2．4 本章小结
本章主要介绍了总体设计思路和小车的运动分析，同时选择红外传感器和超声波传感器并确定其型号参数。
第3章 AGV机械结构和驱动转向系统的设计
3. 1 AGV机械结构的设计
根据不同的用途，在AGV机械设计总体方案中，首先确定AGV的造型十分重要。好的
车体造型能在枯燥而繁忙的工作环境中给人以亲切感和安全感。
3.1.1 车体尺寸结构设计
车体框架是装配AGV其他零部件的主要支撑装置，是运动中的主要部件之一，主要分为主框架和副框架两个部分。主框架为立体型框架结构，用于安装各种控制和通讯设备。副框架则安装轮子、各种传感器和驱动电机，主框架和副框架用可拆卸联接，便于安装和拆卸，总的来说AGV车架相当于汽车底盘，是AGV机械部分的关键。车架设计及工艺的合理性直接影响AGV的定位精度，应满足的主要条件如下:
(1) 车体的强度和刚度必须满足小车承载及运行加速时的要求.
(2) 在保证车体有足够刚度的条件下，尽量减轻车体的重量，以提高有效承载重量. (3) 尽量降低车体重心，提高整车的抗倾翻能力．
(4) 车体的外廓不应有突出部分，以防止碰撞其他物体．
根据以上所述要求，并能更好地满足实际任务的需要，AGV整体尺寸设计为0.5×0.4×0.4 m(长×宽×高)。除AGV车体以外的其他辅助系统的安装直接影响着小车的驱动和转向。AGV车体重心越低，越有利于抗倾翻。如图3-1为车体实物外型。
图3-1 小车车体实物外型
3.1.2 驱动方式的选择和车轮的选择
AGV驱动的方式大致可分成两种，一种为两台电机各置于左、右两边，利用两台电机的动作与两轮差速的方式达到左右转，前进或停止，即差速型。另一种方式则类似汽车的转向及传动方式，即前轮为转向轮，后轮为驱动轮，称为舵轮型。前轮利用电机控制连接前轮的连杆，带动前轮左、右转向，而后轮直接利用步进电机与减速机构带动承载车前进或停止。
传感器接受 信号利用两独立电机 判断位置以差速方式驱动转向达到要求位置
图3-2差速型转间流程图
这两种传动方式有不同的控制流程，第一种利用两个左、右电机差速转弯，因此控制流程图如图3-2所示。经由传感器感应地面轨道回传转向讯号后，马上经由控制系统判断转向位置，当位置正确时承载车则继续前进，反之，电机即会继续转向直到传感器与地面轨道子系统回传直行讯号。此种传动方式当承载重量过大时，可能会因电机扭力不足无法动作。而第二种则类似汽车转向及传动方式，如图3-3所示。本课题中我们所选的驱动移载机构就为差速型，即小车的前面两轮为万向轮，而后面两轮分别由两个直流电机驱动和控制．小车的四个车轮采用实心树脂轮胎。且四个车轮的直径都为：D=250mm
传感器接受 信号判断位置步进伺服电机转向达到要求位置
图3-3舵轮型转向流程图
3.1.3 传感器的布置
传感器导航系统的功能是使AGV沿固定的路线行驶。根据本系统的设计要求，采用宽为l .5cm的白色导引带作为AGV的航向标志。本导航系统采用红外传感器作为导航传感器，通过多个传感器组合使用进行对AGV的航向导引。
利用地面颜色与色带颜色的反差，在明亮的地面上用黑色色带，在黑暗的地面上用白色色带。导引车的下面装有光源，用以照射色带。由色带反射回来的光线由光学检测器（传感器）接受，经过检测和运算回路进行计算，将计算结果传至驱动回路，由驱动回路控制驱动系统工作。当AGV偏离导引路径时，传感器检测到的亮度不同，经过运算回路计算出相应的偏差值，然后由控制回路对AGV的运行状态进行及时修正，使其回到导引路径上来。因此，AGV能够始终沿着色带的导引轨迹运行。红外反射式光电传感器，包括一个可以发射红外光的固态发光二极管和一个用作接收器的固态光敏二极管（或光敏三极管）。
本设计采用五个红外传感器(1号～5号)按“U”字型排开，整个“U”型支架宽，如图3-4。其中中间的2号、3号和5号红外传感器用于跟踪白色导引线之用，考虑到导引线宽为100mm，取2号、3号和5号灰度传感位置相互距离为100mm。1号和4号红外传感器用于判断是否为垂直交叉或直角拐角路口，如图3-5所示。
