自动引导小车(AGV)的结构设计

摘要

AGV即自动引导小车，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引导小车，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。

关键词自动引导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.

Keywords Automatic Guided Vehicle Singlechip computer control of design PWM Technique

目录

1绪论 (1)

1.1AGV自动引导小车简介 (1)

1.2自动引导小车的分类 (1)

1.3国内外研究现状及发展趋势 (1)

2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 (7)

2.6轴的设计 (10)

2.7滚动轴承选择计算 (18)

3控制系统的设计 (22)

3.1控制系统总体方案 (22)

3.2鉴向 (23)

3.3计数的扩展 (24)

3.4中断的扩展 (25)

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)

结束语 (42)

致谢 (43)

参考文献 (44)

1 绪论

1.1 AGV自动引导小车简介

AGV(Automatic Guided Vehicle),即自动引导车，是一种物料搬运设备，是能在某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 自动引导小车的分类

自动引导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，以及有人工介入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。无轨小车按照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 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[1]。

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[1]。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。

2 机械部分设计

2.1 设计任务

设计一台自动引导小车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：应达到的技术要求如下：

自动引导小车的长度：500mm 1.负载≤35 KG

自动引导小车的宽度：300mm 2.小车转弯半径≥71 CM

自动引导小车的行驶速度：100mm/s 3.小车最大速度≤10 m/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。自动引导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。

图2.1 传动方案一

方案二：采用四轮布置结构。自动引导小车采用两后轮独立驱动差速转向，两前

轮为万向轮的四轮结构形式。直流伺服电动机经过减速器后直接驱动后轮，当两轮运

动速度不同时，就可以实现差速转向。传动系统如图2.2所示。

图2.2 传动方案二

四轮结构与三轮结构相比较有较大的负载能力和较好的平稳性。方案一有差速器和转向机构，故机械传动误差大。方案二采用两套蜗轮-蜗杆减速器及直流伺服电动机，成本相对于方案一较高，但它的传动误差小，并且转向灵活。因此，采用方案二作为本课题的设计方案。

2.3 直流伺服电动机的选择

伺服电动机的主要参数是功率(KW)。但是，选择伺服电动机并不按功率，而是更根据下列三个指标选择。

运动参数：AGV 行走的速度为100mm/s ，则车轮的转速为 22.75r/min 140

3.14610001000≈??==πd v n （2.1） 电机的转速 选择蜗轮-蜗杆的减速比i=62

n 1410.5r/mi 22.7562电=?==in n （2.2）

自动引导小车的受力分析如图2.3所示：

2.3 车轮受力简图

小车车架自重为P

134N 9.80.0320.30.5102.853≈?????==ρabhg p （2.3） 小车的载荷为G 343N 9.835=?==mg G （2.4） 取坐标系OXYZ 如图2.3所示，列出平衡方程

由于两前轮及两后轮关于Y 轴对称，则 A B F F =，C D F F =

0z F =∑， 220A C F F P G +--= （2.5） 0x M =∑， 0.0750.1720.30C G P F --+??= （2.6）

解得 157.66N ==B A F F 80.84N ==D C F F

两驱动后轮的受力情况如图2.4所示：

滚动摩阻力偶矩f M 的大小介于零与最大值之间，即

max 0M M f ≤≤ （2.7）

m N 946.066.157006.0max ?=?==N F M δ （2.8）

其中δ滚动摩阻系数，查表5-2[2]，δ=2～10，取δ=6mm

牵引力F 为 N 5.1307

.0946.02

max ===d M F （2.9）

图2.4 后轮受力 图2.5 前轮受力

摩擦系数 μ 牵引力 F N 重物的重力 W N

滚子直径 D mm 传递效率 ? 传动装置减速比 1/G

（1） 求换算到电机轴上的负荷力矩（L T ）

m N 587.01000

8.962121407.066.157015.05.131000

8.912)

(?=????+=???+=G D W F T L ημ （2.10） 取η=0.7, W =157.66N , μ=0.15

（2） 求换算到电机轴上的负荷惯性（L J ）

()2

121342L Z J J J J J Z ??=+++ ??? （2.11）

22

m Kg 000036189.00000604.0000131.0004766.0(6210000349.0?=++??

