停车机器人的设计(双层垂直升降式停车装置)(全套含CAD图纸)
喜欢这套资料就充值下载吧。资源目录里展示的都可在线预览哦。下载后都有,请放心下载,文件全都包含在内,【有疑问咨询QQ:1064457796 或 1304139763】 =喜欢这套资料就充值下载吧。资源目录里展示的都可在线预览哦。下载后都有,请放心下载,文件全都包含在内,【有疑问咨询QQ:1064457796 或 1304139763】 =
停车机器人的设计DESIGN OF PARKING ROBOT 摘要本论文主要设计研究双层垂直升降式停车装置,该装置是处理现代车位严重紧缺,停车麻烦等问题的高效措施。该装置具有自己行走,自动升降汽车以及准确定位停放车辆的能力。机器人构造主要有主体结构、行走系统、升降系统以及安全保护系统几部分构成,通过对机械装置PLC控制完善停车机器人的能力,控制其按程序行走和升降。停车机器人主体结构分为两个部分,一是带有行走轮子的车架,车架为固定的,另一部分是能够升降的叉板,应用于抬升轿车,行走轮子能够运动转向,采用能够充当万向轮作用的轮子,构思选取麦克纳姆轮,四个麦克纳姆轮配备四台相同的电机带动,以此来控制我们的停车机器人进行转向,控制其速度大小。待停车辆起落机构使用安装固定在车架上的两个液压缸工作杆的伸缩进行控制,通过液压缸带动链轮传动系统。把链条一端固定在升降横梁上,另一端固定在车架上,两个液压缸伸缩输出轴上固定转轴,转轴上安装链轮,保证其周向运动,油缸输出轴推动转轴,转轴上安装链轮,链轮旋转运动,链轮旋转将运动传递给链条,拉动链条上下直线移动,通过链条拉动升降叉在导轨横梁上直线往复运动完成待停车辆起降的工作。对我们构思的设备进行机械结构的分析,选取麦克纳姆轮配套电动机的型号以及具体参数、动力源与执行元件之间同步轮传动的分析与构思、起落液压缸的分析与构思、链轮的构思分析等,通过利用PROE对停车机器人构造进行三维建模,最后要对停车机器人运用电气控制。关键词 停车机器人;麦克纳姆轮;升降系统;电气控制 AbstractThis paper mainly designs the double deck vertical lifting parking device, which is an efficient measure to deal with the serious shortage of parking spaces and troubles in parking. The device has the ability to walk, automatically lift cars, and locate parking vehicles accurately. The robot structure of main body structure, walking system, lifting system and safety protection system of several parts, by improving the ability of parking robot controlled by mechanical device to control the PLC, according to the procedure of walking and lifting.Parking robot body structure is divided into two parts, one is the walking frame with wheels, the frame is fixed, the other part is capable of lifting fork plate, used for lifting car, walking wheels can turn, the universal wheel can act as the role of the concept of Mecanum wheels, select four Mecanum wheel equipped with wheels. Four sets of the same drive motor, in order to control the robot to our parking control, its velocity. The parking gear of the parking gear is controlled by the expansion of the two hydraulic cylinder working rods fixed on the frame, and the sprocket drive system is driven by a hydraulic cylinder. The chain end is fixed on the lifting beam, the other end is fixed on the frame, two telescopic hydraulic cylinder