(word完整版)AGV系统结构设计以及动力学建模型

1、 (word 完整版)AGV 系统结构设计以及动力学建模型2。AGV 系统结构设计以及动力学建模型内容提要:设计了一辆前后轮分独立驱动的小车，后轮用步进电机驱动,实现动力源，前轮由私服电机驱动,实现转向。并建立其动力学方程.2。1 AGV 系统结构设置所设计的 AGV 小车的模型如图 2。1 所示。小车采用前后轮独立驱动的模式，后轮由电机带动齿轮传动，给与合适的动力源.前轮有电机带动直推轴焊接横轴来实现转向。四轮结构与三轮结构相比有较大的负载能力和平稳性.由于采用了两轮独立驱动差速转动的方式，因此两个驱动车轮的速度的同步性成，成为车辆稳定运行的一个重要指标.鉴于此，齿轮减速结构与车轮通过柔性连

2、轴器来连接。2.2 AGV 小车的动力学建模自从 A G V 问世以来，人们在自动导引车的控制过程中一般满足于基于运动学的控制模型，而很少有人进行基于动力学的控制设计等方面的内容。事实表明，根据 AGV 车体动力学模 (word 完整版)AGV 系统结构设计以及动力学建模型型，可以得到直接的电机输入与行走、导向车轮转速的非线性的耦合关系,将对指导车体机械结构设计、路径规划以及合理的路径跟踪控制规律设计有重要而且深远的意义。由于 A G V 在实际问题中有较严格地面要求的环境中运动 ,车速较低,限定了加速度的问题，而不会发生明显的车体“上跳运动的现象出现,故可以在二维空间来研究其动力学模型.现以

3、我以后轮为电机带动齿轮来实现动力驱动的方式传达力矩，前轮则为由电机直接带动轴的转动从而达到转动的方式来实现转向的 AGV 为例建立动力学模型。AGV 由车体、蓄电池和充电系统、驱动装置、转向装置、精确停车装置、车上控制器、通信装置、信息采样子系统、超声探障保护子系统、移载装置和车体方位计算子系统等等组成。“智能”较高的 AGV 都有车上控制器,它类似于机器人控制器，用以对 AGV 进行监控.控制器计算机通过通信系统从地面站接受指令并报告自己的状态。通常监控器可完成以下监控:手动控制、安全装置启动、蓄电池状态、转向极限、制动器解脱、行走灯光、驱动和转向电机控制和充电接触器等。某些 AGV 具有编

4、程能力，允许小车离开导引路径，驶向某个示教地点，完成任务后路原道返问到导引路径上来根据上述的介绍，我们可以不难看出同步行进的四轮 AG V 机械结构分为以下几个部分：车体部分：包括车架、蓄电池、驱动电机、转向电机和齿轮减速机构等，车体受到由后轮传动来的驱动力和前轮的反作用力的作用.驱动后轮：所受的外力可能有两部分组成。一部分是地面的作用力：另一部分是来自车体给于的外力.其中这部分力包括自身的支撑反力和电机产生的等效驱动力矩等.通过齿轮改变转速来调节速率可以得到不用的转速，从而改变 AGV 的的运动行进方向,已经更好的做到预定的线路跟踪。前轴和连轴：起到支撑作用,同时车轮和竖轴是同轴的，前轮的转

5、动有地面给于的摩擦力也有电机传递的力矩。 (word 完整版)AGV 系统结构设计以及动力学建模型车体受力的示意图见图 2.2。图中 L、A 为驱动左后轮、和驱动右后轮与车体的连接处。图中的 R、B 为导向左前轮和导向又前轮与车架连接处的垂直点。车体在 L、R、A、和 B 处分别是受到图示沿 X、Y 方向的阻力和沿 Z 方向的扭矩.C 则为车体的重心，通过 C 建立起瞬时惯性坐121212(2.1)m v F F F Fc xAXBXLXRXc yAYBYLYRYj w M M M F b F ccAZBZRZAX 1AY 1BX 1BY2LX2LY1RX2RY2分别为车体质心的质量和转动惯量

