物流園區AGV車體框架結構設計
?摘要
隨著我國改革開放的不斷開展，我國經濟建設和技術應用都得到了高速穩定的發展，自動牽引車已成為制造加工和物流行業必不可少的關鍵設備，自動牽引車可以分為潛伏式牽引車和叉車式牽引車兩種，叉車式牽引車通常情況下是通過車體尾部的貨叉來實現牽引貨物的，所以其工作時需要占用大量的空間，而潛伏式牽引車恰恰克服了這一技術難題，直接潛入到貨物底部來牽引貨物，能夠更加方便快捷的完成各項任務。
潛伏式牽引車相比叉車式牽引車底盤更低，體積更小，更加便于實現現場的使用和貨物運輸。本篇論文中提出了一種結構巧妙、機動性好、穩定性能高的潛伏式牽引車設計方案，本方案對自動牽引車技術進行深入分析研究，對小車的運動過程整體性能及車體框架結構進行設計，對運動性能進行改進，合理布置其主框架和副框架，潛伏式牽引車作為一種新型的自動牽引車，對此進一步的研究也是不能忽視的。
關鍵詞：自動導引車，運動性能，運動系統
Abstract
With the continuous development of China’s reform and opening up, China’s economic construction and technology applications have been high-speed and stable development, automatic tractor has become a manufacturing and logistics industry essential essential equipment, automatic tractor can be divided into latent tractors And forklift tractor two, forklift tractor is usually through the tail of the car body to achieve the traction of goods, so its work need to take up a lot of space, and latent tractors just to overcome this technology Difficult to sneak into the bottom of the goods to attract the goods, to more convenient and quick to complete the task.
The latent tractor is lower and smaller than the forklift tractor chassis, making it easier to use on-site and cargo. This paper presents a design scheme of latent tractor with high structure, good maneuverability and high stability. The scheme analyzes the automatic tractor technology and analyzes the overall performance and body structure of the car Design and improvement of the performance of the vehicle, the rational arrangement of its main frame and sub-frame, latent tractor as a new type of automatic tractor, this further study can not be ignored.
Keywords:?Automatic Guided Vehicle, motion performance, braking system
1 緒論
1.1引言
隨著我國改革開放的不斷開展，我國經濟建設和技術應用都得到了高速穩定的發展，自動牽引車應用的地方變得越來越多，從單一的生產制造業發展到各行各業，甚至延伸到排爆等危險的具體工作?，F在國內外都開始了對自動牽引車的系統研發和設計，而自動牽引車選擇何種取貨方式是其設計時最重要的考慮點之一。
隨著自動牽引車行業技術的發展，叉車式自動牽引車由于其結構和操作過于復雜，且應用時通常需要很大的場地，因此并沒有得到廣泛的使用。而目前市場上的自動牽引車主流仍是叉車式自動牽引車，我們常見的叉車式自動牽引車多像自動叉車的結構形式，該叉車式自動牽引車移動結構簡單，適用于平坦的地面，行走過程穩定，但是同樣存在著許多缺陷，最大的問題是叉車式自動牽引車對行走地面要求比較高，在有坡度或者是凹凸不平的道路上行走時極容易打滑；且移動轉向的時候需要整個叉車牽引車本體轉動，轉彎半徑較大，占用的行走空間較多。我們都知道驅動單元是自動牽引車中極為重要的一個構件，因此在整體設計的時候應該考慮驅動結構的適用性，穩定性和可靠性。
為了讓潛伏式自動牽引車的各項性能滿足其使用要求，我們需要從以下方面要求入手考慮：機動性能好，轉彎半徑小，牽引能力強，與地面附著力大，穩定可靠性高。本設計中我們選用潛伏式結構作為自動牽引車的總體結構，其既具備叉車式自動牽引車行走結構簡單的優點，又具備叉車牽引車移動過程動作穩定、操作簡單的優點；潛伏式自動牽引車能夠適用于各種環境下的工作，因此對其進一步的研究是不能忽視的。
1.2自動導引車的發展概況
歐美等國家在自動牽引車的技術研究方面一直處于世界的前端，他們單獨設立有專門的自動牽引車技術研究小組，且都在努力將自動牽引車的技術推廣到各行各業當中。目前美國的自動牽引車的研發已經取得了突破性的進展，他們成功將該自動牽引車應用到一些危險的環境中實際作業，還有部分自動牽引車甚至開始在戰爭中嶄露頭角，比如:iRobot公司的Packbot，Battelle公司的ROCOMP, Remotec公司的MINI Andros 等，其中最典型的是:iRobot公司的Packbot。
iRobot公司在美國的自動牽引車研究領域處于領先地位，其研發的單兵便攜式遙控地面武器機動平臺Packhot被美國軍方視為輕型無人偵查、戰術用機動平臺的模板。Packbot為潛伏式自動牽引車，長0.87m，寬0.51m，高0.18m，自重18kg，最大運行速度14km/h，充電一次可以行駛10km，無線遙控移動，具有自主移動能力，設置有5個載荷設施接口，可任意搭載機械手、小型武器或其他裝備，主要用于偵察地形、戰術實施，如反地道、近距離干擾等。Packbot安裝有輔助轉臂，所以翻越障礙的能力極強，可以爬60°坡度的樓梯，有多種越障方式，能越過比自身高度大許多的障礙物，可以從任何顛覆狀態恢復到正常行駛狀態。輔助轉臂可以拆卸，方便攜帶使用。Packbot平臺結構穩固，抗沖擊能力極強，可經受400G的沖擊，從2m高度摔下來也不會損壞，可從窗戶或者低空直升機直接拋出。