? ??+= 其中 1J 为车轮的转动惯量；2J 为蜗杆的转动惯量；

3J 为蜗轮的转动惯量；4J 为蜗轮轴的转动惯量。

（3） 电机的选定

根据额定转矩和惯量匹配条件，选择直流伺服电动机。

电机型号及参数：MA XON F2260 ?60mm 石墨电刷 80W J M = 1290gcm 2

匹配条件为[3] 2max gcm 89.361==L L J J max 0.251L M J J <

< （2.12） 即 361.890.251<<1290

?0.250.28051<< 惯量J 2gcm 89.165189.3611290=+=+=L M J J J

（2.13） 其中M J 为伺服电动机转子惯量 故电机满足要求。

（4）快移时的加速性能

最大空载加速转矩发生在自动引导小车携带工件，从静止以阶跃指令加速到伺服电机最高转速max n 时。这个最大空载加速转矩就是伺服电动机的最大输出转矩max T 。 m N 91.0076.060400014.3289.1651602max max ?=????===a t n J J T πθ

（2.14） 加速时间

S 076.0019.044=?==M a T T （2.15）

其中，机械时间常数ms 19=M T

2.4 联轴器的设计

由于电动机轴直径为Φ8mm ，并且输出轴削平了一部分与蜗杆轴联接部分轴径为Ф12mm ，故其结构设计如图2.6所示。

图2.6 联轴器机构图 联轴器采用安全联轴器，销钉直径d 可按剪切强度计算，即[4]

d =（2.16） 销钉材料选用45钢。查表5-2[5] 优质碳素结构钢（GB 699-88） 45

调质≤200mm b σ=637MPa s σ=353MPa s δ=17% Ψ=35% 2x 0.39MJ/M α=

硬度217～255HBS

销钉的许用切应力为

[]477.75MPa 6370.750.8)~(0.7=?==b στ （2.17） 过载限制系数k 值 查表14-4[4] 取k =1.6

m N 587.0?=T mm 646.075

.47711214.35876.18≈?????=d 选用d =5mm 满足剪切强度要求。

2.5 蜗杆传动设计

爬楼车毕业设计说明书

前言 近年来随着计算机技术蓬勃发展，计算和数据传送速度大幅度提高。以此硬件为基础，许多智能算法得以在短时间内实现，智能机器人正变得越来越聪明。随着现实生活中对机器人技术应用的发展，使得机器人成为战胜自然和虚拟障碍的必需品。在很多危险场所，如战场、核生化灾害地、恐怖爆炸地等需要愈来愈多的移动机器人搭载机械手等设备代替人去执行任务。众所周知机器人自主爬楼梯是移动机器人完成危险环境探查、侦察、救灾等任务需要具备的基本智能行为之一。 目前，主要有腿式、履带式、轮式爬楼车移动机器人，腿式的如四足和六足机器人，尽管这些机器人能够爬楼梯和穿越障碍，但由于腿部的运动，它们不能在平坦的表面上平滑运动；履带式移动机器人以其强大的地形适应性而倍受青睐，其所受的摩擦力均匀分布在履带上，而轮式小车的摩擦力只是集中在轮胎与地面的接触面上，就抓地力而言它们是一样的，但在小车转弯或者爬坡时，履带式小车所受的摩擦力分布不会像轮式小车那样发生剧变，所以就表现出更好的操控性，但是转弯时，履带的磨损、履带开模难度大等都成为其应用的瓶颈；轮式移动机器人克服了履带式的这些缺点，在满足一定地形适应性的前提下，可以充分发挥移动机器人移动灵活、控制简单等优点。一般来说，轮式移动机器人对地形的适应性大小与轮子的数量成正比，但随着轮子数量的增加，又带来了机器人体积庞大、重量重等缺点。爬楼轮式行驶系统均采用各轮独立驱动,自主工作的方式,同时各轮均采用弹性悬挂方式,故工作起来方便灵巧,同心性和转向性均较好。刚性轮具有较高的机械可靠性,较好的转向性和环境适应性,但其行驶稳定性和耐磨损性均较差。充气轮虽然具有较好的行驶稳定性和越障能力,但其环境适应能力差,故不能应用到爬楼车中。金属弹性轮的爬坡性能、耐磨损性、环境适应性以及机械可靠性、越障能力均较好,但其转向性能较差。椭圆轮、半球轮和无毂轮的爬坡和越障性能及耐磨损性能均较好,但其行驶稳定性较差,机械可靠性最低。综合各方面的优缺点，轮式机器人是比较合理的。 该爬楼车辆包括：传动系统、行驶系统和转向系统三大系统。本课题着重进行行驶

