摘要
随着工业4.0和中国制造2025战略的实施，智能化和自动化成为发展的趋势，组建柔性物流系统和自动仓储系统，提高工作效率，对制造业企业来说变得越来越重要。这种形势下集机械工程、控制工程、人工智能和计算机技术等多学科融合的前沿产品自动导引车（AutomaticGuidedVehicle）作为移动式机器人的一种，可实现点对点的自动化运输，在企业得到了广泛应用。目前国内使用的AGV载重量不高，多进行轻质量、小体积货物的室内运输，对于几吨到数十吨的货物运输，存在着结构复杂、工作不稳定、使用环境限制等缺点。针对这一问题，研究开发一款承载能力强、结构简单、适于室外运行的重载型AGV对企业自动化运输具有重要的意义，因此本文将通过对AGV各组成部分进行研究设计，实现AGV的重载和室外运行功能，具体研究内容如下： 基于企业需求，结合重载AGV国内外研究现状，确定了重载AGV要实现的主要功能和设计目标。依据模块化设计的思想，对重载AGV驱动模块、导引模块、安全模块、机械模块等进行计算匹配、设计建模。通过对不同方式的驱动形式、轮系布局和导引方式对比分析，确定重载AGV采用大功率双舵轮中线布置驱动、4万向支撑轮四角支撑、磁导航导引的布置，并确定了具体的零部件型号。之后参照建筑行业空间桁架结构和边梁式车架，确定了重载AGV分层式车体结构，并对现有AGV垂直导柱式减振装置进行改进，确定了铰接式减振方案，最后运用Solidworks完成了零部件的设计和整车三维模型的装配。 基于建立的重载AGV车体结构，利用HyperMesh建立了车体结构的有限元模型，通过对车体结构的静、动态特性分析，得到了满载弯曲、满载扭转、满载制动和满载转向四种典型工况下的应力分布、变形情况以及自由模态固有频率和振型，结果表明车体结构静、动态性能符合设计要求，但同时存在材料利用率不高、应力分布不均匀的问题，需要对车体结构进行优化改进。 针对车体结构存在的问题，首先基于变密度法、线性加权法和层次分析法建立了车体结构静态刚度多工况联合拓扑优化模型，计算得到了车体结构更为合理的材料分布路径，确定了结构改进方案。通过对改进后的结构校核，结果表明车体结构最大应力值和最大变形量均有所下降，固有振动频率得到改善，优化效果明显。之后对新结构进行了轻量化设计，基于灵敏度分析，确定了13组轻量化构件，利用OptiStruct求解器得到了各构件厚度的最优值，并重新进行了性能校核，结果表明在力学性能符合要求的前提下，重载AGV车体结构总质量由812kg减少到664kg。 在AGV零部件匹配的基础上对各零部件进行了采购，完成了电气元件线路的连接，同时绘制了机械结构二维图，由企业车间加工制造，最后完成整车装配、调试，对AGV进行了场地功能性实验。实验结果表明AGV避障、寻迹、转向、爬坡等功能正常，速度、功率、电流等各项运行参数符合设计要求，重载AGV达到了设计的预期目标。
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