直流电源开关电路电动机负载位置感应器
图3-6无刷直流电机原理图
采用霍尔元件作为位置传感器的无刷直流电动机通常称为“霍尔无刷直流电动机”。由
于无刷直流电动机的转子是永磁的，就可以很方便地利用霍尔元件的“霍尔效应”检测转子的位置。
3.2.3 AGV行驶阻力的计算
AGV在水平道路上等速行驶时必须克服来自地而的滚动阻力和来自空气的空气阻力。滚动阻力以符号Ff表示，空气阻力以符号Fw表示。当AGV在坡道上行驶时，还必须克服重力沿坡道的分力，称为坡度阻力，以符号Fi表示。AGV加速行驶需要克服的阻力称为加速阻力，以符号Fj表示。因此车辆行驶的总阻力为:
?
F?Ff?Fw?Fi?Fj....................................(3.1)
(1)AGV的滚动阻力的计算
Ff?mg?......................................................(3.2)
式中: μ—滚动阻力系数，即车轮在一定条件卜滚动时所需的推力与车轮 负荷之比，即单位车辆重力所需的推力。滚动阻力系数由实验确定。它与路 而的种类、行驶车速以及车轮的构造、材料等有关。
考虑到AGV在工厂运行，路而一般为沥青或混凝土路面，参考有关数据 可知，μ=0.018～0.020，实际取μ＝0.0196，设计其总质量为m=250kg，代 入公式(3.2)得滚动阻力为:
f (2)加速阻力的计算
AGV在加速行驶的过程中，需要克服其质量加速运动时的惯性力，即加 速阻力Fj。设AGV从原地起步经过的位移S=lm时，其车速达到Vt＝1.Om/s 则AGV的加速度为:
a?Vt?V02S22F?250?9.8?0.0196?48N?0.5m
s2.................................................(3.3)
故加速阻力为:
Fj?ma?12N5...................(3.4.....).
(3)坡度阻力的计算
AGV工作场的道路状况一般较好，坡度较小，设坡道角为α=30，则坡 道阻力为:
Fi?m?g?sina?128N........................................(3.5)
AGV小车不同于道路行驶的高速车辆，AGV的最高时速一般为1.11m/s，因此 空气阻力对AGV行驶的影响可忽略不计。因此根据3.1式，AGV总的运动阻力为:
?F?Ff?Fw?Fj?Fi?48?0?125?128?301N
3.3 主减速比的选择
(1)满足驱动能力时的主减速比计算
原理样车采用了半径为0.125m的驱动轮。总的运动阻力为 ΣF=301N． 则总的运动阻力矩为:
?M?301?0.125?37.6(N?m)
电机的转矩为11Nm，原理样车采用两个电机驱动，驱动系统电机驱动 力矩即为:
MD?5.5Nm
为满足AGV正常行驶，应保证最小主减速比imin为:
(2)考虑保证运动速度时的主减速比计算
车轮半径R=0.125m，要求的最高运动速度为 Vmax=1.11m/s，则车轮的转 速应为:
Dimin??MM?37.65.5?6.84.......................(3.6) 已知电机的转速为 n=600r/min，最大主减速比为:
85
基于以上参数，确定主减速比的选择范围为:
imax?600?7.1nw?1000V120?R?85rmin...................................(3.7)
imin?is?imax....................................................(3.8)6.84?is?7.1
即：
根据此运算结果，本课题选用螺旋锥齿轮减速器且is=7.0
(3)进行运动速度的校核
知道了主减速比后，我们就可以进行运动速度的校核，确保车辆有足够 驱动力的同时也要有较高的工作速度。如前所述车轮半径R=0.125m，电机转 速n＝600r/min，主减速比is=7.0，则:
V?2?Rn60(1000is).................................(3.9)?4.04kmh?1.12ms
虽然1.12m/s大于预期设定的速度值,但我们可以控制小车低速行驶，故可以选用该电机。
(4)进行驱动能力的校核
车轮半径R=0.125m，扭矩MD=5.5Nm，主减速比 is=7.0，则车轮的驱动力矩为:
Mw?5.5?7.0?38.5Nm
由于
Mw??M，所以能保证车辆的正常起动，并有一定的驱动力储备。
(5)启动时加速度的校核
启动时的驱动阻力为: Ff= 48N。电机到车轮所发出的驱动力为:
FD?5.5?7.00.125?308N
则加速度为:
a?FD?Ffm?308?48250?1.04ms..............................(3.10)2
高于最初预计的加速度，这说明设计完全能够达到预期的加速能力。
经过上述计算和校核，确定电机的型号为130SZD，减速器的型号为TK38螺旋锥齿轮减速器，is=7.0，车轮半径为0.125m，从而可以构建原理样车的行车驱动系统。
3.4 电源部分选择
目前AGV大多使用镍镉蓄电池，镍氢蓄电池、锂电池和铅酸蓄电池．下面就对以上几种类型的电池进行简单比较： 1 、镍镉蓄电池