爬楼梯小车设计原理

爬楼梯小车设计原理 一、设计原理 本文利用齿轮齿条原理设计了一款可爬楼梯的机器小车。 摘要: 运用齿轮齿条原理设计了一款可爬楼梯的小车, 同时以Pro /E 为设计平台建立了小车的参数化模型, 提高了爬楼梯小车的设计效率, 验证设计的合理性。 爬楼梯小车分为两个组成部分：控制部分和车体部分。 控制部分主要功能就是控制车体各部分的电机运动，包括前后两齿轮的正反转，以及前后轮的正反转。 车体部分重要部分就是爬升机构，爬升机构采用两组齿轮齿条机构，各分部在前后两处。具体爬楼原理为: 当刚开始上台阶时, 前齿轮正转, 使得前齿轮连同前轮抬升, 等前轮上升到一个台阶高度时, 后轮转动, 将前轮放在上一个台阶上; 然后后轮停止转动, 前齿轮反转,后齿轮正转，使得车身中部得以抬升, 此时前后两轮同时向前运动使得小车中部也落到上一个台阶，然后反转后齿轮，抬升后轮与前轮一平，继续前进小车。这样小车就顺利地上了一个台阶。这样一直循环, 就可以使小车顺利爬完楼梯。 与其它可以上楼梯的车子相比有以下优点: （1）设计原理直观; （2）小车结构简单, 容易制造; （3）可爬变高度的楼梯。 （4）整个爬升过程能保持车身安全平稳运动。

（5）依照上升原理，同样可以进行下台阶运动。 二、三维实体模型的建立和装配 2.1 实体模型的建立 实体建模是产品设计和仿真的基础, 模型建立的好坏直接影响到后面仿真和运动分析的结果。我们所研究的小车最主要的零部件是其爬升的关键部分齿轮齿条机构, 其他零件还有底盘、轴、车轮等。齿轮的建模是一项繁琐的工作, 参数化的齿轮可以使设计工作成倍地减小, 直齿圆柱齿轮的建模可以分为以下几步 : ( 1) 设置必需的参数, 如模数、齿数、压力角、分度圆直径等。用公式设置它们之间的关系。 ( 2) 使用“草绘”工具创建齿轮的分度圆、基圆、齿底圆和齿顶圆。( 3) 根据渐开线的方程创建齿槽的轮廓曲线。如果选坐标系为圆柱坐标, 则方程可以是: r=db/( 2 *cos( 45* t) ) th eta=tan( 45 *t) *18 0/pi -( 45*t) ( db 为基圆直径) z=0 ( 4) 使用“拉伸”工具创建齿轮的实体轮廓。 ( 5) 使用“拉伸”工具创建轮齿特征。 ( 6) 创建其他特征。 齿条的建模过程与齿轮相似, 建立好的齿轮如图1。

