摘 要

传统的AGV移动机器人的底盘结构由于安装空间限制，底盘不带有悬架系统。随着AGV向重载、高精度方向发展，传统的刚性底盘已不能满足其在复杂路面上的使用要求，然而己有研究中对AGV悬架系统的结构设计和隔振性能的研究较少。本课题以全向AGV移动机器人平台为研究对象，为其设计一款悬架系统，设计内容包括理论计算、结构设计、有限元分析、动力学仿真等。

本文确定了麦克纳姆轮全向驱动方案，为AGV设计了一款双横臂式独立悬架。建立了单轮悬架的二自由度振动数学模型，设计了悬架系统的偏频、刚度、动静挠度和阻尼比取值区间，为后续具体结构设计和动力学仿真提供理论支持。随后完成了带悬架移动平台三维模型建立，并在ANSYS Workbench中对相关结构进行了静力学分析和模态分析，验证了结构设计的合理性。

在ADAMS/View中分别建立了有无悬架移动平台的动力学模型，完成了移动平台在C级随机路面和单凸起路面的动力学仿真。结果显示本项目设计的悬架系统有很好的减震效果，验证了本项目悬架系统设计的合理性。

关键词：AGV；悬架系统；有限元分析；动力学仿真

Abstract

The chassis structure of traditional AGV mobile robot is not equipped with suspension system due to the limitation of mounting space. With the development of AGV to the direction of heavy load and high precision, the traditional rigid chassis can no longer meet the requirements of its use on the complex road surface. However, there are few studies on the structural design and vibration isolation performance of AGV suspension system. This subject takes omnidirectional AGV mobile robot platform as the research object, and designs a suspension system for it, including theoretical calculation, structural design, finite element analysis, dynamics simulation, etc.

An omnidirectional mobile platform based on Mecanum Wheel was designed. A double cross arm independent suspension is designed for AGV. The two-degree-of-freedom vibration mathematical model of single-wheel suspension was established, and the value ranges of bias frequency, stiffness, dynamic deflection and damping ratio of the suspension system were designed, which provided theoretical support for the subsequent specific structural design and dynamic simulation. Static analysis and modal analysis of relevant structures were carried out in ANSYS Workbench, which verified the rationality of structural design.

The dynamic model of the whole machine with and without suspension were established in ADAMS/View.I completed the dynamic simulation of moving platform on C random pavement and single bump pavement. The results show that the suspension system designed in this project has good damping effect, which verifies the rationality of the suspension system design.

Keywords：AGV；Suspension system；Finite element analysis；Dynamic simulation

目录

第一章 绪论 1

1.1研究背景及研究意义 1

1.2国内外研究现状 3

1.2.1国内研究现状 3

1.2.2国外研究现状 5

1.3研究内容及文章结构 6

第二章 驱动力计算及电机选型 9

2.1移动平台驱动方案设计 9

2.2驱动力计算 10

2.3驱动电机选型 13

2.4本章小结 14

第三章 悬架系统设计及整机模型构建 15

3.1悬架结构设计 15

3.1.1车辆悬架系统概述 15

3.1.2本项目悬架设计方案 16

3.2悬架设计计算 16

3.2.1悬架的偏频 16

3.2.2悬架的刚度 17

3.2.3悬架的静挠度与动挠度 17

3.2.4悬架的阻尼比匹配 18

3.3悬架系统的结构设计 22

3.4整机三维模型的构建 24

3.5本章小结 26

第四章 关键机构的有限元分析 27

4.1有限元分析理论简介 27

4.2关键零件的静力学校核及优化 28

4.2.1车架的静力学校核 28

4.2.2车轮轴的静力学校核 29

4.2.3其他结构的静力学校核 30

4.3悬架模块的模态分析 31

4.4本章小结 32

第五章 多体动力学模型构建及仿真分析 33

5.1ADAMS软件简介 33

5.2基于Adams/view的动力学模型构建 34

5.2.1模型导入与修改 34

5.2.2添加轮胎及路面 36

5.2.3添加约束条件 37

5.2.4添加驱动 38

5.3AGV在随机路面上的仿真 39

5.4AGV通过凸起障碍的仿真 42

5.5本章小结 43

第六章 经济性与环保型分析 44

6.1经济性分析 44

6.2环保型分析 45

第七章 总结与展望 46

7.1全文总结 46

7.2工作展望 46

参考文献 48

致谢 50

第一章 绪论

1.1研究背景及研究意义

据2017年电子商务报告显示，我国当年的电子商务交易总额达29.16万亿元，相比上一年增长11.7%，全国快递业务量高达400.6亿件^[1]。电商物流因其订单数量多，品类繁杂，单个订单的订货量少等特点，导致人工工作量大，人工拣选与搬运效率低、错误率高，制约了电商物流的发展^[2]。随着社会的发展，电商物流系统朝向智能化、自动化的方向不断发展。自动导引运输车（AGV）系统是应用在物流领域中最常见的装备，1954年世界上第一台AGV小车在美国South Carolina州的Mercury Motor Freight公司仓库内投入运营，主要完成自动搬运出入库货物的任务^[3]。

AGV除了应用在物流行业，在其他领域中也有很广泛的应用。