目前國內對移動自動牽引車的技術研究仍然處于初始階段，對移動自動牽引車的定位傳感器、位置導航、運動控制以及主體結構設計等關鍵層面的研究還遠遠落后于其他歐美國家。不過現在許多國內研究機構也開始努力開展對移動自動牽引車的研究工作，從最基礎的主體機械結構設計及運動控制入手。由于移動自動牽引車在機動性、越障方式等方面與其他自動牽引車有很大不同，因此國內在移動自動牽引車技術研發這條路上還有很長的路程要走。
1.3有限元分析的介紹
有限元分析是運用電子計算機進行數值模擬的方式，現如今在工程技術領域中的應用十分多，有限元計算答案已成為各類工業產品設計和性能分析的可靠依據?，F在，有限元分析大量應用于解決航空、工業、航天、電子、土木、船舶、能源、化工、核工業、生物、醫學及交通運輸等眾多領域的具體工程問題，尤其是隨著計算機技術突飛猛進的高速發展，有限單元法在解決具體問題的規模、區間方面也已經發生了巨大的變革。有限元分析技術可以實現：
（1）找到產品潛在的問題以及先天的缺陷，為我們創造更加品質優異的產品。
（2）對風險進行評估與預測，提高產品和加工生產的可靠性，降低存在的風險。
（3）通過進行對比計算分析，運用改進后的設計方案，降低產品生產加工成本。
（4）縮短產品投向市場的時間。
（5）降低物理試驗次數，對大量實際情況進行快速而有效的模擬實驗分析。
有限元分析是R.Courant于1943年首先提出的。從提出有限元分析的概念以來，有限元理論及其特殊的應用得到了高速發展。以往不能解決或能解決但解決精度不高的情況，都得到了更好的解決方法。傳統的FEM假設：分析域是無限；材質是同樣的，甚至在絕大部分的分析中認為材質是各向同性的；對邊界環境簡化處理。但實際情況往往是分析區域有限、材質各向異性及邊界環境難以確定等因素。為了解決這些問題，美國學者發現用CFEM(Gener-alized Finite Element Method)解決分析區域內含有大量孔洞特性的情況；比利時學者也在之間提出了用HSM解決實際開裂情況。
FEM在國內的應用也十分廣。自從我國成功研制了國內第一個通用有限元分析程序系統JIGFEX后，有限元分析涵蓋到工程分析的各個領域中，從我國大型的三峽工程到微米級的器件都運用了FEM進行分析，在我國高速經濟發展中擁有很大的發展空間。
現在我們在進行大型復雜工程結構中物理場分析時，為了控制并估計偏差，常用后驗偏差估計的自適應有限元分析。而基于后處理法的計算偏差，與我們常常使用的傳統算法不同，它完美的將網格自適應過程分成均勻化和變密度化兩個迭代過程。而均勻化迭代過程中，運用均勻網格尺寸對整體分析區域進行網格劃分，便得到一個合適的起始均勻分析網格；而在變密度化迭代過程中只進行網格細化的操作，而且充分運用上一次迭代的答案，在單元所在的曲邊三角形區域內部進行局部網格細化工作，保證了全局分析網格尺寸分布的合理性，這樣不同尺寸的網格就能夠光滑銜接，從而提高網格的整體質量。上述整個方案簡單可行，穩定可靠，數次迭代即可快速收斂，生成的網格布局合理，質量水平高。
1.4課題研究意義及目的
從目前全球市場需求布局來看，歐、美地區成為功能全、結構簡潔、質量好、性能穩定的移動自動牽引車的主要銷售市場；中東、非洲地區主要選擇老款式、簡單實用價格便宜的移動自動牽引車；還有以俄羅斯為代表的高寒國家則更喜歡能耐寒，機械結構牢固的移動自動牽引車以適應當地的地理氣候條件；日韓則主要關注產品的品質與安全；目前國內的移動自動牽引車整體研究狀況還是比較良好，已由原來單一的移動功能，不注重外觀，逐漸演變成為實際使用中的藝術品，以外觀精美結構巧妙，操作方便，質量安全穩定等特點成為新的發展方向。為進一步適應各行各業的發展，現如今市場上還出現了移動服務自動牽引車。
2自動導引車（AGV）簡介
2.1 AGV工作原理
現有市場上常見的自動牽引車基本上都是叉車式自動牽引車，其基本工作方式為電動機帶動輪子轉動，輪子再將動力傳遞給整個叉車式自動牽引車達到讓其自由行走的目的。叉車式自動牽引車主要有以下幾個方面的缺點：對行走地面要求比較高，在有坡度或者是凹凸不平的道路上行走時極容易打滑；且移動轉向的時候需要整個自動牽引車本體轉動，轉彎半徑較大，占用的行走空間較多；而本設計中的潛伏式自動導引車的工作原理是根據工作要求設置其行走路線，依據其行走軌跡對其進行編程，由數字編碼器檢測、判斷電壓信號是否與預先編程的軌跡的位置存在偏差，控制器根據檢測出來的位置偏差，通過調節電動機的轉速對偏差進行糾正，從而實現，自動導引車沿預先編程的軌跡行走。電池為自動導引車的動力來源。
這兩種自動牽引車的工作原理截然不同，兩者結構不同、實現方式不同，使用方法也不相同。本篇論文中的潛伏式自動牽引車設計運用了巧妙的機械傳動結構，利用電動機作為自動牽引車行走的源動力，再通過穩定的減速器和鏈傳動將電動機的動力傳遞給整個車體，使得自動牽引車可以實現自由的行走，整個運動過程更加平穩。我們在現有的潛伏式自動牽引車的理論基礎上改良結構和運動方式，機械結構更加優化，綜合材質的選擇、結構的簡化，讓使用者更加方便穩定的使用該移動自動牽引車，這是本篇論文潛伏式自動牽引車的設計初衷。
2.2 AGV的分類
潛伏式AGV系列
| 雙向潛伏式AGV小車 | 該車的驅動方式是四輪驅動，可以雙向運動潛伏到貨車下面，通過升降牽引裝置與貨車銜接，選擇站點?？?，可實現AGV按照兩個或者多個站點停靠，完成來回往返的搬運工作。 |
| 超低雙向潛伏式AGV | AGV的特點是非常低，只有168MM的高度，同時具有雙向牽引功能，潛入車底，用提升桿牽引貨物，選擇多個地址塊，可以方便地來回自動搬運貨物。 該模型廣泛應用于生產車間。 |
| 小型潛伏式AGV | 牽引潛伏式AGV的特點：外形小巧，結構緊湊，搬運靈活?？蓾摲诹宪嚨撞浚禒恳b置的升降桿，可以自動和料車進行銜接，實現自動掛扣和脫扣，也可以直接牽引料車。該小車被大量使用在加工制造車間和大型物流倉庫。 |
| 超低型潛伏式AGV | 車體高度只有168mm，比以往的潛入牽引型車更低，可以便捷潛入牽引各種料車；該車型方便操作維護，行駛穩定，目前已廣泛應用，在車間內部大量使用。 |