is fixed on an output shaft of the sprocket shaft installed on the revolving shaft, the circumferential motion of the output shaft, cylinder drive shaft, shaft sprocket, sprocket wheel rotation, rotation motor to pull the chain chain. Under the linear movement, through the chain to pull the lifting fork in the guide bar straight reciprocating motion to stop car landing work. Analysis of mechanical structure of our design equipment selection Mecanum wheel motor model and supporting specific parameters, power source and actuators synchronous wheel drive analysis and design, analysis and design of hydraulic cylinder gear, sprocket design analysis, through the use of PROE on the mechanical structure of robot parking structure modeling and analysis of its main and parts of the force, and finally to use the electrical control of parking robot.Keywords stop the robot McKennas wheel the elevator system electrical control31目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1 课题意义和目的11.2 设计现状分析21.2.1 停车机器人的分类21.2.2 停车机器人的发展历程21.2.3目前停车位发展要求31.2.4停车机器人的优点41.2.5 停车机器人主要构造41.3设计重要内容和解决问题62 总体方案设计及拟定8 2.1 控制系统和电器构思方案82.2机械部分构思计划83 停车机器人机械方面构思及设计123.1停车机器人车架的设计123.2行走驱动机构的计算133.2.1停车机器人运行阻力计算133.2.2 驱动电机的转速和扭矩的计算143.3 传动轴的计算153.4 同步带的选型163.5 升降构造的设计分析184 停车机器人受力分析234.1升降装置有限元分析234.2轴的有限元分析265 控制系统设计295.1 控制系统总体结构295.2 各个模块的设计与运行315.3 I/O接口分配325.4 导引装置的选择33总结35致谢36参考文献371 绪论1.1 课题意义和目的人们生活水平的渐渐进步,物资需要不断扩充,代步工具的便利和快速发展以及汽车的成本下降带来了各地机动车数量剧增的状况,然而由于土地资源高度缺少,人均拥有数量不断降低,这一增一降直接产生了停车位严重不足,随即出现了交通拥挤以及停车艰难的场面。停车问题随着汽车的出现而产生,我们如何在土地不足,停车位难寻的“抢车位”年代,设计出有效的停车形式是人们急切需要的。目前处理停车困难的最好办法是设计全自动的多层式立体车库,构造紧凑,高效方便,可以说是一举多得。停车困难是妨碍城市交通建设和未来发展的急需处理的问题,如何在不多的土地上搭建出更多的停车位置是我们从根本上处理问题的方向。目前几种可行的停车方式主要有多层升降式、循环式、平行移动式、巷道堆垛式。 图1-1 城市停车现状当今农村正在向城镇化转型,人们生活水平提高了。物质需求不断扩充,比如轿车购买量的迅速扩大,与此同时我们经济发展好的城市能够使用的土地拥有量高度缺乏,车位与车辆在数量上严重失衡,车位设施总体上数量非常不足,配置不完善,使用效率低以及停车管理方法不到位,因此出现了非常严峻的停车困难场面。停车机器人的构思正是处理此问题的好办法。图1-2停车机器人实图本次设计方案就是为了处理目前发生的停车位紧缺,停车困难的囧状。采用停车机器人进行泊车不会浪费车主时间,而且也解决了车库事故频发的问题。既有所需空间小、成本低也有安全便利等优点,在不久的将来停车机器人停车会成为主要停车方式,拥有可观的市场前景以及实际的操作可行性。1.2 设计现状分析1.2.1 停车机器人的分类依据使用环境具体情况,高科技停车方式可以分为多种结构和样式;依照构造,可分为四柱结构型式、二柱结构型式,也叫后悬臂型式;按车位布置形式分:1) 全地上布置形式:有二层到五层四种,一般不会超过五层,层数越高我们越要保证工作效率,满足车主使用需求。 