无碳小车结构设计报告

2015(第四届)山东省大学生工程训练综合能力竞赛 结构设计报告 总 5 页 第 1 页 产品名称：无碳小车 编号 1.设计概述 设计原则： 整车的重心要低，操作、调整方便灵活；结构尽量简单，传动件数少；质量小，足够的刚度，运动平稳。 2.设计方案 通过对小车的功能分析，小车需要完成重力势能的转换、驱动自身行走、自动避开障碍物。为了方便设计这里根据小车所要完成的功能将小车划分为六个部分进行模块化设计，分别是：车架 、原动机构 、传动机构 、转向机构 、行走机构 和微调机构，下面将详细介绍这六个模块。 2.1车架 车底板因不需承受很大的力，精度要求不是很高，考虑到加工方便、质量轻、成本低等因素，底板选用厚度为6mm 的铝板,尺寸定为143.5mm × 115mm 。小车运行起来按避障要求左右转向,引绳带动重块在重力的作用下将大幅摆动,可以通过降低小车底板距离地面的高度来降低整车的重心,为此将小车底板折弯,满足整车重心降低的需要。 2.2原动机构 原动机构的作用是将重块的重力势能转化为小车的驱动力。小车对此机构主要有以下要求： 驱动力适中，不至于小车拐弯时速度过大倾翻，或重块晃动厉害影响行走。到达终点前重块竖直方向的速度要尽可能小，避免对小车过大的冲击。同时使重块的动能尽可能的转化到驱动小车前进上，如果重块竖直方向的速度较大，重块本身还有较多动能未释放，能量利用率不高。由于不同的场地对轮子的摩擦可能不一样，在不同的场地小车是需要的动力也不一样。在调试时也不知道多大的驱动力恰到好处。因此还需要能根据不同的需要调整其驱动力。 在此结构中应让重块保持一定高度的支架以及重块带动车体的连接部件，考虑到立柱在满足一定强度的基础上需尽可能的轻，我们选用φ6铝棒材料。为了避免小车在行驶过程中，重块晃动过大，极易造成翻车现象， 通过多次的改进最终采用的是四根立柱，既轻便又稳固，达到预期效果。 至于滑轮，由于车体及车轮均采用铝板而不是材质较轻的雅格利板、碳板，车体较重，小车不易起动。定滑轮即稳定又容易改变力的方向，故选用了定滑轮。 2.3传动机构 传动机构的功能是把动力和运动传递到转向机构和驱动轮上。它的优劣直接决定了小车的性能，能量是否充分利用，转向是否精确皆取决于此。我们决定采用齿轮传动，它具有结构紧凑、可靠性好、效率高、传动稳定等特点。由于小车只绕8字走三圈，需提高小车的速度，减少能量的损失。 因此传动机构选择了传动比5:1的一级齿轮传动。在齿轮材质的选择上，综合考虑到齿轮材质轻、价格便宜、规格齐全并能满足小车所需齿轮强度要求，故采用铝制齿轮。 学校 名 称： 参赛项 目： 8子 型赛 道常 规 赛 装 订 线

重力驱动小车的结构设计及运动仿真分析

毕业设计（论文） 重力驱动小车的结构设计及运动仿真分析 院别控制工程学院 专业名称机械工程及自动化 班级学号3122218 学生姓名孙衍宁 指导教师单泉 2016年6月10日

重力驱动小车的结构设计及运动仿真分析 摘要 本文设计的重力驱动小车利用滑轮组将重物块的重力势能转换为小车的动能使之行走，并通过空间曲柄摇杆机构来控制前轮左右周期性转向，以此来避开障碍物。所设计的传动系统与转向系统结构简单，传动件少，降低了小车的传动损耗，从而让小车行走更远更平稳。 通过MATLAB平台，计算小车的运动轨迹，并得出小车运动轨迹路线图。通过MATLAB/Simulink中的SimMechanics工具箱建立小车转向机构的机构模型，并在SimMechanics环境下对自行小车的转向机构进行了运动学的动态仿真，同时进行了轨迹跟踪控制。 根据各部分结构方案，通过Inventor2015进行三维建模，并制作三维仿真动画，检验小车各运动部分是否有干涉，小车比例是否协调。 在小车的设计过程中，注重有限势能的优化利用、车体结构的合理性、行走的稳定性和协调性等，应用了诸多数学理论进行验证，通过对小车的结构设计、运动仿真分析，提高了提出问题、分析问题、解决问题的能力，并总结出了从中获得的经验和教训，受益良多。 关键词：重力驱动小车，MA TLAB/Simulink运动仿真，Inventor三维设计