| 潛伏式后牽引AGV | 具備潛伏和后牽引的功能，AGV可以自動運動到貨物底部下，利用升降桿牽引貨物，該車體的后牽引桿也可用于牽引貨物，把貨車牽引到指定位置，然后自動和分離，隨后鉆到空貨車的下面，拖走空貨車。該種后牽引AGV車型在工廠物料或成品的搬運已經得到廣泛應用。 |
背負式AGV系列
| 背負托盤式AGV | 該小車功能強大，既可以直接牽引物流臺車，又可以潛伏到臺車底部進行牽引運輸。通過車頂的牽引機構將臺車和小車相關聯，通過車體內部的驅動電機帶動整個牽引車向前行走，有著運行速度快，運動定位精度高的優點 |
| 大型自卸式背負AGV | 使用滾筒驅動完成自動進料工作，下料時，當材料升起時，機體會抬起材料，使用帶式輸送機將材料從垂直方向移除，該車型具有高度的柔韌性 適應現場環境強勁，將配合AGV使用的改造工作降到最少，此型號已成功投入使用電視檢測裝配線。
|
| 重載型AGV | 可以前進，后退，橫向移動，左右行駛，它的停止定位精度可達5MM，車體外殼由高強度材料制成，，對于電梯制造廠家而言，解決了點擊轉子轉運困難的問題，大大降低了勞動者的勞動強度。 |
| 單向背負型AGV | 托盤，機架，物料箱等可放在AGV車身上進行搬運，或通過AGV尾部拖引料車。 小車按照上位程序設定的規定路徑行走運輸貨物。 |
| 雙向背馱式AGV | 該小車通過在車體頂部安裝動力滾筒實現背馱貨物的自動上料和下料，通常該小車可以負重較大重量物品。 |
| 多站點背馱式AGV | 該背馱式自動牽引車通過預先設定的軌道運動，行走運動精度±10mm，該小車被大量使用在加工制造車間和大型物流倉庫。 |
| 背馱式AGV | 該自動牽引車通過車頂的牽引機構將臺車和小車相關聯，通過車體內部的驅動電機帶動整個牽引車向前行走，有著運行速度快，運動定位精度高的優點。 |
牽引式AGV系列
| 牽引AGV | 該小車車體占地空間小，轉彎半徑小。通過車頂的牽引機構將臺車和小車相關聯，通過車體內部的驅動電機帶動整個牽引車向前行走，有著運行速度快，運動定位精度高的優點。 |
| 牽引潛伏兩用AGV | 該小車功能強大，既可以直接牽引物流臺車，又可以潛伏到臺車底部進行牽引運輸。通過車頂的牽引機構將臺車和小車相關聯，通過車體內部的驅動電機帶動整個牽引車向前行走，有著運行速度快，運動定位精度高的優點。 |
| 潛伏式后牽引AGV | 具備潛伏和后牽引兩種功能，AGV可以潛伏在貨車下面，使用電動升降桿牽引貨車，也可以使用牽引鉤牽引貨車，當運達至貨車固定位置后，導引車自動分離貨車，然后鉆入空的貨車下面拖走將其拖走。 該模型廣泛應用于工廠材料或成品處理的搬運。 |
滾筒AGV
| 背馱帶動力輥筒AGV | 該小車通過在車體頂部安裝動力滾筒實現背馱貨物的自動上料和下料，通常該小車可以負重較大重量物品。 |
| 雙向滾筒AGV小車 | 雙向滾筒AGV小車通過與電力連接平臺結合使用，形成完全自動化的無人操縱系統。該模式已成功應用于紡織加工和電子工業 等行業中。 |
| 雙向重載背負滾筒AGV | 車體帶兩列獨立滾筒工位，方便上下料；雙工位AGV可增加單次運載量或供空箱回收使用，大大提高搬運效率，減少現場空間占用，為客戶節省投資成本; 這種模式已經在電梯制造業務中得到成功應用。 |
| 雙向滾筒式AGV小車 | 該小車通過在車體頂部安裝動力滾筒實現背馱貨物的自動上料和下料，通常該小車可以負重較大重量物品。通過預先設定的軌道運動，行走運動精度±10mm，該小車被大量使用在加工制造車間和大型物流倉庫。 |
全向橫移AGV
| 萬向橫移舉升AGV | 該小車功能強大，可以在任意方向對臺車進行舉升牽引。通過車頂的牽引機構將臺車和小車相關聯，通過車體內部的驅動電機帶動整個牽引車向前行走，有著運行速度快，運動定位精度高的優點。 |
| 萬向型AGV | 主要用于醫學教育，商務辦公，自動牽引車主題餐廳等等，此款AGV不但具有非常靈活的機動性能，而且工作空間很小，可任意旋轉90度或180度，是一款簡單的迷你智能AGV。 |
重型舉升AGV
| 雙向帶橫移自動升降機AGV | 機體各面有機械防撞機制，加強了四方位安全行駛的性能; 由AGV車身控制剪刀升降機在不同高度的切割機對接自動卸載作業，設備利用率較高，設備已投入使用于紡織集團。 |
2.3 AGV的導航方式
電磁導航：電磁導航是一種更為傳統的導向方式，根據工作需求，在工作區域埋設金屬導線，并加載低頻低壓電流，使電線周圍的磁場，AGV沿著此路徑行走時，其內部的感應線圈通過對導航磁場力量識別跟蹤，實現AGV的導引。
優點：導線隱藏，不易污染和損壞，引導原理簡單可靠，易于控制通訊，無干擾聲光，投資成本遠低于激光導航
缺點：改變或擴大路徑比較麻煩，引導線鋪設相對困難。
磁帶導航：磁帶導航技術與電磁導航相似，區別在于使用磁帶在路上而不是磁帶嵌入地下金屬線，通過磁帶傳感應信號實現指導。
優點：采用磁帶導航導引車定位精確，鋪設、變更或擴充行走路線時，相對于電磁導航的較容易，而且磁帶成本較低。
缺點：磁帶容易斷開，需要經常對磁帶進行維護，更改路徑時需要重新鋪設磁帶，AGV只能通過磁帶走，不能實現實時避免，或者通過控制系統實時更改任務。
二維碼導航：該技術的出現已經有一段時間，運用該導航方式的導引車是通過視覺識別系統識別二維碼，加上慣性進行導航，其地圖相當于是一個大號的圍棋棋盤，自動牽引車可以到達所有點。物流倉庫中的這種類型的AGV有很大的用處，但是因為貨架重心很大，所以啟動和結束時對速度控制有一定的要求。
優點：AGV定位精度，導航靈活性更好，鋪設，改變或擴展路徑也比較容易方便控制通信，不會干擾聲光。
缺點：需要定期維護路徑，如果現場復雜，則需要運行替代二維碼，對陀螺儀的準確性要求高，其使用壽命要求長，另外對于工作場地的平整度要求較高，價格偏高。
激光導航：第一種是通過反光板導航，在AGV工作的路徑周圍安裝位置精確的激光反射板，通過AGV發射激光束，同時收集由路徑周圍的反射板反射過來的激光束，確定AGV此時所在的位置和方向，并通過連續的三角形幾何操作來實現AGV導航。另一種是通過激光測距與SLAM算法結合，建立一套自動導引車行駛路線圖，不需要任何輔助材料，具有更高程度的靈活性，可以進行全面部署，這種導航是未來的發展趨勢，也是很多廠商都在研發的方向，靈活性比其他導航方法強。
優點：AGV定位精準，地面不需要設置其他定位設施，行駛可以適應各種現場環境，目前國內外很多AGV廠商都傾向于使用該種先進的導航。
缺點：制造成本高，對環境有相對較高的要求（外界光線，地面要求，能見度要求等）
3 潛伏式自動導引車的硬件設計
3.1潛伏式自動導引車的設計要求
（1）本設計中的潛伏式自動導引車主要用于制造工廠或物流園的貨物的輸送、牽引拆裝、流通、運輸等。