6、.车体的前轮 A、B 处的运动方程为m 和jccAXx1AYy1BXx1 (word 完整版)AGV 系统结构设计以及动力学建模型（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车体 L 和 R 处运动的方程为：(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 驱动后轮的运动建模左后轮受力图见图 2.3 所示，图中瞬时惯性坐标系 L的，可以认为是由 OXYZ 平移到 L 点从而形成的坐标系，与图 2。2 的方向是一致X Y ZLLL相对应，他们是车体与左轮之间大小相等方向相反的作F 、F 、M 与图2.2中的F 、F 、MLxLyLzLXLYLZ用力（力矩)和反作用力(力矩）。 是驱动电机经过齿轮减速后传递给左轮的驱动力ML矩,是轴承对左轮的摩擦阻力矩，是滚动阻力矩， 是地面对左轮的侧滑动摩擦FLXMMMSLLVLZ力， 是轴承对左轮的滚动摩擦力，FSL

8、是地面对车轮的扭矩摩擦力矩， 是左后轮的转动wL角速度（ 为转动轴）.XL (word 完整版)AGV 系统结构设计以及动力学建模型L LXLXLXLLL分别是左后轮的质量以及其沿着旋转轴 的转动惯量、沿着X ZLXLZLLL轴的转动惯量和半径。V 、V 为其在 L-XYZ 坐标下的速度，与车体对应点的速度是同一值。WLZL对于右后轮来说，传动齿轮啮合是在轴中心处,故左右受的力是相同的，因此建立类似的J w M M F R MRRRRF (word 完整版)AGV 系统结构设计以及动力学建模型上述各式中，有关物理量的具体意义同对左后轮的说明类似，这里就不做过多说明了.由于 AGV 速度和加速度

9、均较小的原因,轮子的侧滑阻力很大，假设其中的v V 0.这样看来车体将以位于左右轮轴线上的某一点 为瞬时速度中心，以角速度 w 转动，我们根据所了解M即：LVv wvRYRYvLY12v12LXRX(2。32）X2（2.33)Y1式子（2.14）和式子(2。15)可改写成 (word 完整版)AGV 系统结构设计以及动力学建模型v wv b w a w2(2。34）(2。35)XLY21v v a wb w2YLY12式子（2.4）至式子（2.11）变为v (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 车体整体的动力学模型为了能够更好的取得车体整体的动力学模型，根据 AGV 的实际情况作出如下的简化：(1) 左右前轮和轴是一体的，再前行或后退的同时不打滑，只看做是纯滚动，则有：v R w v R wLYLLLYLLv R w v R wRYRRRYLL（2） 车体设计左右是对称的，则有

11、：a a a，c c c1212(3） 左轮的直径及其质量和右轮R R R，M M MLRLR (word 完整版)AGV 系统结构设计以及动力学建模型（4） 前轮左右也是一致的和后轮的大小重量以及有些不受力或比较想的部分我们可以忽略不计其的转动惯量，即:M M M MDGEFJ J J J J J 0DGEXEZFXFZ在上述简化后的基础上，联立前述车体、左右驱动后轮的动力方程可以得到车体整体的动力学方程。该动力学方程中可以表示为左、右轮所受的动力 和左、右轮转动的角速度M 、MLB之间的关系。w 、wLR任何一种导引方法的实现最终都归结为路径跟踪控制的问题上。对于固定路径型的 AGV 由于具有体现路径的导引媒介物，通过传感器就可直接获得车体对路径的横向偏差和车体方向偏差,以这种偏差作为误差信号通过车体动力学直接对车体进行跟踪控制。但是对于自由路径型AGV，车体对路径之偏差量的获取就要困难得多 ,以车体方位推算导向的自由路径 AGV 为例,其方位和对于路径的偏差是通过对车轮转动角度积分计算而获得 ,其要实现需较大的计算量和通信量。作为一种较好的解决办法是差速驱动的自由路径控制。其路径可简化为一系列直线段和圆弧段的组合.只要保证左右轮的转动角速度满足给定的比例关系（即同步误差为零 )，AGV 就能跟踪这