AGV小车说明书 - 图文

河 北 科 技 大 学

学生个性化教育实训报告

题 目： 学生姓名：

指导教师：

日

期：

1

河北科技大学机械工程学院

《自导引小车AGV系统分析与设计》任务书

专业 机械设计制造及其自动化 指导教师 班级 学生姓名 学号

一、内容简介

自导引小车是本设计以AGV为例，设计自导引小车，并通过实训装置进行调试练习。

二、任务要求：

（1）自导引小车载重20Kg，要求实现前进、转弯和自动循迹功能； （2）具有红外避障功能； （3）小车行进速度可调；

（4）控制系统采用STC89C52，采用单片机C51语言编程； （5）要求控制系统有仿真和调试。 三、任务内容：

（1）实训设计说明书1份；

（2）机械结构三维模型图（电子版），二维设计装配图1张及主要零件图； （3）控制系统原理图1张； （4）程序框图及程序清单； （5）演示视频。

四、时间安排（17周-20周）

2015.12.21-2015.12.27 ：认识自导引小车，根据要求设计机械结构，进行

强度的计算与校核，三维建模，绘制机械结构装配图、主要零件图；

2015.12.28-2016.1.1 ：熟悉控制元件、控制流程，绘制自导引小车控制系

统原理图；

2015.1.2-2015.1.6 ： 编写控制程序；

2015.1.7-2016.1.15 ： 仿真、调试程序；编写设计说明书。

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目 录

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 .................................................................. 2 1.3 AGV系统组成 ...................................................................................... 3

第二章 机械部分设计 ............................................................................ 4

2.1设计任务 .............................................................................................. 4 2.2确定机械传动方案 ............................................................................. 5 2.3直流伺服电动机的选择 ..................................................................... 5 2.4联轴器的设计...................................................................................... 8 2.5蜗杆传动设计...................................................................................... 8 2.6前轮轴的设计.................................................................................... 11 2.7蜗杆轴上的轴承选型计算 ...............................................................13

第三章 控制系统的设计 ................................................................ 15

3.1单片机的选择....................................................................................15 3.2电机驱动芯片的选择 .......................................................................17 3.3循迹模块的选择 ...............................................................................19

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3.4硬件系统电路图 ...............................................................................20 3.5软件部分设计....................................................................................20

第四章 小车组装 ............................................................................ 23 第五章 总结 .................................................................................... 27 第六章 分工情况 ............................................................................ 28

2

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。

自动导引车（automatic guided vehicle，AGV），是一种集声、光、电、计算机为一体的简易移动机器人。在结构上有类似于有人驾驶车，只不过它的行驶是在车载微电脑的控制下完成的。主要应用于柔性加工系统、柔性装配系统（以AGV作为活动装配平台）、自动化立体仓库以及其他一些行业作为搬运设备。

最早的自动搬运车是1913年福特汽车公司用在底盘装配上，代替了原来的输送机，使原装配时的12小时28分缩短了1小时33分。1956年英国人组成了以电磁感应导向的简易AGVS，从此60年代传到了美国。1959年日本也从这时开始引进AGVS技术。60年代AGVS从自动化仓库进入到柔性加工系统(FMS)。70年代AGV作为生产组成部分而进入了生产系统，从而使AGV得到了迅速发展。特别在汽车制造业得到广泛应用。

我国是从1976年起重机械研究所研制出第一台ADB型AGV；北京邮电部邮政科学技术研究所为上海新火车站邮政枢纽、济南军区仓库研究试制的WZC及WZC一1两种AGV，1991年也投入了运行；中科院沈阳自动化研究所1993年4月在北京新技术展览会上介绍了自行研制的SIA7—AGV一1型载重300公斤的自主导引小车，在沈阳某厂试用；1992年天津理工学院研制的带电缆光导AGV。我国台湾省曾委托ADLITTLE咨询公司编制“2000年新兴工业规划”，把开发研制AGVS列为第一类出口导向型优先发展的自动化产业。2000年世界自动化产业需求量为700亿美元，台湾达到36亿美元。

最早期的AGV是铺轨式的，车体在预设的铁轨上行驶，利用通信设备控制它的行驶或停止，并没有涉及到传感器。随着传感器技术的飞速发展，各种各样的传感器被使用在AGV中，AGV利用传感器感知周围事物的信息，控制机车的运动，从而实现真正意义上的自动导引。

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1）拟定轴上零件的装配方案

装配方案是：左轮辐板、右轮辐板、螺母、套筒、滚动轴承、轴用弹性挡圈依次从轴的右端向左安装，左端只安装滚动轴承和轴用弹性挡圈。这样就对各轴段的粗细顺序作了初步安排。

2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

(1)初步选择滚动轴承。自动导引小车前轮轴只受弯矩的作用，主要承受径向力而轴向力较小，故选用单列深沟球轴承。由轴承产品目录中初步选取单列深沟球轴承6004，其尺寸为d×D×T=20mm×42mm×12mm,故dⅠ?dⅢ?dⅨ?20mm。

右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得6004型轴承的定位轴肩高度h=2.5mm，因此取dⅣ?25mm。