（2）本設計之前綜合考慮，該潛伏式自動引導車應該具有以下功能：產品加工生產成本低，質量安全穩定，使用壽命長，結構穩固，使用便捷，方便搬運移動；
（3）本設計從車體框架結構的主框架和副框架、升降牽引裝置、運動控制和驅動單元結構四個方面著手進行詳細的設計分析及計算闡述。
3.2潛伏式自動導引車的設計概述
本設計中自動導引車由車體主框架、車體副框架、蓄電池、充電裝置、運動定位系統、通信系統、升降牽引結構和運動控制裝置等組成。本設計中的自動導引車，主體結構由車體框架組成，而車體框架又可以分為主框架和副框架兩部分，
車體主框架是由厚度為5mm的鋼板通過機器人焊接工作站焊接而成，焊接夾具保證了其加工定位精度和焊接結構強度，副框架主要安裝有萬向輪，和驅動機構，它的結構同樣十分關節，因為這些結構都是自動牽引車的運動部件，直接影響了小車運動的定位精度。車體的內部還安裝有運動控制模塊，包括西門子PLC-200系列的CPU，運動定位模塊，通訊模塊，模擬量輸出模塊等等，車體的前端還安裝有控制面板，包括人機界面觸摸屏，報警三色燈，啟動按鈕，急停按鈕，空氣開關，PBS防撞傳感器和自動感應撞擊的防撞條。
3.3驅動結構的設計
本篇論文中的驅動結構由驅動固定外殼、直線軸承模塊、預緊螺母、支撐直桿、減震彈簧、車體框架連接板、車體框架固定板、行走輪固定軸、行走輪限位擋板、行走輪、驅動機構電動機、驅動機構基座固定板、驅動機構基座、自動導航傳感器、自動導航傳感器安裝板等結構組成。
該機構中，驅動固定外殼為2mm厚度的45鋼板折彎而成，連接處通過焊接的方式連接起來，兩個驅動機構電動機分別安裝在固定外殼的左右兩邊的內側，驅動機構基座與兩個電動機的另一側固定連接好，驅動機構基座固定板安裝到驅動機構基座的頂部，直線軸承模塊同樣也安裝到驅動機構基座的軸承安裝孔內，且整個驅動機構的支撐立桿安裝到直線軸承模塊內部，保證上下同心安裝。
驅動結構的避震機構包括有 ：預緊螺母、支撐立軸、車體框架連接板、車體框架固定板、直線軸承模塊和減震彈簧 ；其中，支撐立軸安裝在直線軸承的中間，保證其同心度，支撐立軸的上端安裝預緊螺母用于避震，下端與驅動機構基座連接固定，支撐立軸和驅動機構基座通過一根圓柱銷軸鏈接固定，減震彈簧被壓縮安裝于車體框架連接板和車體框架固定板之間，起到整個驅動機構避震的目的。
該驅動機構整體結構簡潔，避震效果好，且行走輪的高度低，保證了整個自動牽引車行走的穩定性。
3.3.1驅動電機的設計選型
這里我們按500KG的搬運重量進行驅動電機的設計選型。在本設計中我們設定搬運小車的最大牽引線速度V為35m/min。
根據公式N = V /?πD
式中：N——驅動電機經過減速箱后的轉速
V——循跡搬運小車的牽引線速度
D——驅動輪的直徑
已知驅動輪的設計直徑為150mm，計算得到驅動電機經過減速箱后的轉速：
N=35*1000/（π*150）≈74.27r/min
取驅動單元的驅動輪與地面之間的滾動摩擦系數為0.2，從三維設計圖中計算得出整個搬運小車自重200KG，按搬運貨物最大重量500kG計算，得到：
整個循跡搬運小車在輸送過程中與地面的滾動摩擦力f=0.2*700*10=1400N
我們這里的循跡搬運小車以勻速運動的方式運動時單個驅動輪的牽引力F=1/2*f=700N
計算可以得到：
驅動電機經過減速箱后的輸出扭矩M=F*R=700×75/1000=52.5N.M
根據公式M=9550×/n
式中：M——電動機經過減速箱后的輸出扭矩
——電動機的主軸輸出功率
n——電動機經過減速箱后的輸出轉速
計算得到：
電動機的理論主軸功率 ?=52.5*74.27/9550=0.4083KW≈0.4KW
電動機所需的功率：
式中：??——輸送機理論主軸功率
——傳動裝置的總傳動效率，取0.95
——電動機功率
計算得到驅動電機功率
由于本設計中整個系統選用的電壓為直流，我們可以選擇使用直流伺服電機；
我們這里選用直流無刷伺服電機，選用上海步科的低壓伺服系統，
驅動電機參數：小慣量DC48V，電機額定功率0.75KW，額定轉速3000r/min，額定轉矩2.39N.m，
伺服電機型號SMC80S-0075-30AAK-3DKH，
從伺服電機的產品手冊上查到標準馬達規范表，見下表
| 伺服電機型號 | SMC60S-0020-30AoK-3DKH | SMC60S-0040-30AoK-3DKH | SMC80S-0040-30AoK-3DKH | SMC80S-0075-30AoK-3DKH | ||
| 適配驅動 | FD123-LA-000,FD123-CA-000,FD123-CC-000,FD123-EA-000 | FD133-LA-000,FD133-CA-000,FD133-CC-000,FD133-EA-000 | ||||
| 直流母線電壓UDC | 48 | 48 | 48 | 48 | ||
| 連續特性 | 額定功率Pn(W) | 200 | 400 | 400 | 750 | |
| 額定轉矩Tn(Nm) | 0.64 | 1.27 | 1.27 | 2.39 | ||
| 額定轉速(rpm) | 3000 | 3000 | 3000 | 3000 | ||
| 額定電流In(A) | 4.6 | 10 | 9.6 | 21.5 | ||
| 瞬時最大轉矩Tm(Nm) | 1.92 | 3.81 | 3.81 | 7.17 | ||
| ?瞬時最大電流Im(A) | 13.8 | 25 | 24 | 64.5 | ||
| ?連續靜態轉矩Ts(Nm) | 0.7 | 1.4 | 1.4 | 2.63 | ||
| ?連續靜態電流Is(A) | 5.06 | 11 | 10.6 | 23.7 | ||
| ?線-線電阻RL（Ω） | 1.1 | 0.42 | 0.22 | 0.1 | ||
| ?線-線電感LL(mH) | 2.4 | 0.79 | 1 | 0.46 | ||
| ?電氣時間常數（ms） | 2.18 | 1.88 | 4.55 | 4.6 | ||
| ?機械時間常數（ms） | 3.22 | 1.84 | 1.65 | 1.79 | ||
| ?反電勢常數Ke（V/krpm） | 9 | 8 | 8 | 6.7 | ||
| ?轉矩常數Kt（Nm/A） | 0.149 | 0.13232 | 0.13232 | 0.111 | ||
| ?轉動慣量Jm（Kg.cm2） | 0.375 | 0.443 | 0.76 | 1.26 | ||
| 0.375（帶抱閘） | 0.447（帶抱閘） | 0.77（帶抱閘） | 1.27（帶抱閘） | |||