2)半地下布置形式:半地下布置形式比全地上布置能多建车位,空间使用率高,但土建资金投入大。3)重列式布置形式:(一般只能设置单个车道时采用,或者是双车道,但能布置多排以上停车位时,可应用这种配置方式)优点是车道用地少,节约土地增加了车位。缺点是车主泊车不够方便。按车辆起降方式分:1)钢丝绳牵引起降 2)链条带动起降 3)液压缸推动起降4)螺杆旋转起降 5)组合起降方式1.2.2 停车机器人的发展历程图1-3智能停车机器人机械式立体升降辅助停车设备的运用拥有许久的的历史了。泊车机器人的发展正在一步步革新,以前的机械式停车设备大多是笔直循环式的,它能最大程度的利用空间,提高使用效率。伴随着科技的高速发展,停车设备从单一走向了多元化,同样由于经济的迅猛发展,特别是轿车进入千家万户,车位的严重紧缺,更大的增进了机械式立体停车机构的发展与应用。许多制造企业看到了这一科技的发展前景,纷纷加入投资,加大对新技术的研发力度,为科技创新提供了新的能量,直接促进了生产水平的提高,高科技设备都运用了当今最优秀的PLC以及计算机技术,例如垂直升降和平面移动式的车库中,加入了交流变频调速方式,这样设备具有运行速度灵敏、震动和噪音小等特点。控制系统大多采用了更加人性化的触摸屏式以及IC卡式。载车台应用整体热镀锌,提高了它的抗腐蚀性能。作为目前的朝阳产业,停车机器人同时也被人们广泛认为带有良好的发展背景。1.2.3目前停车位发展要求目前在大多数国家,停车场还是自走式停入。对许多人来说,普通的多层自走式停车场简直就是一个噩耗。新闻媒体不间断的报道在自走式停车场出现安全事故:绑架、抢劫和谋杀等犯罪行为几乎都发生在光线灰暗的自走式停车场,严重威胁着人们的生命财产安全。同样大多数人不喜欢自走式停车场,由于技术问题或者视线昏暗,车主总是有可能泊车时刮掉了车上涂漆或轮轴等。为了处理停车困难等问题 , 就必须对我们目前的停车方式进行改进,建立立体两层停车车库 ,这样就可以节约空间以及土地 。这种车库便于管理 ,提高了停车的安全性能,同时占有了节能环保等好处,但是我们还可以更加的去完善。针对目前展现出来的缺点,我们设计研发出一类最新的全方位的立体停车机器人辅助设备,应用蓄电池进行带动,减少了对环境的污染,耗费资源比较少,而且不用建设专门的停车机器人行走的车道,充分合理的减少了占用土地的平方数,设备行动迅速简洁,操作方便,能够最大限度的满足汽车的停入。设计的停车机器人辅助停车设备能够满足三个坐标轴 X 、Y 、Z 不同方向的动作 ,它能改善目前市场上许多其它设备运动功能不全 ,以及另外的功能缺失,如不可以实现瞬时转变各种不同的功能 ,停车机器人具有360度全方位工作能力。停车机器人车架运动到车底部 ,升降叉将汽车抬高,设备根据指令顺着任何一个方位运动 ,把待停车辆运送到空的车位,各个功能通过指令控制,精度以及可行性都很高。与之配合的两层停车车库可选用钢筋混泥土浇灌成一个整体多层构造。整个车库只有停车机器人需要动了能源,其他设置设施完全不需要,从根本上节约了资源,减少了花销,基本没有噪声污染,同时极大的有利于我们的生态环境。此停车机器人研究设计主要是通过通讯系统控制设备的液压以及机械系统,促使机器人选择一条最佳运行轨迹将车辆安全送达。至今,停车机器人设备正在高速化、规模化 ,同时向建筑结构整体化和运动功能高可靠性方面进步 。1.2.4停车机器人的优点(1)占地面积较小, 空间使用率高。设备除了必需的停车空间、起落井道和钢构造框架、外包装墙体之外, 不再多占用其他的土地, 相比于平面停车和其他种类的车库设备,它的空间利用率得到了极大的提高。这样设计的设备, 占地面积53m2, 高度可达48.5 m, 可以同时停放大型轿车50 余辆。这是垂直升降式停车机器人最大的优点之一。(2)机器人由计算机控制管理,全自动行驶。停取车时, 只要输入存取车的车牌编码, 机器人将在计算机的控制下, 自动运行将车存到停车位或将所取汽车送至出入口。在计算机操控下, 机器人会平稳地软启动、缓慢制动, 高速行驶。计算机控制系统会将设备的存取车状况、运行状况, 通过通讯系统及时传送到监控屏幕上,目的就是方便管理人员对设备进行实时监控。(3)高安全性。我们设计的设备上装有很多项安全保护措施,确保其运行安全可靠。如待停车辆出现超高、超长、超宽、超重等现象将立即被检测到, 并触动紧急停止开关, 牵引绳断裂检测,是否到达一定高度检测等, 机器人上带有的安全保护措施如设备的保护伞,帮设备能够行走自如,而且降低了故障发生率以及修理便捷。(4)没有人为性质的破坏。停车场是全密封,保证无人进入, 除了存取车辆以外,所有人员都不能进入两层停车场内, 所以可以保证不会有人为性的对待停车辆进行损害,并且就可以保证车内的物品安全,没有偷窃行为的发生。1.2.5 停车机器人主要构造图1-4升降停车机器人主体构造图(一)主体结构主体构造是由两根立柱,上、下横粱组成的方形架构,其是主体结构的主要承载部分,整机构造瘦长,立柱通常用方管制作。主体结构需要的高度高、起重力大、运行速度快特点,立柱最好用圆管制作。