(2)取安装左、右轮辐处的轴段Ⅵ的直径dⅥ?30mm;轮辐的左端采用轴肩定位，右端用螺母夹紧轮辐。已知轮辐的宽度为34mm，为了使螺母端面可靠地压紧左右轮辐，此轴段应略短于轮辐的宽度，故取lⅥ?32mm。左右轮辐的左段采用轴肩定位，轴肩高度h>0.07d，取h=3mm，则轴环处的直径dV?36mm。轴环宽度

b≥1.4h，取lV?5mm。

(3)轴用弹性挡圈为标准件。选用型号为GB 894.1-86 20，其尺寸为d0?20mm,故

dⅡ?dⅩ?19mm,lⅡ?lⅩ?1.1mm ,lⅢ?13?1.1?11.9mm。

其余尺寸根据前轮轴上关于左右轮辐结合面基本对称可任意确定尺寸，确定了轴上的各段直径和长度如图2-8所示。

3）轴上零件的周向定位

左右轮辐与轴的周向定位采用平键联接。按dⅥ由手册查得平键截面b×h=8mm×7mm

(GB/T 1095-1979),键槽用键槽铣刀加工，长为28mm(标准键长见GB/T 1096-1979),同时为了保证左右轮辐与轴配合有良好的对中性，故选择左右轮辐与轴的配合为H7/n6。滚动轴承与轴的周向定位是借过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为j7。

4）确定轴上圆角和倒角尺寸

取轴端倒角为1×45°，各轴肩处的圆角半径为R1。 3.求轴上的载荷

首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图。

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F1F2FMMc

图2-9 前轮轴的载荷分析图 11 F1?F2?F??80.84?40.42N L1?L2?39mm

22 MC??F1L1??40.42?39??1576.38N?mm

4.按弯曲应力校核轴的强度

进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩的截面强度。最大负弯矩在截面C上，MC??1576.38N?mm。

对截面C进行强度校核，由公式[4]

?ca?M????1? （2-35） W由表15-1[4]得，45钢 调质 ???1??60MPa 由表15-4[4]得，

bt?d?t?3.14?3038?4??30?4?W?????2288.84mm3 （2-36） 322d322?30?d322

1576.38?0.689MPa

2288.84因此该轴满足强度要求，故安全。

?ca?2.7蜗杆轴上滚动轴承选择计算

r5要求寿命Lh?2500h，转速n?1410.mi轴n承的径向载荷，

Fr1?110.4N，作用在轴上的轴向载荷Fa?606.66N。

1．由上述条件试选轴承

选30203型轴承，查表5-24[5]

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e?0.35 C?19.8kN C0?13.2kN nlim?9000rmin（脂润滑）

图2-12 蜗杆轴上的轴承受力

2．按额定动载荷计算

S1?S2?Fr1110.4??32.47N (2-52) 2Y2?1.7 S2?Fa?32.47?606.66?639.13N﹥S1

? Fa1?S2?Fa?639.13N，Fa2?S2?32.47N

P?fP?XFr?YFa?

查表15-12[5]，fP?1.2

Fa1639.13??5.789﹥e?0.35， X?0.4， Y?1.7 Fr1110.4P1?1.2??0.4?110.4?1.7?606.66??1290.58N

Fa232.47??0.294﹤e?0.35， X?1， Y?0 Fr2110.4

P2?fP?XFr2?YFa2??fPFr2?1.2?110.4?132.48N

60nLh106103由式?15?2?[5] C?P?103 ??10 3C1?P160nLh106?1290.58?60?1410.5?2500?6433N 610C2?P210360nLh106?132.48?10360?1410.5?2500?660N 610C1、C2均小于C?19800N满足要求。

3．按额定静载荷校核

由表?15?10?[5] C0?S0P0

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查表15-14[5]，取S0?1.8

Fa111?5.789﹥??0.5 Fr12Y02?1P01?X0Fr1?Y0Fa1?0.5?110.4?1?606.66?661.86N

Fa211?0.294﹤??0.5 Fr22Y02?1

P02?Fr2?110.4N

P01、P02均小于C0?13200N，满足要求。

第三章 控制系统的设计

3.1单片机的选择 3.1.1单片机介绍：

单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能

集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。

单片机也被称为微控制器（Microcontroler），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。

3.1.2选型

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AT89C51（如图所示）是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

3.1.3 8051的初始态

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不

出现。

EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA

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TH1 = 0x0FC; TL1 = 0x0E0; TCON=0x50; IE=0x8a; TR0=1;TR1=1;

A2=0;A4=0;A1=0;A3=0; while (1)

{ if(b3==0||b4==0) {A1=0;A3=0;} else {

if (b1==0) { A1=1; A5=1; }

if (b2==0) {

A3=1; A6=1; } }

} }

void Timer0Interrupt(void) interrupt 1 {

TH0 = 0x0FC; TL0 = 0x18; TH1 = 0x0FC; TL1 = 0x0E0; A5=1; A6=1; }

void Timer1Interrupt(void) interrupt 3 {

if(b1!=0) A5=0; else A5=1; if(b2!=0) A6=0; else A6=1;}

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第四章 小车组装

1.构成小车的各零件及电路板

2.首先，将万向轮、左电机车轮和右电机车轮安装在地盘以下，支撑起车身。

3.其次，按照顺序分别将单片机、4路循迹传感器模块安装在地盘以上。然后再将L298N直流电机驱动芯片安装在地盘以下。

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4.再次，用一定数量的导线对单片机、4路循迹传感器模块、L298N直流电机驱动芯片进行对应接口的正确连接。

5.单片机的VCC端对应驱动芯片的+5V接口，单片机的GND接口对应驱动芯片的GND接口，单片机的port端的输出口按接线顺序对应驱动芯片的接收端INT1~INT4端口，并且按顺序对应驱动芯片的通

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道A通道B使能端ENA（自左向右插线）。

6.单片机+5V和GND端对应4路应循迹模块的VCC端和GND端，然后将单片机的PORT端接收端按顺序对应4路循迹模块的输出端D01~D04进行连接。

7.将四片光感小灯按顺序与4路循迹模块对应的接口进行连接。

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8.最后用模型专用螺栓和螺母将各元器件固定。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ccof.html