| 抱閘保持扭矩T（Nm） | 1.3 | 1.3 | 3.2 | 3.2 | ||
| 極對數 | 3 | 3 | 3 | 3 | ||
| 最大允許du/dt（KV/μS） | 8 | 8 | 8 | 8 | ||
| 絕緣等級 | F | F | F | F | ||
| 軸承徑向力F(N) | 180 | 180 | 180 | 335 | ||
| 軸承軸向力F(N) | 90 | 90 | 90 | 167.5 | ||
| 重量G(Kg) | 1.1 | 1.6 | 2.2 | 2.9 | ||
| 1.6（帶抱閘） | 2.1（帶抱閘） | 2.8（帶抱閘） | 3.5 | |||
| 機身長L(mm) | 114±1.5 | 140±1.5 | 123±1.5 | 149±1.5 | ||
| 155±1.5（帶抱閘） | 181±1.5（帶抱閘） | 166±1.5（帶抱閘） | 192±1.5（帶抱閘） | |||
| 位置反饋裝置 | 2500ppr光電式編碼器（增量式） | |||||
| 冷卻方式 | 全封閉，自冷卻 | |||||
| 防護等級 | IP65,軸端IP54 | |||||
| 使用環境 | 溫度 | -20-40℃ | ||||
| 濕度 | 90%RH以下（無凝露） | |||||
| 環境 | 遠離腐蝕，可燃性氣體，油滴，灰塵 | |||||
| 海拔 | 1000~4000m，每升高100m，功率下降1.5% | |||||
| 抗震等級 | X向24.5m/,Y軸方向最大49m/參考標準C 34-14(1986) | |||||
表2-2 SMC系列伺服電機技術參數
3.3.2驅動電機減速機的設計選型
已知驅動電機的額定轉速n1為3000?r/min，驅動電機經過減速箱后的轉速n2為74.27r/min，計算傳動比：
i=3000/74.27=40.39≈40
已知選定的驅動電機型號為SMC80S-0075-30AAK-3DKH，其工作額定功率為0.75W，額定轉速n為3000r/min,且轉動輪的轉速為74.27r/min，如果我們直接通過減速器減速則減速器總傳動比為40。
如果我們只選用減速器減速，那么傳動比i=40就必須通過很多級減速才可以實現，考慮到潛伏式自動牽引車的設計要求：結構安裝簡單，自身重量輕，因此減速器的體積也需要盡可能的小，所以本設計中采用電機自帶減速器的方式先來降低電機自身輸出轉速。
齒輪減速器為行走電機與鏈傳動之間的獨立的閉式傳動裝置，它通過降低轉速和增大轉矩來滿足實際工況的需求。減速器的類型有很多，按照傳動方式的不同可以分為齒輪減速器，蝸輪蝸桿減速器和行星減速器；按照傳動的級數可以分為單級和多級減速器。我們已知本設計中的齒輪減速器的減速比為1。通常情況下單級齒輪減速器的傳動比i≤8—10，且齒輪減速器的優點是效率和可靠性高，工作壽命長，維護簡單；這里齒輪可以選擇直齒、斜齒和人字齒。由于本設計中的履帶轉動的工作轉矩較大，因此選擇螺旋傘齒輪做為本設計中的齒輪減速器。
在設計時保證齒輪傳動的中心距不變的條件下，增加齒數，不僅可以增大齒輪嚙合的重合度、保證傳動的平穩性，而且可以減小齒輪模數，降低齒高，減少加工的切削量。為了提高傳動的穩定性，減少傳動過程中的沖擊振動，降低磨損失效。
根據齒輪副的工作環境選擇不同的齒輪齒數，閉式齒輪傳動一般轉速較高，為了提高傳動的穩定性，減小沖擊振動，通常選擇齒數多一點的齒輪，小齒輪的齒數可取為Z1=20~40，而開式（半開式）齒輪傳動，由于輪齒的磨損失效為主要因素，因此小齒輪的齒數通常選用不多，一般可以小齒輪的齒數Z1=17—20，且為了防止齒輪嚙合時發生根切，應取Z1≥17。本設計中的齒輪副的工作環境為封閉的減速箱內，且齒輪傳動的轉速較高，因此選定小齒輪的齒數Z1為20。
我們這里選用湖北行星傳動設備有限公司的精密行星減速機，由于我們的驅動方式為L型輸出方式，所以我們這里選用他們的ZJPX系列的精密行星減速機。
該減速機主要性能：
1.采用直齒圓柱齒輪傳動，輸出力矩比直傘齒輪高30%，噪音更低；
2.轉動體經動平衡校正確保運行更平穩；
3.適配任何伺服電機，輸入，輸出模塊組合，可進行特殊連接設計，安裝簡便可靠；
4.維護簡單，在壽命期間無需要換潤滑油脂。
ZJPX行星減速機技術參數
| 產品型號 | ZJPX65 | ZJPX85 | ZJPX115 | ZJPX142 | 減速比 | 級數 | |
| 額定輸出扭矩 |
|
13.5 | 39 | 98 | 308 | 3 | 1級 |
| 29 | 80 | 205 | 600 | 4 | |||
| 24 | 65 | 137 | 425 | 5 | |||
| 15 | 37 | 86 | 272 | 8 | |||
| 15 | 42 | 110 | 335 | 12 | 2級 | ||
| 34 | 90 | 230 | 675 | 16 | |||
| 34 | 90 | 230 | 675 | 20 | |||
| 29 | 71 | 155 | 460 | 25 | |||
| 34 | 90 | 230 | 675 | 32 | |||
| 29 | 71 | 155 | 400 | 40 | |||
| 17 | 42 | 95 | 305 | 64 | |||
| 19 | 54 | 142 | 422 | 60 | 3級 | ||
| 44 | 110 | 296 | 900 | 80 | |||
| 44 | 110 | 296 | 900 | 100 | |||
| 44 | 110 | 296 | 900 | 120 | |||
| 44 | 110 | 296 | 900 | 160 | |||
| 38 | 90 | 195 | 585 | 200 | |||
| 44 | 110 | 296 | 900 | 256 | |||
| 38 | 90 | 195 | 385 | 320 | |||
| 22 | 52 | 122 | 395 | 512 | |||
| 故障停止轉矩 | 2倍額定輸出轉矩 | ||||||
| 產品型號 | ZJPX65 | ZJPX85 | ZJPX115 | ZJPX142 | 單位 |
級數 |
| 最大徑向力 | 1550 | 3055 | 4330 | 9480 | N | |
| 最大軸向力 | 1220 | 2330 | 3300 | 6800 | N | |
| 滿載效率 | 95 |
% |
1級 | |||
| 93 | 2級 | |||||
| 90 | 3級 | |||||