上横粱和下横粱一般需要用槽钢及钢板焊接而成。 主体构造的机架沿天轨运行,为了防止框架倾倒,上横粱上有导向轮。天轨一般用角钢、糟钢或热轧H型钢制作。 表1-1运车叉对应汽车尺寸大小车型设备装置尺寸范围备注长L(mm)宽W(mm)小型车5000530022502350中型车5300550023502450推荐选用大型车5500580024002550推荐选用特大型车5800630025502700 图1-5运车叉实际样式(二)运行机构运行机构主要由电机减速器、行走车轮、导向轮等部件构成。运行机构下横梁上装有车轮,车轮一般用铸钢制作。每个车轮的侧面有两个导向轮,以保证运行机构能够在地面上正常行驶。电机减速器装在前面车轮上,它带动车轮在地面上运行,切断电机电源,电机就能主动制动,使运行机构停止。(三)升降机构升降机构由电机减速器、驱动链轮、驱动链条、升降链轮、升降链条、配重块等组成。升降链条和叉齿相连接,与升降链轮、上下横粱的链轮及载货台组成封闭构造。电机减速机驱动升降链轮旋转,升降链轮通过升降链条带动叉齿上下运动。(四)安全保护装置停车机器人是一种起重机械,通常工作在又高又窄的巷道内并且高速运行。要确保机器人工作时的安全性,设备上的保护系统就成了必需品。重要的防护安全保障有:(1)导轨两端极限位置防护措施终。停车机器人在行走、升降终端都安装有限位保护装置。 (2)联锁保护装置。联锁保护停车机器人在行走时,升降机构电路切断;相反升降机构运动时,行走电路切断。1.3设计重要内容和解决问题(一)课题主要内容通过对两层可升降停车机器人的设计研究,目的是为了处理现在社会上出现的车位紧张,停取车辆不便的困难。对设备的整个构造的分析构思,联合升降停车机器人的运载待停车辆的车架以及车叉升降系统结合在一起。设计的该设备可以使用在土地紧张的发达城市中,构思车的整套全智能的辅助系统,重要的部分分为主体构造、动作系统、车叉上下移动系统以及防护发生安全事故的保护措施。机构能够根据车辆情况调节负载的大小进行操作,并且本机构能够实时显示车辆的重量、车辆的大小及搬运时间等。通过PLC程序控制,完成了存取车方式的高度自动化, 程序能迅速正确地完成平稳升降、定位、取送等操作。系统也可结合快速扫描识别系统、智能IC 卡系统等, 进一步完善存取车速度。(二)设计重要技术指标(1)在机械设备的整体构造中,叉车板的硬度以及刚度都要满足轿车的重力压迫,确保其能够承受,而且不会发生应变等现象。同时也必须可以承受车辆上下升降的加速度,整体设计要做到保证能够承载待停车辆,而且要减少停车机器人的主体构造的重量,尽量做到待停车辆重量与停车机器人重量达到一个良好的比较。(2)车叉动作上下移动系统部分为电机减速器、链传动、动作叉板、液压传动等几部分。运车叉零件进行装配前,必须对其部件进行不同的表面热处理,提高载车板耐用能力。载车板是停车设备通用的组合部件,现在已经标准化,这样就能满足其又有良好的互换性以及通用性,便于以后损毁进行修理便于安装,节省了时间花销。而且叉车板要能够批量生产。载车车叉现实工作中会受到运动载荷的冲击,所以她所使用的材料一般要考虑到弹性构造设计方案以及达到预应力的要求,必须保证这个部分能够有良好的承载重量,存取待停车辆时平缓,不会发生很大的冲击发出声音。(3)停车机器人的能源辅助装置布局合理构思,能够将驱动装置、信号接收器、外包装等装置合理安排在机器人的车架中,减少空间的使用,而且要保证弹门之间不会产生相互之间的影响干扰。各种连接通讯线路明确布局,并采取一定隔离措施,防止其相互存在一定的干扰,影响到机器人的安全与性能。(4)对于停车机器人突发情况安全保护的设计(5)对于停车机器人升降机构的设计2 总体方案设计及拟定2.1 控制系统和电器构思方案(1)控制系统就如停车机器人的大脑,控制着机器人每个零部件进行动作,它是整个设计最为重要的部分,控制系统由控制器组成,它是车架中非常重要的硬件。选用控制器的方式要注意其发出脉冲的最高的频率的参考性标准。当待停车辆停在指定区域内,熄火,关好车门,停车机器人载车叉智能寻车并主动运动到车底盘下,将车辆进行抬高。动力源电源断电后,电机会立刻自动采取控制停止,确保其自身以及待停车辆的安全性。机器人升降机构必须拥有完善的安全保护装置。重要的危险防护措施有:1)导轨极限位置保护措施。停车机器人在运动动作、抬升车辆的始末位置都会装有到位感应,防止其位。2)行走系统与升降系统可以形成联锁控制。设备在动作时,叉车板的升降系统会锁住,防止其动作;同样在提升放下车辆时,机器人的运行动作系统电源断开。(2)关于动力提供源电动机的选取要求:电动机的重要作用是给停车机器人带来工作行动力的,因此要严格选择符合我们所设计的机器的要求,能够保障其完成规定动作。停车机器人构思中,第一必须根据其主要工作方式以及其工作环境,还有器主体构造等方面来选取所需要的动力源,然后挑选出与之匹配的电机。(4)电动机依据它的使用的电源种类同城能够分成直流和交流电动机。交流电动机还包括两类,单相和三相电机。根据停车机器人动作灵活,工作运动范围为整个停车场的特点,我们要选择的电机要便于携带,不拖泥带水。