(word完整版)AGV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及動力學(xué)建模型

1、 (word 完整版)AGV 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及動力學(xué)建模型2。AGV 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及動力學(xué)建模型內(nèi)容提要:設(shè)計(jì)了一輛前后輪分獨(dú)立驅(qū)動的小車，后輪用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動,實(shí)現(xiàn)動力源，前輪由私服電機(jī)驅(qū)動,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。并建立其動力學(xué)方程.2。1 AGV 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)置所設(shè)計(jì)的 AGV 小車的模型如圖 2。1 所示。小車采用前后輪獨(dú)立驅(qū)動的模式，后輪由電機(jī)帶動齒輪傳動，給與合適的動力源.前輪有電機(jī)帶動直推軸焊接橫軸來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。四輪結(jié)構(gòu)與三輪結(jié)構(gòu)相比有較大的負(fù)載能力和平穩(wěn)性.由于采用了兩輪獨(dú)立驅(qū)動差速轉(zhuǎn)動的方式，因此兩個(gè)驅(qū)動車輪的速度的同步性成，成為車輛穩(wěn)定運(yùn)行的一個(gè)重要指標(biāo).鑒于此，齒輪減速結(jié)構(gòu)與車輪通過柔性連

2、軸器來連接。2.2 AGV 小車的動力學(xué)建模自從 A G V 問世以來，人們在自動導(dǎo)引車的控制過程中一般滿足于基于運(yùn)動學(xué)的控制模型，而很少有人進(jìn)行基于動力學(xué)的控制設(shè)計(jì)等方面的內(nèi)容。事實(shí)表明，根據(jù) AGV 車體動力學(xué)模 (word 完整版)AGV 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及動力學(xué)建模型型，可以得到直接的電機(jī)輸入與行走、導(dǎo)向車輪轉(zhuǎn)速的非線性的耦合關(guān)系,將對指導(dǎo)車體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、路徑規(guī)劃以及合理的路徑跟蹤控制規(guī)律設(shè)計(jì)有重要而且深遠(yuǎn)的意義。由于 A G V 在實(shí)際問題中有較嚴(yán)格地面要求的環(huán)境中運(yùn)動 ,車速較低,限定了加速度的問題，而不會發(fā)生明顯的車體“上跳運(yùn)動的現(xiàn)象出現(xiàn),故可以在二維空間來研究其動力學(xué)模型.現(xiàn)以

3、我以后輪為電機(jī)帶動齒輪來實(shí)現(xiàn)動力驅(qū)動的方式傳達(dá)力矩，前輪則為由電機(jī)直接帶動軸的轉(zhuǎn)動從而達(dá)到轉(zhuǎn)動的方式來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的 AGV 為例建立動力學(xué)模型。AGV 由車體、蓄電池和充電系統(tǒng)、驅(qū)動裝置、轉(zhuǎn)向裝置、精確停車裝置、車上控制器、通信裝置、信息采樣子系統(tǒng)、超聲探障保護(hù)子系統(tǒng)、移載裝置和車體方位計(jì)算子系統(tǒng)等等組成?！爸悄堋陛^高的 AGV 都有車上控制器,它類似于機(jī)器人控制器，用以對 AGV 進(jìn)行監(jiān)控.控制器計(jì)算機(jī)通過通信系統(tǒng)從地面站接受指令并報(bào)告自己的狀態(tài)。通常監(jiān)控器可完成以下監(jiān)控:手動控制、安全裝置啟動、蓄電池狀態(tài)、轉(zhuǎn)向極限、制動器解脫、行走燈光、驅(qū)動和轉(zhuǎn)向電機(jī)控制和充電接觸器等。某些 AGV 具有編