| 平均壽命 | 20000 | h | ||||
| 重量 | 3.3 | 6.7 | 16.5 | 37.0 |
Kg |
1級 |
| 3.7 | 7.5 | 18.2 | 43.0 | 2級 | ||
| 4.2 | 7.5 | 18.5 | 40.0 | 3級 | ||
從減速機的產品手冊上查到，已知驅動電機經過減速箱后的輸出扭矩為90N.M
我們這里選用2級減速比40的減速機型號ZJPX115。
3.3.3減速箱齒輪的靜力及接觸的有限元分析
分析直齒輪的應力分布圖，我們可以得出直齒輪在進入或退出嚙合時，因為直齒輪的彈性形變將發生干涉和沖擊，直齒輪的齒頂、齒根和端面邊緣都會發生應力集中，這些應力集中很容易造成直齒輪失效，因此分析直齒輪受力，避免應力集中可以有效地提高直齒輪的使用時間。
從主動齒輪的接觸應力圖中可以看出，主動齒輪齒根圓處的應力大小在70MPa 到?100MPa 區間內，齒輪齒形表面的應力分布有逐漸增大的態勢，其大小為 140~245MPa，而齒形表面及齒槽表面分布其應力值逐漸降低到35MPa 左右，主動齒輪的最大應力出現在加載的齒形嚙合部分的齒頂附近處，大小為316MPa。
圖2.4?主動齒輪接觸應力分布圖
從齒輪副接觸應力圖中可以看出，從動齒輪的應力分布方式與主動齒輪基本相似。從動齒輪的齒根圓處的應力值在?274MPa 到?366MPa 之間的范圍，齒形表面的應力分布逐漸加大，附近的應力其值為 457～549MPa，而齒形表面及齒根表面的應力分布，其應力值逐漸降低到91～183MPa 左右，與主動齒輪的應力分布相似，齒形嚙合處附近接近齒頂輪廓處的應力較大，從動齒輪該處為最大應力點，而從動齒輪上該位置的應力最大值約為 824MPa。
圖2.5齒輪副接觸應力分布圖
根據以上分析可以得到結論：齒輪運動副中的危險應力集中位置，我們在實際的齒輪生產加工工藝中可以作為技術依照，為了后面使用過程中增加齒輪的耐久性和穩定性，需要在齒輪制造生產和熱處理工藝加工的過程中做特殊的表面熱處理。
3.4升降牽引機構的設計
目前常見的自動牽引車的牽引方式分為很多種，常見的以背馱式，叉車式和潛伏式居多。本設計中采用運動占地最小的潛伏式作為牽引方式，其基本工作原理：自動牽引車通過上位程序的設定運動到指定臺車的正下方，讀取臺車底部二維碼的信息確認臺車無誤后，將牽引裝置升起，此時臺車已經與牽引小車合二為一，鉤在一起，這時再按照事先設定的運動軌跡將臺車一起移動到指定的地點。
升降牽引結構安裝在整個小車的車體框架的正中間。該機構的關鍵部件是一個可以自由升降的直桿，當我們需要牽引臺車的時候，讓直桿升起，此時直桿便鉤住了臺車，牽引車運動則臺車一起跟著運動。當我們需要臺車與牽引車分離的時候，讓直桿下降，此時直桿便與臺車分離，牽引小車又可以自由行走去下個工位的臺車為待命。
本篇論文中的升降牽引機構包括升降機構固定外殼、升降驅動電機、直桿、直桿連接板、直線軸承模塊、凸輪組件、壓縮彈簧、彈簧導向軸、直桿連接板導向柱和升降機構總固定板，升降牽引機構通過升降機構總固定板和整個牽引車的車體框架連接固定好，升降驅動電機固定在升降機構固定外殼的左邊外側，同樣在升降機構固定外殼的底部焊接預埋有一根彈簧導向軸，直線軸承模塊固定到機構總固定板的反面，且保證直線軸承模塊與彈簧導向軸的同心度，直桿安裝于直線軸承模塊的孔內，直桿連接板安裝到直線軸承模塊的底部，且與直桿固定牢固，直桿的內空結構，底部可以容納放置壓縮彈簧，而壓縮彈簧又套于彈簧導向軸中，彈簧底部與結構固定外殼底部焊接固定好，彈簧上部與直桿連接固定，升降驅動電機的輸出軸安裝有凸輪組件，而凸輪的外沿正好壓在直桿連接板的上表面，在固定升降驅動電機的一側還安裝有兩個極限位置開關，上極限位置開關安裝在升降驅動電機的上端，下極限位置開關安裝在升降驅動電機的下端，凸輪組件跟隨者升降驅動電機的轉動而旋轉，在轉動的過程中觸發上極限位置開關和下極限位置開關，機構固定外殼的右邊內側還安裝固定有直桿連接板導向柱，保證直桿連接板能夠上下升降順暢。
升降牽引裝置設計參數：
升降桿直徑：35mm；
電機參數：DC24V直流永磁電機 功率30W ?最大轉速2500r/min
工作電壓：9-30V；
邏輯電平：高電平3.3-30V,低電平0V；
牽引力：500KG；
升降范圍：0-50mm；
升降保護：升降限位開關保護，防止電機燒壞
升降速度：速度25mm/s；
工作濕度：10－90% RH；
工作溫度：-25℃－+85℃；
防護等級：IP-67;
外殼材質：普通碳鋼
因為該機構的關鍵部件是一個可以自由升降的直桿，因此需要對其進行有限元的分析，經過之前的計算可以得到本設計中物流臺車作用于該直桿的作用力為1000N。
分析直桿的應力分布圖，我們可以看到直桿受到應力最大的位置，應力最大值的地方位于和直線軸承模塊接觸的最底部。因為直桿的彈性形變將發生干涉和沖擊，直桿的底部接觸邊緣都會發生應力集中，這些應力集中很容易造成直桿失效，因此分析直桿受力，避免應力集中可以有效地提高直桿的使用時間。
直桿材料選定為Q235A，查《機械設計手冊》，可以得到在常溫條件下，Q235A的屈服強度[σ]=235MPa,從應力分布圖中可以看到應力最大值為12.24MPa<235MPa。同樣的方法從整體變形量分布圖中可以看到變形量最大值為2.370e-3mm。通過對直桿的有限元分析可以得到本設計中的直桿結構滿足實際使用的要求。
應力分布圖
整形變量分布圖
3.5差速運動自動導引車的設計參數
牽引方式：潛伏牽引式
導引方式：磁導航
行走方向：前進行走
驅動方式：雙電機驅動
前進速度：最大速度35m/min
負載能力：1000KG
最小轉彎半徑：700mm
直線導引精度：±10mm
停止精度：±10mm
驅動電機型號：DC無刷電機?功率200W
控制方式：PLC控制
蓄電池：DC24V，75AH?（2組）
- AGV小車的額定載重量
自動導引車牽引的最大貨物重量。我們日常使用的大部分自動導引車的載重范圍在50KG-1000KG，其中以中小型噸位居多，本設計中的自動導引車用于物流園區的貨物輸送，倉儲流通等實際需要的功能，因此載重的貨物不會很輕，這里我們取1000KG作為本設計的額定載重量。
2.物流貨車的分類
物流貨車可以分為網絡狀物流貨車，雙面型物流貨車，鋼板型物流貨車三大類，其中網絡狀物流貨車自身重量相對其他兩種物流貨車要輕得多，且機動性高，因此在物流行業中應用的最為廣泛。市場上常見的網絡狀物流貨車的規格（H×W×L）為1700×900×750（mm），最大承載重量為500KG。該貨車的底部還安裝有兩個定向輪和兩個萬向輪，且兩個萬向輪帶腳剎，方便貨車定位。四個底腳輪均采用6寸聚氨酯橡膠輪，離地高度195mm。為了方便自動導引車自動牽引物流貨車，我們這里設計貨車的時候將其機架加高100mm，也就是貨車的機架的最低面離地高度295mm。