Structure design and motion simulation analysis of gravity driven car Author：Sun Y anning Tutor：ShanQuan Abstract In this paper, the gravity drive n car converts the gravitational potential energy of the heavy block to the kinetic energy of the car by pulleys, and controls the direction of the left and right periodic steering by the spatial crank rocker mechanism to avoid obstacles. The design of the transmission system and steering system’s structure should be simple, less transmission parts, and reducing the transmission loss of the car, so as to make the car farther and more stable. Calculating the motion track of the trolley by the MATLAB platform, and the trajectory of the trolley motion is developed. Through the SimMechanics toolbox of MA TLAB / Simulink developed car steering mechanism model, and under the SimMechanics environment for their own car steering mechanism for the dynamic simulation of the kinematics. At the same time, the trajectory tracking control. Utilizing the advantages of the inventor in the design, according to the program of the structure, 3D modeling is developed by inventor.Seeing 3D animation simulation and testing car the moving part whether there is interference, the proportion of the car is harmonious. In the process of vehicle design, paying attention to optimization of finite energy utilization, the rationality of the car body structure, walking the stability,harmony and application of many mathematical theory was verified. Through the analysis of the car structure design and motion simulation, improve the abilities of finding questions, analyzing problems, solving problem. The experiences and lessons are summed up. Key words: Gravity driven car, MATLAB/Simulink motion simulation, Inventor 3D design

S形轨迹无碳小车的结构设计(1)讲课稿

S形轨迹无碳小车的 结构设计(1) “S形轨迹无碳小车的结构设计 摘要：针对第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛题目，设计一辆通过重力驱动的纯机械结构的无碳小车，且小车具有周期性越障功能。通过所学知识，设计并制作该小车，参加比赛。设定不同的参数，借助工程软件MATLAB对小车的轨迹进行仿真计算。通过分析，设计出一辆满足比赛要求的小车。并且通过调试证明，小车能够稳定行驶，具有较高的可靠性。 关键词：无碳小车越障轨迹仿真 0前言 本文针对第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛关于“S”形轨迹的要求，设计并制作了一种将重力势能转换为动能，并且按照“S”形轨迹稳定前行的无碳小车。

小车为三轮结构，前轮为方向轮；后面一轮为驱动轮，一轮为从动轮。小车具有可调节的转向控制机构，以适应700-1300mm间距的不同间距障碍物。 1小车结构设计 本文把小车的机构分为：原动机构、传动机构、转向机构、微调机构与车身。除了轴承、螺栓螺母等标准件可以直接选用外，小车的其余部件均使用 LY102铝合金制作。本文的设计目的是使小车各部分的尺寸协调，满足强度要求、实现不同距离的越障功能。下面是各个机构的设计： 1.1原动机构设计 原动机构是利用重物下落时的重力势能转化为动能，从而驱动小车前进和转向的机构。重物是1kg的标准砝码，重物周围是三根均布的钢管，从而约束重物的自由度，使重物直线下降，减少了能量损失，保证了小车重心的稳定性。重物通过尼龙线绕在小车的绳轮上，在下降的过程中，带动绳轮的转动，实现了能量转换。在实际测试中，证明了该结构简单、能量转化率高、成本低等特点。 1.2传动机构设计 传动部分是原动机构和小车主动轮动力传递的枢纽，本文设计的小车的传动机构由后轮、一级齿轮、及其相关零件组成。由于小车具有转向的功能，为不干扰小车的转向，后轮采用差速连接。小车的右后轮为主动轮，左后轮为从动轮。主动轮与传动机构相连，驱使小车的运动，从轮轮用轴承空套在后轴上，跟随小车的运动。为了适应不同间距越障，同时增大小车行驶的距离，我们采用多组齿轮啮合的方式,将700-1300mm的间距大致分为三组：700~900mm，900~1100mm， 1100~1300mm。分组后可根据不同障碍物间距，对应着不同组齿轮的啮合，从而

