(dòng)。搭接支撐板處于避讓工位時(shí)，不影響AGV的激光避障以及防撞避障功能，保證安全使用;處于搭接工位時(shí)，相當(dāng)于形成一個(gè)橋梁，即使AGV輸送裝置與立體庫(kù)高度不—致，也可以實(shí)現(xiàn)托盤的轉(zhuǎn)運(yùn)，避免托盤打滑[4]。 2.2移動(dòng)技術(shù) 圖2.2.1 麥克納姆輪 （1）麥克納姆輪：Mecanum輪是目前應(yīng)用最廣泛，技術(shù)最成熟的一種全方位輪，由輪轂和安裝在輪轂外緣上的一組鼓形混子組成。輻子與車輪軸線成一定角度，它繞車輪軸線旋轉(zhuǎn)的同時(shí)也能繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。為了保證運(yùn)動(dòng)的平滑性，輪子的形狀要保證車輪的側(cè)視圖為圓形。三個(gè)或三個(gè)以上的Mecanum輪通過轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的配合可以實(shí)現(xiàn)全方位運(yùn)動(dòng)。然而，由于棍子之間存在間隙，使得車輪轉(zhuǎn)動(dòng)過程中與地面的接觸點(diǎn)不斷變化，會(huì)造成車體的振動(dòng)和打滑，影響機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)精度[5]。 圖2.2.2 舵輪 （2）舵輪:舵輪主要包括驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向兩個(gè)部分，通過驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)向電機(jī)分別驅(qū)動(dòng),實(shí)現(xiàn)舵輪本體的二自由度運(yùn)動(dòng),該輪是在萬向輪以及麥輪交互設(shè)計(jì)優(yōu)化的基礎(chǔ)上形成的,集成了兩類輪的優(yōu)點(diǎn),并克服了麥輪用于移動(dòng)機(jī)器人時(shí)存在的承載能力弱、振動(dòng)、打滑等缺陷，如今已經(jīng)在諸如重載搬運(yùn)移動(dòng)機(jī)器人等方面得到廣泛的應(yīng)用[6]。 2.3懸架減震 （1）該專利提供的AGV小車減震結(jié)構(gòu),包括裝配在AGV小車驅(qū)動(dòng)輪上的驅(qū)動(dòng)輪安裝板,其特征在于,驅(qū)動(dòng)輪安裝板的正上方設(shè)置有支撐板和伸縮桿,支撐板上沿縱向設(shè)置有通孔,伸縮桿下端穿過通孔與驅(qū)動(dòng)輪固定板固定相連,伸縮桿中下部沿周向設(shè)置有環(huán)形凸塊,凸塊外緣直徑大于通孔直徑,伸縮桿外部凸塊上方套設(shè)有壓縮彈簧,伸縮桿外部壓縮彈簧上方套設(shè)有壓縮螺柱,凸塊、壓縮彈簧、壓縮螺柱的外部套設(shè)有與壓縮螺柱相配合的固定螺母,固定螺母與支撐板固定連接,固定蝶母的上端設(shè)置有與壓縮螺柱相配合的背緊螺母;具有均勻調(diào)節(jié)彈簧預(yù)緊量、能夠準(zhǔn)確控制減震間隙、預(yù)防脫磁或磁導(dǎo)觸地等現(xiàn)象發(fā)生的優(yōu)點(diǎn)[7]。 圖2.3.1 利用支撐板和伸縮桿的減震裝置 （2）這項(xiàng)專利公開的AGV小車減震機(jī)構(gòu),包括彈簧壓板、導(dǎo)柱、一級(jí)減震彈簧以及二級(jí)減震彈簧,所述彈簧壓板固定在小車底板上方,所述一級(jí)減震彈簧穿過小車底板,兩端分別與彈簧壓板和電機(jī)設(shè)備相抵,所述導(dǎo)柱的底部固定在電機(jī)設(shè)備上,頂端伸出彈簧壓板且在頂端設(shè)有彈簧固定機(jī)構(gòu),在該彈簧固定機(jī)構(gòu)和彈簧壓板的上表面之間設(shè)置二級(jí)減震彈簧。一級(jí)減震彈簧可以對(duì)車體進(jìn)行初期減震,滿足針對(duì)不同地面情況進(jìn)行減震,在基礎(chǔ)減震后,由于每次減震都會(huì)引起車體共振,因此二級(jí)減震彈簧可以抵消共振造成的顛簸和影響[8]。 圖2.3.2 利用一、二級(jí)彈簧的減震裝置 2.4旋轉(zhuǎn)升降移載裝置 2.4.1潛入式AGV小車升降牽引機(jī)構(gòu) 升降桿通過安裝支架固定在AGV小車頂部，升降桿一側(cè)設(shè)有動(dòng)力裝置固定板，動(dòng)力裝置固定板上安裝動(dòng)力裝置，動(dòng)力裝置連接控制器，動(dòng)力裝置的輸出軸連接齒輪，升降桿下端設(shè)有與所述齒輪相配合的齒條；安裝支架上固定限位開關(guān)支架，限位開關(guān)支架上安裝光電開關(guān)，光電開關(guān)連接控制器。