潛伏式自動導引車的三維圖如下圖：
3.6自動導引車車體框架的設計
3.6.1 AGV小車的車體尺寸的設計
自動導引車的車體尺寸是指車體的最大的長寬高的外形尺寸，該尺寸與所承載的貨物的尺寸和物流園區的物流輸送通道寬度有關。由于自動導引車有時需要轉向或道路分叉等情況，所以我們還需要考慮到自動導引車的最小轉彎半徑，其概念是指自動導引車在空載低速行走的過程中，以最大的偏轉角度轉向，小車瞬時轉向中心與縱向中心線的距離，它是確定自動導引車轉彎半徑所需最大空間的重要參數。也是車體尺寸設計時的重要考慮因素。
（1）自動導引車高度的設計
已知貨車的機架的最低面離地高度為295mm，再考慮到升降牽引裝置中的升降桿升降高度范圍在0~50mm，且升降桿升起后與物流貨車連為一起，并超過了貨車機架的最低面，因此自動導引車的總高度必須不能高于345mm。我們這里設計自動導引車的總高度為327mm。
（2）自動導引車寬度的設計
已知貨車的機架寬度為900mm，由于貨車機架的底部安裝有四個地腳輪，且尺寸為6寸大小，地腳輪直徑25.4×6=150mm。物流貨車在運輸過程中四個地腳輪有時直行有時轉彎，所以我們在設計自動導引車寬度的時候就需要考慮到地腳輪運動的活動范圍，單個地腳輪的活動范圍為150mm，且貨車底部前后左右各安裝有一個地腳輪，因此貨車底部的實際內空只有600mm（地腳輪沿著貨車的四個邊角安裝），且需要保證自動導引車能夠自由的進出到物流貨車的底部，因此我們這里設計自動導引車的總寬度為520mm。
（3）自動導引車長度的設計
已知貨車的機架長度為900mm，，根據自動導引車功能的設計布局，我們需要在車體的前端安裝防護裝置，即防障礙傳感器，同時在車體的尾部則放置有兩塊蓄電池模塊，用于給自動導引車提供運動的動力電源。自動導引車的人機界面、無線通訊模塊、啟動按鈕、急停按鈕等控制元器件部分也安裝在車體的正前端，從人機工程學的角度考慮，我們需要將牽引車的長度加長，并超過機架的長度9000mm，這里我們再考慮到牽引車驅動模塊、PLC控制單元的安裝等部件的尺寸大小，我們我們這里設計自動導引車的總長度為1235mm。
依據上面的分析和計算我們可以得到要使自動牽引車能夠滿足制造加工車間和大型物流倉庫運輸臺車的實際需要，將整個潛伏式自動牽引車的外形尺寸設計為L1235×W520×H327（mm）(長×寬×高)。
3.6.2主框架的設計
本篇論文中的車體主框架包括，車身本體，電箱固定板、驅動單元固定板、電池倉、后腳輪安裝板、前腳輪安裝板、防撞觸邊安裝板、前焊接板、后焊接板，以上這些部件通過安裝在固定在機器人焊接工作站上的焊接夾具焊接固定到一起，焊接夾具可以很好保證車體主框架的結構的焊接精度和焊接強度，且這些零件都是采用的厚度為5mm的45鋼板，整體焊接的結構保證了自動牽引車的結構強度。
車身本體的正中間開有一個圓形小洞，該小孔用去安裝整個升降牽引機構，自動牽引車中的喇叭安裝在電箱固定板中的圓孔內，型號為艾智威AWS-24AF，而電箱固定板的左側安放有控制電箱，整個牽引車的驅動機構安裝在車體中下位置的驅動單元固定板上，兩個DC24V，75AH蓄電池安裝固定在電池倉的內部，前腳輪安裝板安裝兩個萬向輪，同樣再后腳輪安裝板上安裝兩個定向輪，在整個車體框架的前端的上部安裝有控制面板組件等模塊，底部則安裝有自動感應撞擊的防撞條。
主框架尺寸外形圖
3.6.3副框架的設計
車體副框架主要由驅動機構，萬向輪、蓄電池和PBS防撞傳感器組成。
（1）萬向輪的設計選型
材質： 輪面聚氨脂
輪子直徑：75MM
輪寬：38MM
安裝高度：111MM
底板尺寸：101*82MM
板厚：5MM厚度
中心孔距：76*56MM
安裝孔徑：最大可穿M10螺絲
（2）蓄電池的設計選型
蓄電池的型號為DC24V ?75AH，品牌為霍克，蓄電池的外形尺寸為L329×W172×H221（mm）(長×寬×高)，兩個DC24V，75AH蓄電池安裝固定在電池倉的內部。
（3） 障礙物傳感器的設計選型
防撞傳感器選用的是PBS防撞傳感器，型號為PBS-03JN-CE，通過專用軟件向計算機內部導入數據，這些數據決定了防撞傳感器的整個檢測范圍。障礙物傳感器參數如下表：
| 供電電壓 | 24VDC（18-30VDC） |
| 供電電流 | <250mA (<100mA, 照明關閉），除I/O端子電流和沖流（500mA） |
| 激光光源 | 紅外線LED |
| 監測對象和范圍 | 300×300mm白紙（與傳感器發射表面平行）；
0.2 to 3m×2m（原點是掃描中心位置），掃描角度180° |
| 2種掃描模式 | 每個區域可單獨設置輸出 |
| 輸出 | 光電耦合/NPN開集電極輸出（30VDC <50mA）；1,2,3：OFF=探測到物體；故障輸出：ON=正常工作 |
| 輸入（1-4） | 光電耦合輸入（共陽極，每個輸入電流>4mA），可用于設置監測區域 |
| 監測區域設置 | 監測區域轉換：：通過[輸入1, 2, 3, 4]來設定區域； |
| 發射停止： | [輸入1, 2, 3, 4]同時為ON； |
| 輸出響應時間 | <180msec (掃描速度 1 rev./100m sec)； |
| 輸入響應時間 | 周期：1個掃描時間（100msec） |
| 指示燈 | 電源（綠）：故障時閃爍；輸出1,2,3（黃）：燈亮表示監測到物體 |
| 連接線長 | 1m |
| 環境照明 | 鹵素/汞燈：<10,000lx, 日光燈：<6,000lx |
| 環境溫濕度 | -10 to +50 degrees C, < 85%RH（無凝露） |
| 振動 | 雙振幅1.5mm 10 to 55Hz, 每軸2個小時 |
| 沖擊 | 490m/s2, 10次, ?X, Y, Z方向 |
| 防護等級 | IP64(IEC 標準) |
| 壽命 | 5 years（電動機壽命） |
| 材料 | 前面： Polycarbonate, 后面：ABS |
| 重量 | 約500g |
3.7車體框架結構的焊接工藝
3.7.1制定車體框架焊接工藝
本設計中的自動導引車車體框架結構采用自動牽引車焊接工作站的方式焊接，采用工裝夾具定位車體框架的各個零件，工件夾具為自動焊接夾具，采用氣動控制，部分特殊位置采用手動夾鉗，整體夾緊和拆卸快捷方便，氣動夾緊為手動配合夾緊保證工件裝夾時間小于工件的焊接時間。焊接工裝夾具安裝于焊接工作臺上，夾具定位基準與設計基準保持一致，保證焊接零件滿足圖紙要求，并且夾具底板采用模塊化設計；工裝夾具安裝在整塊底板上，按照要求設計的夾具采用反變形等手段消除焊接可能產生的變形，保證焊接零件滿足圖紙要求，并且工作臺和夾具部件具有足夠的剛度和強度，夾具部件中的焊接件應時效處理消除內應力。