“8字形”无碳小车结构设计

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/5216326992.html, “8字形”无碳小车结构设计 作者：陈冬冬梅杰王沛栋智惠 来源：《工业设计》2017年第07期 摘要：针对2017年第五届全国大学生工程训练综合能力的命题“无碳小车绕8字组”的要求，对小车进行创新性设计，主要是转向机构设计。通过Adams软件强大的辅助功能进行参数化建模和仿真，对无碳小车运动轨迹计算仿真模拟，进而优化设计参数。利用Matlab软件对模拟数据进行分析，得出最佳结构设计。比赛实践表明，小车结构设计合理，运行轨迹满足“8字形”轨迹的要求，运行平稳，能量损失少，设计方案正确，在竞赛中取得了不错的成绩。 关键词：无碳小车；8字形；行走轨迹；计算仿真 中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编码：1672-7053（2017）07-0141-02 Abstract：In view of the proposition of the Fifth National College Students' engineering training comprehensive ability in 2017， the title of this contest is a car without carbon emission run around “8 character” .And this contest complete innovation design of the car， mainly steering mechanism design. Through the parametric modeling and Simulation of the powerful auxiliary function of Adams software， the trajectory simulation of the no carbon car is simulated， and the design parameters are optimized. At the same time， Matlab software is used to analyze the simulation data and obtain the best structure design. Competition practice shows that the design of the car structure is reasonable，the running track meets the requirements of the "8 character" trajectory， the operation is smooth，the energy loss is less， the design scheme is correct， and good results have been achieved in the competition. Key Words：carbon free car； 8 character； walking track； calculation simulation 本设计源于全国工程能力设计竞赛无碳小车的设计，该竞赛要求设计一种根据能量转换原理完成绕固定桩距的八字形小车。 1设计方案的创新性分析 根据比赛要求，无碳小车必须能够完成8字形的周期性绕圈，并且保证轨迹有较高的重合度，同时小车运动轨迹曲率要保证是均匀连续没有突变的变化，这样小车才能平稳运行不发生倾覆的现象。为使小车精确地走“8”行曲线，转向机构与后轮之间需存在精确的传动比关系。 小车设计的关键部分就是对于转向机构的设计，它将直接决定小车的整车性能和所绕8字形的圈数。为实现“8”字轨迹，转向机构必须是周期性受驱动力。

桥式起重机小车行走机构设计

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 小车行走机构设计 一．电动机的选择 （1）运行阻力 对于一般的起重机而言运行阻力即是起重机运行的静阻力，它分别包含：起重机运行的摩擦阻力、起重机在有坡度轨道上运行时必须克服的由起重机重量分力引起的阻力，可称为坡度阻力、室外起重机还要考虑的由于风载引起的阻力，称之为风载阻力。 P静=P摩+P坡+P风（公斤） P静——起重机运行的静阻力 P摩——起重机运行的摩擦阻力 P坡——起重机运行时克服轨道坡度引起的重量分力的阻力 P风——室外工作的起重机索要考虑的风载荷引起的阻力 但是对于室内工作的桥式起重机，没有风载阻力和坡度阻力，所以，此次设计的桥式起重机，运行阻力只有起重机运行时的摩擦阻力，即： P静=P摩 对于运行摩擦阻力，指的就是起重机满载运行时的最大摩擦力： P摩=（Q起+G0) (2K+μd)K附/D轮 Q起—起升载荷重量10000kg G0—小车自重3500kg K—滚动摩擦系数0.03 μ—轴承摩擦系数0.015 d—轴承内径10cm K附—附加摩擦力系数 1.8 D轮—车轮直径20cm 对于上式，令: f0=(2K+μd)K附/D轮

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ f0—摩擦阻力系数 计算得：f0=（2×0.03+0.015×10）×1.8/20 =0.0189 满载运行时的最小摩擦阻力： P摩满min=（Q起+G0)(2K+μd)K附/D轮 =（10000+3500）（2×0.03+0.015×10）×1.8/20 =255.15 空载运行时的最小摩擦力： P摩空min=G0(2K+μd)K附/D轮 =3500×（2×0.03+0.015×10）×1.8/20 =66.15 初算起重机运行摩擦阻力： P摩满min=f0min（Q起+G0)K附 计算得：f0min=P摩满min/（Q起+G0)K附 =255.15/[（10000+3500）×1.8] =10.5kg/t 其中，上式中f0min—最小摩擦阻力系数 其中G0≈0.35Q起=3500kg；Q起=10000kg；D轮=200mm K=0.0090; d=130mm；μ=0.015；K附=1.8 （2）