而且要在不是很好的环境中,根据这些要求,我们可以采取利用蓄电池与直流电机进行合作。蓄电池便于携带而且比较环保,所以我们采用直流伺服电机。(5)安全防护措施流程图: 图2-1安全防护措施流程图2.2机械部分构思计划 图2-2总体结构假想外观停车机器人车架构思: (1)停车机器人的车架用槽钢制作,主要用于支撑固定轮子以及支撑升降机构和导轨,轮子是应用车架底面侧板和槽钢配合进行固定,轮子的中心轴固定在车架侧板上,停车机器人升降可以达到与之配合车库的两层高度,通过导轨进行控制,升降部分是依据链传动带动升降车叉在导轨上直线移动。导轨应用热处理轧制而成的工字形状钢材料,升降车叉板与导轨上的横梁焊接成一体,以备实现整体升降构造的上下移动,把待停车辆抬升到停车库第二层,升降横梁应用三根正方形中空材料焊接起来,升降叉也是使用这种材料的正方形,但是必须将车架底座的方通和升降方通进行区分,它们之间材料性能是一样的但是各有各的安装形式,升降方通为了能够插进车辆底盘所以一段固定在横梁上,而另一头悬空以备靠近车辆,完成动作,因此可以确保其工作方便灵活。车架的方通是两两焊接在一起的,组成一个规则的长方形。 (2)工作构造主要有电机减速器、动作车轮、方向轮等几部分组成。四个麦克纳姆轮作为机器人行走轮子,麦克纳姆轮能够全方位移动是基于一个有很多位于机轮周边的轮轴的中心轮的理论上,这些成角度的周边轮轴将一部分的机轮转向力分解到到一个机轮法相力上。根据各自机轮的方向与速度,四个轮子的合力方向最终合成在任何要求的方向上,并且得到一个合力矢量从而确保了这个平台在最终的合力矢量的方向上能自由地运动,而且不用改变机轮自身的方向。麦克纳姆轮轮缘上斜向均布着十来根不粗的转轴,保证了车轮能够进行横向动作。转轴上的小滚子母线布置十分合理,动作时轮子在位置保持不变的轮心轴周圈进行转动,任何一个小转轴滚子的包络线均是圆柱面,因此这种车轮能够不间断的向前方动作。麦克纳姆轮特点是小而紧凑,动作灵活,功用是很完善的全方位轮。使用四个麦克纳姆轮进行组合,机器人能够更加灵活方便的实现全方位移动。(3)升降系统可以采用液压缸带动,升降构造中的液压系统由动力源、油管、伸缩液压缸、油泵、各种控制阀体以及一些小的零部件构成。升降系统工作理论是应用发动机去带动液压的齿轮泵,其不断从油缸中吸油,同时会出现油液压力增高,油液顺着油管通过各种控制阀体进入伸缩液压缸,液压缸容积不断变化,控制升降叉板动作。转轴固定在液压缸伸缩杆前段,转轴上固定链轮,通过液压缸推动转轴,实现转轴旋转带动链条直线移动,从而带动叉板升降。图2-3液压缸升降(4)运车叉设计,运车叉是焊接在横梁上固定的,主要作为是抬升放下车辆的普通装置,它直观的呈现给人们的是一字形的,与导轨上的横梁成为一体,之所以选择整体的方式,是因为它的工作是要搬动数吨重量的车辆。3 停车机器人机械方面构思及设计图3-1立体停车机器人三维建模图3.1停车机器人车架的设计停车机器人的车架是一个框架的构造,只有把车架设计合理以及制造工艺提高才能保证整个机器人工作时的准确性和质量,在构思机器人的车架时必须想到下面几个方面:(1) 为了能够肩负车辆对车架的负载与冲击,车架必须拥有良好的刚度、强度等力学性能,既要保证其能够承受轿车的重量同时也要尽量减少自己本身的质量。(2) 必须尽可能正确整洁的安排能源驱动构造、信息传递器、挡板等设备放置在在没有干扰的方位,减少各个设备线路之间的影响,确保其他们的保障工作的能力,同时也必须把各种连接电路整洁有序的放置,防止其散开,并在可能互相影响的线路上弄一些隔离装置,保证相互之间没有影响。(3) 车架采用价格便宜的刚性型材,其构造单一,同时能够拥有良好的承受力。在这个论文构思的进程之中,车架分为两个部分,即车辆抬升叉板和车架底盘,应用为保持整个机器人站立不倒,虽然都是使用型材焊接起来的,但是其形状不一样,抬升车叉应用的工字型钢焊接,车架底盘为正方形中空型材焊接,工字型型钢总长度之和为2050mm,正方形中空型材的长短是2100mm,横截面的尺寸120mmx60mmx4mm,整个设备的车架长度3860mm,待停车辆会超出来一段,车辆四个轮子放置在车架上,其宽度是1970mm,和普通的车辆相比会宽一点,因此可以防止车辆和停车机器人车架产生相互搓碰,横梁串通在导轨上,横梁与链条固结在一起,于是能够完成插车叉的上下移动,带动汽车上下移动。前车轮与后车轮相隔3690mm,左右两个车轮间隔为2306mm。升降系统是利用固定在车架上的两个液压缸动作运动,液压缸伸缩端固定转轴,转轴上安装链轮,液压缸内部空间不断变化,推动链轮转动,链传动系统运动,链条拉动横梁移动,由于插车板和横梁焊接固定,叉板带动待停汽车运动,待停车辆一般重量大,应用滚轮在导轨上运动,降低了横梁与导轨之间的摩擦,降低了柱塞液压油缸的动作用力,两边为方向引导轮避免横梁上下移动错位。