焊接夾具固定在工作站的焊接臺上，通過螺栓固定。夾具結構主框架采用方管、基板、定位銷（塊）、支撐塊、支架鋼結構焊接?？蚣懿牧蠟椴垆?，型面材料為45#，零件支撐塊為金屬支撐塊，材料45# 經熱處理表面硬度HRC38-42°，定位銷（塊）采用T8或40Cr硬度HRC58-62，鋼套材料采用45#，夾具精度要求0.5mm以內。
整個夾具裝在固定板上，固定板裝在變位機上，并且整個夾具隨固定板在變位機上轉動，確保每條焊縫都能焊到，并且保證焊接強度和焊接精度，焊縫成型良好，外形美觀，沒有燒穿、未焊透、咬邊、氣孔和裂紋等缺陷。
工作站布局圖如下：
3.8磁條的設置要求
在物流倉庫或是制造加工車間內，只要是自動牽引車行走的區域，必須要保證運動的路線道路寬度為1米，并且我們在現場安裝磁條的時候，應該讓磁條和設定路線保持一致。請按照以下順序進行設置。
第一步，根據上位程序調度系統確定自動牽引車的行進路線。并且在行進路線的周圍事先設置有小車左右偏移的設計余量。
第二步，一定要保證行走路線上的地面沒有特別的凹凸不平的地方，一旦發現存在不平的情況，需要及時更改路線或者對地面做進一步的處理。
特別強調：凹凸不平的位置尺寸與地面的絕對位置差不可以超過10毫米。
第三步，必須確保牽引車行進路線的整體道路坡度不可以超過2°。
特別強調：設計自動牽引車車體框架結構時爬坡角度不可以超過2°。
第四步，保證小車的行進道路上沒有大的砂石或其他不干凈的化學成分，并定期對行進道路進行清掃。
第五步，在行進道路上需要做換向的地方，即轉彎的地方安裝磁條的時候盡可量的將轉彎半徑調大，這樣方便小車在轉彎時整個車體的擺動。
最后一步，我們在安裝磁條的時候，需要將磁條底部和地面貼緊，保證不讓空氣進入，特別是轉彎的地方，安裝時需要一邊拉一邊貼，但同時需要注意不能讓磁條變形，斷裂。
4 差速運動控制的程序設計
4.1差速運動控制概述
自動牽引車的行進線路圖包括行進線路，啟停位置和轉彎位置，自動導航傳感器和磁條，磁釘一起組成導航系統，自動牽引車在上位程序的調度下按照事先規定好的路線進行運輸貨物的工作，包括啟停，轉彎或者是其他的動作。
依據不同的使用方法，自動導航系統又可以分為兩大類：地標傳感器和磁導航傳感器。多點位的地標傳感器和多點位的磁導航傳感器相互關聯，形成一個完整的自動導航傳導系統。
自動導航傳感器就安裝在自動牽引車車體框架的最下端，同樣也在驅動機構的正前端，在自動導航傳感器的兩邊還安裝有兩個磁釘。當自動牽引車在磁條上方行走時，此時自動導航傳感器同樣也應該在磁條的正上方。如果在行進的過程中發生位置偏移，即自動導航傳感器檢測到磁條不是正好在下面，自動牽引車就是自動通過差速控制讓車體向左邊偏離或是向右邊偏離，一直到自動導航傳感器重新回到磁條的正上方。磁釘主要是用來檢測一些啟停的具體工位和轉彎的位置。自動導航傳感器和兩邊的磁釘安裝位置如圖所示：
磁條的周圍布滿了磁場，并且離磁場越近的地方磁場強度也越大。通常情況下，自動導航傳感器正中央的檢測點檢測到的磁場強度最大，越往邊上磁場強度檢測的越弱，且最邊上的檢測點檢測到的磁場強度最低。通過磁條發出的磁場分布情況，我們就可以檢測出車體相對于地面上磁條的位置，根據這一信息，自動牽引車的差速控制系統就可以判斷小車行走的路線是否正確，是否已經偏移指定位置。
4.2磁導航傳感器設計選型
磁導航傳感器選型：地標傳感器MA02和磁導航傳感器MA16
MA02和MA16帶NPN數字量輸出和RS485串口輸出
自動導航傳感器MA16主要是起到行進路線識別的作用，而磁釘則用于檢測一些其它特殊位置，比如啟停位置，轉彎位置，分叉位置等等。
上面有喲中常規的自動牽引車行進線路的布局圖。其中黑色線條就是行進路線上的磁條，依據這些磁條小車就確定了行進的路線。圖上有藍色小方塊是帶有N 極的磁條，它作為分叉位置的指示站點，當自動牽引車行走到該位置時，此時需要上位程序調度給指令確定是否需要轉彎，確定行走的路線方向；圖中有綠色小方塊是帶有 S 極的磁條，它作為轉彎位置的指示站點，當自動牽引車行走到該位置時，，告知其的行進路線需要進入彎道并且告知轉彎的方向。
圖中黑色交叉的位置為行進路線上的啟停位置，當自動導航傳感器有開關量信號時，運輸位置自動加一，通常運動情況下自動導航傳感器的開關量反饋為2個，啟停位置為5個。
4.3差速運動控制的方式
所謂差速運動控制，就是自動牽引車的驅動機構中的兩個行走輪分別以不一樣的速度轉動，因為速度的差異使得牽引車行走的方向得以調整。
本設計中自動牽引車行走輪轉速控制考慮使用以下兩種方案相結合的方式來控制：
1、采用PID控制，根據自動牽引車在磁帶運動的正中央為PID的給定輸出值，以自動導航傳感器實際檢測到的具體數據為PID的輸入值，從而控制兩個行走輪的不同運動轉速。
2、以磁導航傳感器反饋的數據分不同情況設置兩個驅動輪的速度，根據不同情況驅動輪以不同的速度運行。
4.4差速運動控制的實現及PLC程序設計
1、實現自動導引車能繞著圓圈做循環運行，測試差速控制方式、用西門子PLC-200符合控制要求（程序的大小、程序的掃描周期）
2、實現自動導引車繞著圓圈做循環運行，在固定位置停止，測量停止精度和方向精度
3、實現自動導引車在交叉口做轉彎測試（交叉口為兩個分叉口）
5總結與展望
5.1全文總結
最早出現的移動自動牽引車應當是潛伏式自動牽引車。隨著各個行業對移動自動牽引車質量要求的不斷提高，潛伏式自動牽引車也得到了快速的發展與運用。
潛伏式自動牽引車以輪式移動為基礎，相對其它非輪式的移動自動牽引車具有運動速度快、工作效率高、結構簡單、操作容易等優勢。與其他移動自動牽引車相比，潛伏式自動牽引車最大的優點便是操作簡單，其行走區域不需要假設軌道、支座架等固定裝置，電路控制方便簡單，且不易損壞。因此，潛伏式自動牽引車大多數在較好的環境下使用，如今在自動化物流系統中被廣泛使用，利用其快捷性和高效性，實現高物流倉庫高效、經濟、便捷的無人化管理。
潛伏式自動牽引車，其基本工作原理為電動機帶動輪子轉動，輪子再將動力傳遞給整個潛伏式自動牽引車達到讓其自由行走的目的。再通過其他輔助功能，如地面控制系統，車載控制系統，導航引導方式等綜合起來形成完整的結構體系。隨著對潛伏式自動牽引車的深入研究分析，潛伏式自動牽引車的應用范圍也在不斷擴大,如今也廣泛運用于工業、軍事、交通運輸、電子等領域,，同樣具有很強的抗干擾能力和目標識別能力。