4、程能力，允許小車離開導(dǎo)引路徑，駛向某個(gè)示教地點(diǎn)，完成任務(wù)后路原道返問到導(dǎo)引路徑上來根據(jù)上述的介紹，我們可以不難看出同步行進(jìn)的四輪 AG V 機(jī)械結(jié)構(gòu)分為以下幾個(gè)部分：車體部分：包括車架、蓄電池、驅(qū)動電機(jī)、轉(zhuǎn)向電機(jī)和齒輪減速機(jī)構(gòu)等，車體受到由后輪傳動來的驅(qū)動力和前輪的反作用力的作用.驅(qū)動后輪：所受的外力可能有兩部分組成。一部分是地面的作用力：另一部分是來自車體給于的外力.其中這部分力包括自身的支撐反力和電機(jī)產(chǎn)生的等效驅(qū)動力矩等.通過齒輪改變轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)速率可以得到不用的轉(zhuǎn)速，從而改變 AGV 的的運(yùn)動行進(jìn)方向,已經(jīng)更好的做到預(yù)定的線路跟蹤。前軸和連軸：起到支撐作用,同時(shí)車輪和豎軸是同軸的，前輪的轉(zhuǎn)

5、動有地面給于的摩擦力也有電機(jī)傳遞的力矩。 (word 完整版)AGV 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及動力學(xué)建模型車體受力的示意圖見圖 2.2。圖中 L、A 為驅(qū)動左后輪、和驅(qū)動右后輪與車體的連接處。圖中的 R、B 為導(dǎo)向左前輪和導(dǎo)向又前輪與車架連接處的垂直點(diǎn)。車體在 L、R、A、和 B 處分別是受到圖示沿 X、Y 方向的阻力和沿 Z 方向的扭矩.C 則為車體的重心，通過 C 建立起瞬時(shí)慣性坐121212(2.1)m v F F F Fc xAXBXLXRXc yAYBYLYRYj w M M M F b F ccAZBZRZAX 1AY 1BX 1BY2LX2LY1RX2RY2分別為車體質(zhì)心的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量

6、.車體的前輪 A、B 處的運(yùn)動方程為m 和jccAXx1AYy1BXx1 (word 完整版)AGV 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及動力學(xué)建模型（2。7）v v c wBYy2(2.8）v v b w c w2AXx11（2。9)v v c wb w2AYy11（2.10）（2。11）v v b wc w2BXx12v v c wb w2BYy21車體 L 和 R 處運(yùn)動的方程為：(2。12）（2。13)（2.14)v v b wLXx2v v a wLYy1v v b w a w2LXx21（2。15）（2.16）（2。17）（2.18）(2.19）v v a wb w2LYy12v v b wRYx2v

7、 v a wRYx2v v b w a w2RXx22v v a wb w2RYy222.2。2 驅(qū)動后輪的運(yùn)動建模左后輪受力圖見圖 2.3 所示，圖中瞬時(shí)慣性坐標(biāo)系 L的，可以認(rèn)為是由 OXYZ 平移到 L 點(diǎn)從而形成的坐標(biāo)系，與圖 2。2 的方向是一致X Y ZLLL相對應(yīng)，他們是車體與左輪之間大小相等方向相反的作F 、F 、M 與圖2.2中的F 、F 、MLxLyLzLXLYLZ用力（力矩)和反作用力(力矩）。 是驅(qū)動電機(jī)經(jīng)過齒輪減速后傳遞給左輪的驅(qū)動力ML矩,是軸承對左輪的摩擦阻力矩，是滾動阻力矩， 是地面對左輪的側(cè)滑動摩擦FLXMMMSLLVLZ力， 是軸承對左輪的滾動摩擦力，F(xiàn)SL