3.2行走驱动机构的计算3.2.1停车机器人运行阻力计算我们所构思的设备所应用的动作能源以及运动产生的一起阻力可以通过电机的大小进行控制,在工作运动中,设备周围各种力作用于停车机器人,其中包含了以下几点:设备在运动过程中与水平地面产生的轮子的运动摩擦力,在设计中为空气给行驶中的机器人带来的阻力,在设计中为设备在工作运动中,由于行驶的车库地面不是完全水平,就会导致上坡时产生一个分力,在设计中为设备工作运动时速度提高时,会自然地减少一个阻力,在设计中为分析以上的四种不同的影响机器人工作运动的力,能够整体估计计算出设备字工作运动时所需要克服力的总和,即: (3.1)麦克纳姆轮运动与地面产生的力: (3.2)公式3.2中,代表滚动摩擦系数,通常用0.02,代表设备所承受的待停汽车的重量以及其自身轻重,估算停车机器人设备为400kg,待停汽车为1600kg,所以分析为: (3.3)停车机器人通常在地下室停车库内工作运行的,动作速度并不是非常高,因此我们在构思计算时机器人所受到的空气阻力能够不算。与设备配套的车库地面比较水平,基本上没有起伏,因此上升阻力也没必要带入其中。设备因突然提高速度,而产生的妨碍设备运行的力,通过下列公式计算: (3.4)为停车机器人担当的压力大小,是其工作运动产生的加速度,假设其工作运动的最大运动速率为30m/min,抬起轿车工作时机器人从发动到达高速度所用时2s,运动距离为0.5m,代入公式可得: (3.5)最后根据上面的公式将计算数据带入其中,可以算出设备在工作运动时的阻力总和,即: (3.6)3.2.2 驱动电机的转速和扭矩的计算在设备工作运动时,轮子所产生的动力目的是带动整体运动的同时会减少工作中其他方面所受的一些不利于运动的力。而且我们所采用的传动系统的工作能力以及它的速度增减比重会对动力产生轴有一定的不好的方面。因此在构思选用中,设备的动力部分传动减速比定为20。提供动能电动机的算数式: (3.7)上面式子中,是电动机的轴上传动能力,是设备工作运动中,所承受不利于正常运动的力,是停车机器人所使用轮子的大小。为电动机的多少,为工作能力,动力源与工作运动轮子之间采用同步带进行传动,这个方案构思中是0.9,为我们设备的传动中速度增减比,分析代入数据得: (3.8)设备接上车以后,工作运动慢慢开始,由原来的静止到正常速度的行驶工作中,妨碍停车机器人运动的最重要的一个力是由静止到运动的力,这个论文构思中,这个妨碍的力为0.3,通过以下公式计算: (3.9)设计的设备刚开始工作时输出最大力量: (3.10)电动机的工作速度: (3.11)公式中,是停车机器人工作速度,本论文构思其数值可以达到30m/min,是停车机器人的车轮大小,通过公式可得: (3.12)带动轮子的电机工作时输出的能量为: (3.13)依据上面的公式数值带入,我们所要使用的电动机的输出能力要超过公式得出的理论上的功率,因此能够使用蜗轮蜗杆传动的减速电动机,其标准输出能力1.1K,标准输出轴工作转动速度720r/min,与我们的构思计算结果差不多,可以满足使用要求。3.3 传动轴的计算从电动机输出轴的动作到设备车轮的工作中间是利用轴进行传动的,而且任何一个轴都不是中空的,其是由20Cr制作,轴的直径计算: (3.14)在上面的计算中,指传动轴的大小,其是依据轴的性能和使用状况选用的,为轴的工作能力,为传动轴的速度大小,为轴的性能和使用状况数值,本次毕业构思中定为105,因此带入数值为: (3.15)输出轴上产生一定程度的扭转变形分析为: (3.16)因此采用该轴的大小为25,45刚作为材料,这种材料的性能符合要求。3.4 同步带的选型 1)电器正常工作时功率的分析 (3.17) 2) 同步带小轮子转动速度 修改带的转动快慢3) 拟选带子的型号和每一节的距离 依据下面的图表不难看到,此次的设计要素标准数值都不大,所以同步带的类型随意选,我们采用8M,此类带型表3-1工作情况系数看工作机原动机交流电动机(普通转矩笼型,同步电动机),直流电动机(并励),多缸内燃机交流电动机(大转矩,大滑差率,单相,滑环)直流电动机(复励,串励),单缸内燃机运转时间运转时间断续使用每日35小时普通使用每日810小时连续使用每日1624小时断续使用每日35小时普通使用每日810小时连续使用每日1624小时复印机,计算机,医疗器械1.01.21.41.21.41.6清扫机,缝纫机,办公机械,带锯盘1.21.41.61.41.61.8轻载传送带,包装机,筛子1.31.51.71.51.71.9搅拌机,带式传送机,牛头刨床,中挖掘机,离心压缩机,振动筛,纺织机械,回转压缩机,往复式发动机1.51.71.91.71.92.1液体搅拌机,圆形带锯,平碾盘,洗涤剂,造纸机,印刷机械1.41.61.81.61.82.0输送机,抽水机,洗涤机,鼓风机,发动机,激励机,卷扬机,起重机,橡胶加工机,纺织机1.61.82.01.82.02.2图3-2 同步带选型图4)设计同步带自主转动轮子的 同步带小的带轮允许最少为18,设计选用25。5)小带轮两个齿轮的交接点位置的大小= (3.18)6)大带轮计算分析 同步带的速比为2,7)运动速度v的计算 (3.19)8) 拟定同步带两轮轴之间距离 。9)带着的长度=() (3.20) = =768mm10)同步带工作时带轮与带子接触的齿数因为同步带的速比为2,=12。