本實(shí)用新型公開的潛入式AGV小車升降桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)制造成本低，升降桿升降靈活，方便拖掛貨架[9]。 圖2.4.1 潛入式AGV小車升降牽引機(jī)構(gòu) 2.4.2AGV升降牽引機(jī)構(gòu) 包括定位組件、升降組件、驅(qū)動(dòng)組件以及感應(yīng)組件，升降組件、驅(qū)動(dòng)組件及感應(yīng)組件裝設(shè)于定位組件上，升降組件與驅(qū)動(dòng)組件相配合，由驅(qū)動(dòng)組件帶動(dòng)升降組件運(yùn)行，定位組件包括安裝支架，升降組件位于安裝支架中部，驅(qū)動(dòng)組件及感應(yīng)組件分列于升降組件兩側(cè)；升降組件包括牽引桿，牽引桿置于升降導(dǎo)向套中，升降導(dǎo)向套固定于安裝支架上，牽引桿貫穿升降導(dǎo)向套兩端，牽引桿上具有限位環(huán)；驅(qū)動(dòng)組件包括轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)力軸相連，轉(zhuǎn)軸邊緣設(shè)有凸輪軸承，凸輪軸承位于限位環(huán)上方，由凸輪軸承將限位環(huán)及牽引桿向下方擠壓，牽引桿與安裝支架之間設(shè)有頂升結(jié)構(gòu)，頂升結(jié)構(gòu)將限位環(huán)及牽引桿向上方頂升[10]。 圖2.4.2 AGV小車升降牽引機(jī)構(gòu) 2.4.3旋轉(zhuǎn)升降裝置 圖2.4.3 升降旋轉(zhuǎn)裝置展示圖 圖2.4.4 升降旋轉(zhuǎn)裝置爆炸視圖 圖2.4.5 回轉(zhuǎn)支承俯視圖及其截面圖 31-安裝座；311-圓環(huán)；4-回轉(zhuǎn)支承；41-第一功能圈；42-第二功能圈；43-安裝圈；5-升降組件；51-絲杠；52-絲杠套；6-轉(zhuǎn)盤、61-連接部件；7-第一致動(dòng)組件；8-第二致動(dòng)組件。 第一致動(dòng)組件，其驅(qū)動(dòng)連接第一功能圈； 第二致動(dòng)組件，其用于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)； 升降旋轉(zhuǎn)裝置的升降動(dòng)作由第一功能圈41、升降裝置和第一致動(dòng)組件7協(xié)同完成。其工作原理如下：減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)第一功能圈41(外齒圈)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而第一功能圈41(外齒圈)分別帶動(dòng)絲杠51，31齒輪、傳動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。三組絲杠51同步轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)安裝座31的升降。 安裝座31上還設(shè)置有一可活動(dòng)的圓環(huán)311，該圓環(huán)311用于提高轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。同時(shí)，所述圓環(huán)311的內(nèi)壁設(shè)置有連續(xù)的凸齒以形成一齒圈。所述圓環(huán)311與回轉(zhuǎn)支承42同軸心的設(shè)置在安裝座311的頂部，所述圓環(huán)311的安裝高度與第二功能圈42一致。所述轉(zhuǎn)盤6分別與圓環(huán)311和第二功能圈42連接。具體地，所述圓盤為一扁平的圓環(huán)311金屬板，以剛性連接圓環(huán)311和第二功能圈42。 所述第二致動(dòng)組件8包括伺服電機(jī)組和傳動(dòng)齒輪。所述伺服電機(jī)組包括減速電機(jī)和傳動(dòng)齒輪組成。所述減速電機(jī)置于安裝座31的內(nèi)部，其輸出軸貫穿安裝座31的頂部并與傳動(dòng)齒輪連接。所述傳動(dòng)齒輪與圓環(huán)311嚙合傳動(dòng)。 本發(fā)明的升降旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作由第二功能圈42、轉(zhuǎn)盤6和圓環(huán)311協(xié)同完成的。其工作原理如下：轉(zhuǎn)盤6上可安裝其他承載構(gòu)件。減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)圓環(huán)311轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而圓環(huán)311和轉(zhuǎn)盤6協(xié)同轉(zhuǎn)動(dòng)第二功能圈42，進(jìn)而轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤6上的承載構(gòu)件。 