自动穿梭板行进系统设计及运动控制研究

论文摘要

自动化立体仓库是现代物流的代表技术,具备提升物流管理水平、提高作业效率、节省占地等诸多优点。近年来欧美等发达国家在对自动化程度要求不高并在人工叉车装卸货环境下,均有自动穿梭板这种存取半自动化机器的使用。自动穿梭板是一种应用于密集式立体仓库的托盘式自动搬运设备,由于其采用了贯通式货架,能够最大限度地利用仓库空间,而且工作方式灵活,提高了存取效率。由于自动穿梭板在特定的货架上运行,因而限制了自动穿梭板在高度上的结构尺寸。因此,在设计自动穿梭板的行进系统时在使其结构简单化、性能可靠化的条件下,尽量使其体积最小化、结构最优化。文中在综合考虑其各个功能模块的前提下,设计了自动穿梭板的机械结构。在步进电机与滚轴之间采用齿轮减速器对步进电机进行增矩减速,并使系统运转平稳,而在两个滚轴之间采用链传动形式。然后对步进电机的型号进行了选择计算,文中选用MOTEC公司的SM3913步进电机作为行进系统的动力输出部件。随后对其关键部件进行了有限元分析。自动穿梭板在贯通式货架上的轨道上运行时,需要经历启动、加速、恒速、减速以及停止的过程。为了对其进行位置及速度控制进行精确控制,文中对现在常用的加减速曲线做了原理上的分析,在不影响系统性能的条件下,选用分段式加减速曲线作为其控制算法。为了实现对穿梭板的运动控制,文中选用三相混合式步进电机作为动力来源,以实现对穿梭板的运动控制。最后对穿梭板的硬件及软件控制结构进行了设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及其目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 步进电机概述
• 1.2.2 步进电机控制技术
• 1.2.3 运动控制器
• 1.3 课题研究内容
• 1.4 论文结构安排
• 第二章 行进系统设计
• 2.1 自动穿梭板总体结构设计
• 2.1.1 自动穿梭板功能模块设计
• 2.1.2 模块功能分析
• 2.2 设计技术指标
• 2.3 行进系统设计
• 2.3.1 车体
• 2.3.2 行走装置
• 2.3.3 导向装置
• 2.4 行进系统传动方式
• 2.5 步进电机的工作原理
• 2.5.1 混合式步进电机的工作原理
• 2.5.2 步进电机参数
• 2.6 步进电机的选型与计算
• 2.6.1 步进电机的选型原则
• 2.6.2 步进电机的计算
• 2.6.3 步进电机型号确定
• 2.7 本章小结
• 第三章 行进系统有限元分析
• 3.1 结构分析概述
• 3.1.1 Pro/Mechanica structure的主要功能
• 3.1.2 Pro/Mechanica structure的分析类型
• 3.2 自动穿梭板滚轴的有限元分析与结构优化
• 3.3 本章小结
• 第四章 运动控制研究
• 4.1 运动控制任务分析
• 4.2 步进电机的运行控制
• 4.2.1 步进电机的位置控制
• 4.2.2 步进电机的加减速控制
• 4.2.3 常见的加减速曲线
• 4.2.4 升降速的实现
• 4.3 运动控制器分析
• 4.4 步进电机驱动系统
• 4.4.1 步进电机细分驱动技术
• 4.4.2 步进电机驱动器的选型
• 4.5 运动控制方案设计
• 4.5.1 位置及速度监测
• 4.5.2 电机转子位置检测方法
• 4.5.3 系统方案的确定
• 4.5.4 运动控制系统硬件结构设计
• 4.5.5 运动控制系统软件结构设计
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