11)同步带正常工作时的功率的分析=2100.85N,m=0.448kg/m。 带入=0.24KW (3.21)表3-2 基准宽度同步带的许用工作压力和单位长度的质量带型Ta/NmMXL270.007XXL310.01XL50.170.022L244.460.095H2100.850.448XH4048.91.484XXH6398.032.47312)分析轴上产生的力= (3.22) =2086N3.5 升降构造的设计分析(1)待停车辆升降构思升降叉板和横梁通过立柱焊接在一切,两部份呈现为L状,升降叉板布局成一条平行线,分布均匀的8个,在横梁的上方与升降横梁焊接成一个整体,两种不同的轮子固定在升降横梁上,分别为导向轮进行方向的控制以及支撑轮起到支撑作用,导向轮可以防止升降横梁升降的时候错位,液压缸垂直焊接于车架上,液压缸输出轴伸缩推动轴上链轮,经过链传动带动链条移动,链条拉动升降横梁,带动叉板上下移动停取车辆。图3-3 升降叉的整体结构(2)油缸分析1)升降系统工作压力的分析依据中国液压器件的使用状况,采用运行压力2)液压缸大小的分析工作中应承受 (3.23)液压缸直径,选;3)油缸缸体厚度外面直径的分析通常机械设备中的油缸缸体厚度: (3.24)公式中 为油缸缸体厚度();为缸体内径();选用为最大承载时压力的();为液压缸缸体材料的允许应力。我们应用无缝钢材,其;因此 (3.25)选取。液压缸缸体外径为 (3.24)4)液压缸盖子薄厚分析我们选用的液压缸缸盖使用平底形状,其厚度计算:,取5)液压缸伸缩件工作范围分析液压缸有效工作范围:我们设计的要把停的车辆抬升3336mm,因此液压缸要升降到它的一半高度1500mm。6) 液压缸从活塞支撑面中点到导向滑动面中点的距离的分析 液压缸构思中,从活塞支撑面中点到导向滑动面中点的距离应符合 (3.25)公式中表示液压缸的最大工作范围表示液压缸的外径带入数值,选用液压缸活塞宽度,带入公式的因为,普遍,所以隔套长度 是根据最小导向长度得出的,为 (3.26) 7) 液压缸整体的长度分析液压缸体内部长度 液压缸体外部长度总和 (3.27)(3)升降系统中链传动的分析1)分析链轮所需齿数链传动是用链轮转动带动链条直线移动,牵引停车机器人升降叉板,我们采用小链轮齿数z1=17。和小带轮配合的大链轮齿数z2=i2z1=117=17,链轮齿数采用奇数有利于链传动的均匀磨损。 2)分析以及算出单排链传动的功率xw30.952.85KW3)选定传动链条类型和每节距离p传动链轮节距构思选取主动链轮的型号为08A,每节距离p=12.7mm两链轮之间的中心距采用中心距a0=(3050)p,取a0=381635mm,采用a0=700mm 4)链条的节数 为了防止使用过渡链节,所以我们的传动链节数一定设计为偶数个。所以为节。5)辊子链类型08APSa/SmJB/T8920-19906)牵引链的长短 根据我们所选的类型08APSa/SmJB/T8920-1990查资料,q=0.6kg/m。链的运动速度 传动链是采用一个个的刚性链结通过销轴铰接而成,链条围绕链轮上工作运动时,链条的链节会包围相与之滚动的的链轮啮合,链条会在接触链轮的地方变成一个正多边形,这个形状的边长和链条每节的距离相等。所以正多边形的边数和链轮齿数相同。链传动中,链轮工作一周,旋转过链长度Zp,所以计算出链传动的速度v: (3.28)(7) 分析对轴的压力圆周上产生的有效力: (3.29) (3.30) (8) 链轮构造分析链轮的构造分类也有不同,有整体结构、孔板构造、组合结构等(图3-4)图3-4 链轮的结构链轮齿的形状必须保证链条能够稳定的卷入缠绕和脱离,接触的每一个链节受力均衡,工作时不产生掉链,制作工艺简单。双圆弧齿形简单明了,三圆弧一直线齿形形状复杂,必须用标准的车刀制作。图3-5链轮的齿形分度圆直径d的计算, (3.31) 齿顶圆直径 (3.32) 齿根圆直径 df=d-dt (3.33) 式中,dt为滚子外径。链轮轮齿要用金属热处理,链轮的齿必须具有良好的力学性能。传动链工作的时候链轮大的转动慢,小的转动快,因此小链轮受力比较多也比较大,所以在材料性能上要采用比大链轮性能优秀的。我们一般设备中使用的链轮为碳素钢(如Q235、Q275、45、ZG310-570等)以及HT200等。重要工作环境中的链轮可以选用合金钢。泊车机器人上的起落体系的链轮采用整体式,45钢,轮齿形状按(GB12441985)选择双圆弧齿形,具体参数:分度圆直径 : mm (3.34) 齿顶圆直径:mm (3.35) 齿根圆直径: (3.36) 4 停车机器人受力分析4.1升降装置有限元分析为了便于起降待停车辆,升降叉板进入车底一端是悬空的,而另一端是固定在升降横梁上的,车辆自重完全压在上面,其受力分析情况与悬臂梁差不多,我们做这一部分是对停车机器人重要零件进行加载力分析,观察分析其受力情况和它的变形情况,检验我们的构思中的升降叉板能否正常工作,安全升降我们的待停车辆,下图4-1是其三维模型。 图4-1升降叉板的三维模型受力测试前首先要确定约束力。约束力加在哪边其就是被固定的部分,一个零件如果不被约束固定就不能对其进行静力学受力情况分析。