其中，回轉(zhuǎn)支撐的結(jié)構(gòu)設(shè)置、以及圓環(huán)311和第二功能圈42的組合設(shè)計(jì)，目的在于提供一種綜合載荷性能優(yōu)越的升降旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。通過圓環(huán)311和第二功能圈42提高轉(zhuǎn)動(dòng)和剛性支撐性能。圓環(huán)311與雙回轉(zhuǎn)支承4組合實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)功能，內(nèi)部回轉(zhuǎn)支承4的第一功能圈41實(shí)現(xiàn)絲杠51的同步旋轉(zhuǎn)。相比現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)升降結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，多齒咬合，具有大扭矩及較大的齒輪剛性。承受扭矩大，升降旋轉(zhuǎn)的運(yùn)行可靠[3]。 3.初步方案 圖3.1 AGV立體結(jié)構(gòu)示意圖 車架：采用四輪布置結(jié)構(gòu)。自動(dòng)引導(dǎo)小車采用四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)差速轉(zhuǎn)向，直流伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)過減速器后直接驅(qū)動(dòng)輪胎，當(dāng)四輪運(yùn)動(dòng)速度不同時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向。 圖3.2 AGV車架示意圖 為使小車可以實(shí)現(xiàn)全向移動(dòng)，故選用麥克納姆輪作為小車的車輪。 懸梁： 圖3.3 AGV二級(jí)懸架減震裝置 包括彈簧壓板、導(dǎo)柱、一級(jí)減震彈簧以及二級(jí)減震彈簧，兩級(jí)彈簧減震保證小車行駛的平穩(wěn)。 旋轉(zhuǎn)及升降裝置： 圖3.4 AGV升降旋轉(zhuǎn)裝置 圖3.5 回轉(zhuǎn)支承俯視圖及其截面圖 通過圓環(huán)311和第二功能圈42提高轉(zhuǎn)動(dòng)和剛性支撐性能。圓環(huán)311與雙回轉(zhuǎn)支承4組合實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)功能，內(nèi)部回轉(zhuǎn)支承4的第一功能圈41實(shí)現(xiàn)絲杠的同步旋轉(zhuǎn)。相比現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)升降結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，多齒咬合，具有大扭矩及較大的齒輪剛性。承受扭矩大，升降旋轉(zhuǎn)的運(yùn)行可靠。 4.總結(jié) 從AGV的發(fā)明到現(xiàn)在已經(jīng)有50多年的歷史，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展和用戶要求的提出,自動(dòng)引導(dǎo)車的種類和形式變得多種多樣。目前AGV正在朝著性能不斷提高；模塊化；多傳感器融合；高精度化；網(wǎng)絡(luò)化；多媒體化方向發(fā)展。AGV的發(fā)展,將會(huì)帶給制造業(yè)更多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。所以AGV還有待進(jìn)一步的改善。 本次設(shè)計(jì)的AGV采用了四輪驅(qū)動(dòng)的車架和二級(jí)彈簧減震裝置，并使用了旋轉(zhuǎn)升降的移載裝置，使其具有以下特點(diǎn)： 1、全向移動(dòng)，使搬運(yùn)過程更為流暢。 2、360度旋轉(zhuǎn)升降，適用各種復(fù)雜工況。 3、能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護(hù)以及各種移載功能的運(yùn)輸車。 該課題能夠很好將理論知識(shí)和實(shí)際設(shè)計(jì)相結(jié)合，能夠提高機(jī)械綜合素質(zhì)?？梢酝ㄟ^對(duì)本次課題加強(qiáng)自己的理論知識(shí)和設(shè)計(jì)水平。 參考文獻(xiàn) [1]百度文庫(kù)：AGV國(guó)內(nèi)外情況報(bào)告. 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