自动化立体仓库智能穿梭车设计及其运动学分析

1、第一章绪论11课题研究背景与意义11.2国内外研究概况 212.1自动化立体仓库2122穿梭车5123标识传感设备61.3本文主要研究内容7第二章智能穿梭车整体方案设计82.1引言82.2智能穿梭车工作流程82.2.1入库（存货）作业流程82.2.2出库（取货）作业流程92.3智能穿梭车整体方案92.4智能穿梭车的设计需求102.5智能穿梭车安全保护装置的设计112.6本章小结12第三章智能穿梭车机械结构设计133.1 引言133.2电动机选型分析133.2.1电动机常见类型143.2.2电动机选型确定153.3行走机构结构设计1833.1驱动方式的分析与选择183.3.2导向装置的分析与选择

2、2033.3行走轴的计算2133.4行走轴安全系数的校核2233.5行走机构结构型式253.4伸叉机构结构设计253.4.1机械传动方案的分析与选择263.4.2三层直线差动机构方案确定283.4.3伸叉机构的工作原理303.4.4货叉动力传输机构的分析与计算33IV3.4.5拨叉机构的设计363.4.6伸叉机构结构型式373.5本章小结38第四章智能穿梭车的运动学分析394.1引言394.2智能穿梭车三维模型的建立394.3边界条件加载414.4结果分析424.4.1穿梭车加速启动过程的仿真分析424.4.2穿梭车匀速运行过程的仿真分析434.5本章小结44第五章基于标识传感设备的穿梭车轴承

3、在线诊断455.1引言455.2信息采集45521标识传感设备设计46522 RFID振动传感标签通信能力测试52523信息采集535.3降噪和特征提取5453.1 KPCA 算法 5453.2降噪和特征提取555.4在线诊断575.4.1 LSSVR 模型575.4.2在线诊断605.5本章小结62第六章总结与展望636论文主要工作636.2研究前景展望63参考文献65攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况68插图清单图1.1自动化立体仓库货架3图2.1智能穿梭车的T作流程图8图2.2自动化立体仓库中智能穿梭车的工作示意图9图2.3穿梭车各模块的相互关系10图3.1现有穿梭车产品样式13图3.

4、2电动机按照工作电源种类的分类14图3.3带霍尔元件的无刷直流电动机工作原理图14图3.4有刷直流电动机原理图15图3.5穿梭车负载平稳运行时的受力分析图16图3.6三轮结构机械视觉图19图3.7转向轮为从动轮、定向轮为主动轮式的机械视觉图19图3.8转向轮为驱动轮式的机械视觉图19图3.9行走机构三维示意图25图3.10齿轮一齿条传动机构示意图26图3.11链轮一链条传动机构示意图26图3.12同步带传动机构示意图27图3.13蜗轮一蜗杆传动机构示意图28图3.14三层直线差动机构及工作原理示意图（方案一）29图3.15齿轮一齿条传动机构 31图3.16同步带传动机构三维示意图（俯视图）31

5、图3.17三层直线差动机构及工作原理示意图 32图3.18导轨滚轮轴承32图3.19拨叉36图3.20伸叉机构三维示意图 38图3.21穿梭车整体三维示意图38图4Workbench工作流程图40图4.2简化后的穿梭车三维模型41图4.3网格划分后的穿梭车模型41图4.4穿技车加速启动过程42图4.5穿梭车匀速运行过程（l5s10s） 43图5.1对监测对彖进行在线诊断的步骤 45图5.2典型有源RFID传感标签结构示意图46图5.3自取能RFID振动传感标签结构47图5.4本文设计的振动能量获取器48图5.5升压整流电路模型49图5.6电路仿真结果50图5.712C总线与外接设备之间的关系5

6、0图5.8 FC总线通信时序51图5.9通过I2C总线读写数据的过程51图5.10标签天线工作参数52图5.11 RFID振动传感标签及其测试环境53图5.12 RFID振动传感标签的通信流程图53图5.13 KPCA算法在Matlab中的实现方式56图5.14主元贡献度和累计贡献度57图 5.15 LS-SVR 流程图60图5.16正常与故障状态下LS-SVR模型输出残差61图5.17穿梭车轴承在线诊断流程图62VII表格清单表2.1穿梭车的性能需求及主要技术参数11表3.1穿梭车的具体参数13表3.2不同齿形同步带的区别35表4.1穿梭车的三维模型整车参数40表5KPCA-LSSVR与其他

7、方法性能对比结果618第一章绪论第一章绪论1.1课题研究背景与意义自动化立体仓库，是近年来物流仓储中出现的新槪念，操纵立体仓库设备可 轻松实现仓库的存取自动化、操作简便化；自动化立体仓库，己成为当前技术水 平较高的形式。自动化立体仓库的应用范围很广，在工业生产领域，可以应用于医药生产、 汽车制造、机械制造、电子制造等，其中，医药生产和汽车制造行业是最早应用 自动化立体仓库的领域之一；在物流领域，自动化立体仓库广泛应用于医药配送、 机场运货以及地铁等；而在商品制造领域，服装、酒、牛奶、化工以及印刷、出 版、图书等行业也是自动化立体仓库广泛应用的领域；军事方面也是自动化立体 仓库应用最普遍的领域之

8、一，在后勤、装备等方面尤为普遍IT。穿梭车作为一种智能型搬运设备，具有动态移载的特点，运用在自动化物流 系统中，可使不同工位之间物料的输送布局更加紧凑、简捷，由此提高物料的传 送效率。在电控系统控制下，穿梭车通过认址方式(如激光测距、编码器等)精 确定位于各个输入、输出工位，接收物料后自动进行平面运输，主要应用于物流 系统中单元物料的高速往复输送，具有高度的自动化和灵活性。穿梭车包括自动导引小车AGV(Automated Guided Vehicle)和轨道导引小车 RGV(Rail Guide Vehicle),后者应用较广泛，又称有轨道式自动导引车，它们都 是信息技术及自动化技术迅速发展的

9、产物。目前的穿梭车大部分都只能在一定程度上代替人力，某些特定环节仍需人力 方能实现，并未实现完全的自动化，这大大降低了穿梭车本身的方便性，同时也 影响了市场对于穿梭车系统的热情，增加了工业自动化推广的难度。而自动化实 现程度的关键在于穿梭车本体机械结构设计的合理性和软件控制系统的健全性。在人力资本高企的今天，如何降低各项成本预算、实现自动化管理己成为企 业重点研究的战略课题。统计数据显示，在制造行业，物流成本占制造总成本的 比重是比较大的，通常在50%以上。由此可见，物料和仓储的管理、物流成本的 控制己成为影响产品市场竞争力的关键，更与企业的效益密不可分。目前，自动 化立体仓库的各项基本技术已日趋成熟，由于立体仓库的作业效率和技术水平可 大幅提升企业的物流效率，因此采用自动化立体仓库的企业也越来越多，