号灰度传感器左前轮右前轮黑色引导带
图3-4制导系统安装位置示意图图 图3-5制导系统局部放大示意图
3. 2驱动系统部件的选择与校核
AGV的驱动系统主要由驱动电源、直流电动机和减速器组成。电动机的性能参数及咸
速器的规格型号的确定直接决定整车的动力性，即车辆的运动速度和驱动力直接决定整车的动力性，即车辆的运动速度和驱动力。 3.2.1电机的选择
自动引导车是电动车的一种，而电机是电动车的驱动源，提供给整车提供动力。目前常用的电动车辆驱动系统有三种: 第一种是直流电机驱动系统，20世纪90年代前的电动汽车几乎全是直流电机驱动的。直流电机木身效率低，体积和质量大，换向器和电刷限制了它转速的提高，其最高转速为6000-8000r/min。但出于其缺点目前除了小型车外，电动车很少采用直流电机驱动系统。 第二种是感应电机交流驱动系统。该系统是20世纪90年代发展起来的新技术，目前尚处于发展完善阶段。电机一般采用转子鼠笼结构的三相交流感应电动机。电机控制器采用矢量控制的变频调速方式。其具有效率高、体积小、质量小、结构简单，免维护、易于冷却和寿命长等优点，该系统调速范围宽，而且‘能实现低速恒转矩，高速恒功率运转，但交流电机控制器成本较高。目前，世界上众多著名的电动汽车中，多数采用感应电机交流驱动系统。
第三种是永磁同步电机交流驱动系统，其中永磁同步电机包括无刷直流电机和三相永磁同步电机，而永磁同步电机和无刷直流电机相比，永磁同步电机交流驱动系统的效率较高，体积最小，质量最小，也无直流电机的换向器和电刷等缺点。但该类驱动系统永磁材料成本较高，只在小功率的电动汽车中得到一定的应用。但永磁同步电机是最有希望的高性能电机，是电动汽车电机的发展方向。
出于直流电机本身具有控制系统简单，调速方便，不需逆变装置等优点，并且本课题设计的AGV不需要工作在高速大功率之上，因此，在本文仍采用直流电机作为驱动系统的动力源 。
我们设计的AGV原理样车载重总质量为250kg，最高时速设定为1.11m/s，正常运行时速设定为0.28～0.83m/s 。
初步选择电机的种类为直流伺服电机，型号为130SZD，相关的参数如表3-1所示。
在实际应用中，电机的输入电压为48V，该电机为恒转矩直流电机，根据其功率特性图，电机的转速大约为600r/min，以下计算就按照上述参数进行计算。
表3-1电机相关参数表
参数名称 额定转矩 额定转速 额定功率 额定电压 额定电流 峰值转矩 机电时间常数 重量 相关数据 11N?m 1000r/min l.lkw 90v 15A 88N?m 2.13ms 14kg 3.2.2行走系统的驱动装置
小车采用差速转向控制，故每个驱动轮都有独立的驱动电机。为了使系统运行可靠且维护方便，本系统采用两个无刷直流电机作为驱动电机。同时，为了安装、操作方便，选用了低速性能较好的外转子无刷电机，将其外转子直接作为车轮，且无需配备减速机构。 根据AGV所要承载的负荷、系统的自重以及车速要求，本系统选用了直流电机，直流电动机被广泛应用于各种驱动装置和伺服系统中，主要优点是调速和启动特性好，转矩大。但是有刷直流电动机有电刷和换向器，其间形成的滑动机械接触严重地影响了电机的精度、性能和可靠性，所产生的火花会引起无线电干扰，缩短电机寿命，换向器电刷装置又使直流电机结构复杂、噪音大、维护困难，因此长期以来人们都在寻求可以不用电刷和换向器装置的直流电动机—无刷直流电动机。这种电机既具有直流电动机的特性，又具有交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便等优点,它的转速不再受机械换向的限制，若采用高速轴承，还可以在高达每分钟几十万转的转速中运行。因此，无刷直流电动机用途非常广泛，可作为一般直流电机、伺服电动机和力矩电动机等使用，尤其适用于高级电子设备、机器人、航空航天技术、数控装置、医疗化工等高新技术领域。
无刷直流电动机是由电动机、转子位置传感器和电子开关线路三部分组成，它的原理框图如图3-6。