内阻小，可供大电流放电，放电时电压变化小与其他种类电池相比之下，镍镉电池可耐过充电或放过电，操作简单方便放电电压依据其放电电流多少有些差异，大体上是1. 2V
00
左右镍镉电池的放电终止电压为1. OV/cell，实使用温范围在－20C－60C，在此范围内可进行放电。可重复500次以上的充放电。 2、镍氢蓄电池
镍氢电池能量比镍镉电池大二倍,用专门的充电器充电可在一小时内快速充电,自放电特性比镍镉电池好，充电后可保留更长时间,可重复500次以上的充放。 3、锂电池
拥有高能量密度。与高容量镍镉电池相比，体积能量是其1. 5倍，能量密度是其2倍。高电压，平均使用电压为3. 6V，是镍镉电池、镍氢电池的3倍，使用电压平坦并且高容量，广泛的使用温度-200C-600C。充放电寿命长，经过500次放电后其容量至少还有70%以上由于锂电池具备了能量密度高电压高，工作稳定等特点。 4、铅酸蓄电池
铅酸电池是一种使用最广泛的电池，它以海绵状的铅作为负极，二氧化铅作为正极，我们把这二种物质称为活性物质，用硫酸水溶液作为电解液，它们共同参与电池的电化学反应。铅酸蓄电池具有良好的可逆性、电压特性平稳、使用寿命长、适用范围广、原材料丰富（且可再生使用）及造价低廉等优点。主要应用在交通运输、矿山、港口、国防、计算机、科研等国民经济各个领域，是社会生产经营活动和人类生活中不可缺少的产品。
经过以上对蓄电池优缺点的对比，本课题我们选择用2块40Ah的铅酸蓄电池串联方式构成电源，其输出电压为12×2=24V，蓄电池布置在承载车身内，总重量为24×2=48kg
3.5 本章小节
本章中主要是电机以及驱动电源的设计过程，其中对小车驱动功率、电机扭矩和蓄 电池容量的计算等作了详细的论述。根据计算、分析选择直流电动机和蓄电池，选择轮胎，设计传感的安放位置。
第4章控制系统与行走策略
4.1控制系统
4.1.1驱动芯片模块
本AGV选用的驱动芯片为L293D, L293是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。其后缀有B, D; E等，除L293E为20脚外，其它均为16引脚Vss电压最小4. 5V，最大可达36V; Vs电压最大值也是36V。经过实验，Vs电压应该比Vss电压高，否则有时会出现失控现象。能通过的峰值电流是1. 2A，由于是采用桥式电路驱动一个电机，它允许的输出电流是 686. 6mA，据此可确定电机的选择范围。 4.1.2电源模块
小车由电池组提供电压，控制系统所需的5伏稳定电压由电池组经三端集成稳压器稳压后提供．电机所需的电压由电池组直接提供．一个线性三端稳压器扩流电路， 此电路是极为常见的一个线性三端稳压器扩流电路。 （1）电源的缺点
①此电源是线性稳压电路,内部功率损耗大,全部压降均转换为热量损失了,效率低.所以散热问题要特别注意
②由于核心的元件7805的工作速度不太高,所以对于输入电压或者负载电流的急剧变化的响应慢
③此电路没有加电源保护电路,7805本身有过流和温度保护，但是扩流三极管TIP32C没有加保护,所以存在一个很大的缺点,如果7805在保护状态以后,电路的输出会是Vin-Vce, 电路输出超过预期值,这点要特别注意 （2）电源的优点
①电路简单,稳定.调试方便(几乎不用调试) ②价格便宜,适合于对成本要求苛刻的产品
③电路中几乎没有产生高频或者低频辐射信号的元件,工作频率低,EMI等方面易于控制
（3）电路工作原理.
Io = Ioxx + Ic. Ioxx = IREG – IQ ( IQ 为7805的静态工作电流,通常为4-8mA) IREG = IR + Ib = IR + Ic/β (β 为TIP32C的电流放大倍数) IR = VBE/R1 ( VBE 为 TIP32的基极导通电压) 所以 Ioxx = IREG – IQ = IR + Ib – IQ = VBE/R1 + IC/β- IQ 由于IQ很小,可略去,则: Ioxx = VBE/R1 + IC/β 查TIP32C手册,VBE = 1.2V, 其β 可取10 Ioxx = 1.2/R + Ic/β = 1.2/22 + Ic/10 = 0.0545 + Ic/10 (此处取主贴图中的22 OHM ) Ic = 10 * (Ioxx – 0.0545 ) 假设Ioxx = 100mA, Ic = 10 * ( 100 - 0.0545 * 1000 ) = 455(mA) 则Io = Ioxx + Ic = 100 + 455 = 555 mA. 再假设Ioxx = 200A, Ic = 10 * ( 200 – 0.0545 * 1000 ) = 1955mA Io = Ioxx + Ic = 200 + 1955 = 2155mA 由上面的两个举例可见,输出电流大大的提高了.
（4）电阻R的大小 R的大小对调整通过7805的电流有很大的关系,取不同的值带入上式即可看出. R越大,则输出同样的电流的情况下流过7805的电流要小些,反之亦然. 通常这样的电路中,对于扩流三极管TIP32加散热片,而对于7805则无需要,但是R的值不能过大,其条件是: R < VBE /( IREG – IB). 4.1.3光电耦合器（TLP521-4）
它的额定输入输出都是5伏特，其作用是隔离干扰，消除信号源端的热噪声