基于ANSYS的智能搬運AGV小車下車體結構分析

高建東,項士江,李亞鋒

（1.沈陽工學院機械與運載學院，撫順，113122；2.沈陽工學院機器人研究所，撫順，113122）

0 引言

AGV是一種以電池為動力，裝有電磁導引設備或光學導引設備，能夠自動沿著預定軌道行駛三維自動化智能車輛，是一種在工控機控制下精準地行駛并準確停靠目標點的輪式機器人。AGV小車車體機械機構的好壞關系著AGV整車的性能。因此，AGV小車的車體結構設計是否合理、可靠是關鍵性因素。

傳統的結構校核運用的是經典力學理論進行分析計算，其缺點：計算復雜、耗時較長；應用功能完善的分析軟件，如ANSYS12.0對AGV下車體結構進行分析，將大大縮短分析時間，降低成本，完成對AGV下車體結構的校核任務，確保AGV小車下車體結構設計的科學性、合理性及可靠性，提高小車的研發效率。

1 有限元分析方法基本思想

有限元思想是一種將連續的求解域離散成為有限個單元組合，這些離散單元按照一定的排列方式互相聯接在一起，來逼近原來連續的求解域，從而實現將一個連續的無限自由度問題簡化為離散的有限自由度問題求解。

2 AGV下車體模型的分析過程

（1）創建分析模型

有限元分析模型的創建只要有三種方法：直接建模法、實體建模法及輸入實體法。本文采用輸入實體法將CAD系統中創建的AGV小車下車體模型直接導入ANSYS12.0中，考慮小車運行過程中最大應力值得部位只要集中在該部位，故取下車體為分析研究對象。

（2）定義單元類型

在分析過程中，依據分析對象特征定義適當的單元類型。單元類型主要由連續體單元、桿單元、梁單元、殼單元、剛體單元以及薄壁單元等。本小車下車體選擇Solid45單元，該單元有3個自由度，分別為UX,UY,UZ。

（3）有限元模型網格劃分

網格劃分類型主要分為掃略網格、結構網格和自由網格三種。網格劃分方法決定網格質量，進而決定分析精度。AGV下車體是承載應力最大區域，應劃分較密的網格。

（4）定義材料屬性

根據ANSYS軟件分析流程，結合實際情況，對AGV小車下車體 進行靜力分析。該小車下車體材料屬性參數如表1所示。

表1 AGV小車下車體材料屬性表Table 1 The material properties table of AGV lower body

（5）施加約束和載荷

該AGV小車搬運最大貨物要求不超過500kg，AGV小車自身重量200kg,對該小車四輪進行全約束，考慮其受力特點，均勻施加載荷7000N。施加載荷受力如圖4所示。

圖1 下車體實物圖Fig.1 The solid model of the blade root section

圖2 下車體網格模型Fig.2 The mesh model of the body under load chat

圖3 下車體施加載荷圖Fig.3 Applied to the body under load chart

圖4 等效應力分布圖Fig.4 Equivalent sought

（6）結果分析

從AGV小車下車體的等效應力分布圖可以非常明顯地看出AGV小車下車體的應力集中在后輪支撐架位置，結合實際可知小車前部是控制箱，后部是載貨臺，載貨臺部位的后輪支撐架是所受應力最大的位置，最大值為213.86MPa，小于45號鋼的許用應力值235MPa，因此該結構滿足應力要求。

3 結語

AGV是智能搬運機器人的一種，AGV小車優越的性能與AGV小車車體機械結構密不可分。AGV小車車體機械結構設計的合理性、科學性、可靠性是小車整車性能優越性能夠實現的重要前提保證。本文采用輸入實體法建立了AGV小車下車體有限元分析模型，運用ANSYS 12.0軟件對AGV小車下車體機械結構進行了靜力學分析及應變分析，通過分析驗證了AGV小車下車體機械結構滿足結構設計要求。

[1]葉尚輝.建立有限元模型的一般方法[J].電子機械工程，1999（12）17-21

[2]王磊，周陶勇.基于ANSYS的幾種建模方法探討[J].現代機械，2006（3）：51-52

[3]劉國慶，楊慶東.ANSYS工程應用教程[M].中國鐵道出版社，2004(6):34-36

[4]周長城，胡仁喜，熊文波.ANSYS11.0基礎與典型范例[M].電子工業出版2007(4):6-8