在软件中固定零件就是使其受一个约束力,软件中叫做“夹具”。软件中拥有很多不同的固定方式,其中固定的夹具种类有几何体、铰链等,通常还有专为轴承配套的固定方式。根据升降叉板的工作形式,我们把约束放在一段,相当于其焊接在横梁上也就是支撑径上。在软件中右击找到“夹具”按钮,选用其中的“固定几何体”。通过点线面选定升降叉的首段端面,下图4-2。 图4-2 定义夹具固定约束端找到后对其进行外力载荷施压。我们分析的升降叉板主要是承受来自于待停车辆的对其的压力,设计中采用了8个升降叉板,待停车辆的载荷15000N,平均分一下,每一个上面要承受的力为整车的八分之一1875N。采用下列方法对模型进行施加外力,右击鼠标选择“外部载荷”选项,其中的“力”。由于车辆是垂直压下去的,所以我们施加的力也要竖直向下即选择“法向”受力,受力面为一个侧面,这时叉板模型中的一个面会有受力显示,我们要确保受力方向是对的,如图4.3定义载荷。 图4-3定义载荷下面我们进行分析处理前的最后一部分:软件中划分网格。即我们要对模型进行不同单元的划分。在软件中区分部分能够利用软件中的实体模子四面体和三角形壳另有横梁单元;根据区别单元的阶数分一阶和二阶两种差别的单元格式。零件受力分析的准确性和单元格的使用有直接的关系。通常情况下,网格划分的越精细,更便于进一步分析,如果划分的过于粗大严重的会直接影响到测试结果,单元格越细化我们软件分析的时间也会越长。我们分析的各种零件要不同对待,将分析质量与所用时间合理分配,选择与模型相符的网格。不同的地方划分不同的网格,受力面要重要分析所以采用细密的网格,其他部分可以采用默认的形式。运行这一部分我们使用软件中的网格控制工具。右键单击鼠标,选取下拉菜单中的“网格”,其中的“应用网格控制”,把页面中的所有需要的数值敲击进去。受力加载面为停车机器人升降叉的上面。写上“网格参数”,网格大小数值1.5mm,比率值1.5,保存数据进行下一步分析。把所有数据设置好以后,我们将启动按钮,对模型进行分析,软件自动处理,不长时间就会出现结论图以及得出数据。软件分析结束后,会显示三张图,位移云图是分析应力、应变的基础。下图中显示了模型在各个部分上所受的力的大小。模型受力较小颜色为蓝色,数值上没有到1.823MPa,数值上显示模型所受最大的压强10.94MPa,没有超过我们的拟定值,软件上显示升降叉悬空端所产生的位置移动最大,为0.009mm前后,数值也是在正常以内。根据以上分析,升降叉板设计符合使用要求,可以承载车辆的起降。a- 应力云图 b-位移云图图4-4结果云图4.2轴的有限元分析传动轴支撑着停车机器人的运动轮子,轮子承受着设备本身的重量以及待停车辆的重量,麦克纳姆轮将受力加载在轴上,设备拥有四个轮子以及与之配合的轴,轴承担着麦克纳姆轮给予它的直径方向的受力。以下将用软件对轴的受力进行分析,看是否符合要求,下图4-5为传动轴的模拟图形。 图4-5传动轴的三维模型软件中对待分析零件进行固定,我们选取传动轴的两端固定,如图4-6定义夹具。 图4-6 定义夹具通过软件对轴进行模拟外力施加。传动轴主要承受麦克纳姆轮的作用力,设备采用4个轮子,我们拟定的停车机器人为20000N,分摊到每一个轮子上所受的力为5000N。点击鼠标右键“外部载荷”,其中的“力”。选择受力方向为“法向”,力的方向作用在我们的轴的面上,这个时候力可以加载在上面,我们要确保力的方向以及作用面是否准确,情况如图4-7定义载荷。 图4-7定义载荷力加载好以后启动软件进行分析,稍等片刻就会出现受力数据。系统运行结束,出现各种图,通过位移图分析传动轴上的应力以及应变。应力云图表明的是传动轴的各个部分不同的受力大小。在应力云图中传动轴受力基本上是蓝色,说明应力不大。通过我们模拟进行分析,传动轴的受力符合我们的选用条件,是安全可操作的。 a-应力云图图4-8结果云图 5 控制系统设计5.1 控制系统总体结构我们需要给设备加一个操纵头脑即控制措施,我们这次构思选用西门子控制系统用于主控制。我们要思考控制器的首要目标就是最高脉冲频率。图5-1 控制系统结构图停车机器人的重要的控制部分包括八大部分。第一路径跟踪控制模块,控制机器人的行走路线,防止其撞东西;第二无线通信模块,给机器人传递信号,为监控者进行实时共享;第三脉冲采集模块,起到脉冲控制;第四电机驱动模块,控制机器人的行走系统;第五电磁传感器采集模块,进行电磁探路;第六阻碍物检测模块,探测是否有东西阻碍机器人运行工作;第七位置偏差控制模块,控制停车机器人按既定路线行驶,防止偏离路线;第八路径、位置显示模块,实时显示设备的位置以及行走路线。图5-2 运行流程图我们所设计的控制程序中,要确保两个问题:每一个不同的系统进行单独的程序控制,严格制定各个系统程序之间的分隔,确保其不会互相影响,而且要加以说明,每一条程序要做到详尽准确。对于输入与输出、操作的功能这些方面我们要进行程序的详细编写。在我们所设计的停车机器人的工作运动中,正常的程序运行为设备首先自检,确保其没有任何问题才能运行,自检合格启动按钮接通,开始对所行道路进行检测
收藏