8、是地面對車輪的扭矩摩擦力矩， 是左后輪的轉(zhuǎn)動wL角速度（ 為轉(zhuǎn)動軸）.XL (word 完整版)AGV 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及動力學(xué)建模型L LXLXLXLLL分別是左后輪的質(zhì)量以及其沿著旋轉(zhuǎn)軸 的轉(zhuǎn)動慣量、沿著X ZLXLZLLL軸的轉(zhuǎn)動慣量和半徑。V 、V 為其在 L-XYZ 坐標(biāo)下的速度，與車體對應(yīng)點(diǎn)的速度是同一值。WLZL對于右后輪來說，傳動齒輪嚙合是在軸中心處,故左右受的力是相同的，因此建立類似的J w M M F R MRRRRF (word 完整版)AGV 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及動力學(xué)建模型上述各式中，有關(guān)物理量的具體意義同對左后輪的說明類似，這里就不做過多說明了.由于 AGV 速度和加速度

9、均較小的原因,輪子的側(cè)滑阻力很大，假設(shè)其中的v V 0.這樣看來車體將以位于左右輪軸線上的某一點(diǎn) 為瞬時(shí)速度中心，以角速度 w 轉(zhuǎn)動，我們根據(jù)所了解M即：LVv wvRYRYvLY12v12LXRX(2。32）X2（2.33)Y1式子（2.14）和式子(2。15)可改寫成 (word 完整版)AGV 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及動力學(xué)建模型v wv b w a w2(2。34）(2。35)XLY21v v a wb w2YLY12式子（2.4）至式子（2.11）變?yōu)関 (b b )w（2。36）（2.37)AX12v (a c )w vAY11LYv (b b )w（2.38)（2。39）(2.40)BX

10、12v (a c )w vBY12LYv wv (a c )w (a c )w2AXLY1211（2.41)v v (a c )w (a c )w2AYLY1112v wv (b b )w(a c )w2(2.42)BXLY1211v v (a c )w (b b )w2（2。43)BYLY12122.2。3 車體整體的動力學(xué)模型為了能夠更好的取得車體整體的動力學(xué)模型，根據(jù) AGV 的實(shí)際情況作出如下的簡化：(1) 左右前輪和軸是一體的，再前行或后退的同時(shí)不打滑，只看做是純滾動，則有：v R w v R wLYLLLYLLv R w v R wRYRRRYLL（2） 車體設(shè)計(jì)左右是對稱的，則有

11、：a a a，c c c1212(3） 左輪的直徑及其質(zhì)量和右輪R R R，M M MLRLR (word 完整版)AGV 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及動力學(xué)建模型（4） 前輪左右也是一致的和后輪的大小重量以及有些不受力或比較想的部分我們可以忽略不計(jì)其的轉(zhuǎn)動慣量，即:M M M MDGEFJ J J J J J 0DGEXEZFXFZ在上述簡化后的基礎(chǔ)上，聯(lián)立前述車體、左右驅(qū)動后輪的動力方程可以得到車體整體的動力學(xué)方程。該動力學(xué)方程中可以表示為左、右輪所受的動力 和左、右輪轉(zhuǎn)動的角速度M 、MLB之間的關(guān)系。w 、wLR任何一種導(dǎo)引方法的實(shí)現(xiàn)最終都?xì)w結(jié)為路徑跟蹤控制的問題上。對于固定路徑型的 AGV 由于具有體現(xiàn)路徑的導(dǎo)引媒介物，通過傳感器就可直接獲得車體對路徑的橫向偏差和車體方向偏差,以這種偏差作為誤差信號通過車體動力學(xué)直接對車體進(jìn)行跟蹤控制。但是對于自由路徑型AGV，車體對路徑之偏差量的獲取就要困難得多 ,以車體方位推算導(dǎo)向的自由路徑 AGV 為例,其方位和對于路徑的偏差是通過對車輪轉(zhuǎn)動角度積分計(jì)算而獲得 ,其要實(shí)現(xiàn)需較大的計(jì)算量和通信量。作為一種較好的解決辦法是差速驅(qū)動的自由路徑控制。其路徑可簡化為一系列直線段和圓弧段的組合.只要保證左右輪的轉(zhuǎn)動角速度滿足給定的比例關(guān)系（即同步誤差為零 )，AGV 就能跟蹤這