基于AGV万向轮特性的动力学分析

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所属分类:AGV设计资料
摘要

在轨迹跟踪过程中,自动导引小车的控制模型通常不会考虑万向轮从动对AGV主体的作用,由于忽略了这一影响因素,控制系统很容易出现不稳定状态。通过改进万向轮的模型,在动力学方面研究万向轮的特性,研究其结构参数对AGV动力学模型的影响,并提出驱动力矩的补偿方式。通过对万向轮动力学特性的补偿,实现AGV控制模型可靠性的提升。

1 常用万向轮简化模型的比较

AGV 的结构形式多种多样,针对采用万向轮的这种结构,万向轮承受一定的负载,分析其对驱动轮的影响明显。 AGV 的驱动电机为伺服电机,将万向轮的作用补偿给伺服电机,实现对 AGV 的可靠控制。

原始的简化模型中(如图 1),轮子可以绕中心轴线转动,跟随 AGV 车体随意运动。 原始的简化模型只考虑了万向轮的支撑作用。 改进后的万向轮力学模型得到修正, 万向轮的旋转中心与摆动轴线存在间距 r0(在实际应用中,r0 越大,万向轮的导向性能越好)。 轮子的宽度为 b,在原始简化模型当中,轮与地面间为单点接触。 AGV 施加在万向轮上的力足够大时,轮子要转变转向会受到一个很大的转矩(如图 2)。 如果不考虑其影响,此力在控制系统里则是干扰力,当其达到一定程度时, 会对控制系统造成重大影 响, 严重影响AGV 的稳定性。 当驱动轮的输出超过地面的承受力,驱动轮则会滑动,此时 AGV 是不可控的,在实际控制中,要避免此种状态的发生。

基于AGV万向轮特性的动力学分析

2 AGV 运动过程中的动力学分析

AGV 主要分为直线行驶和转弯行驶两种状态,研究 AGV 运动过程中万向轮的状态对 AGV 的影响,也从这两种状态来分析。 通过研究万向轮的特性, 优化AGV 的动力学模型,使 AGV 在运动控制中,避免车轮表面与地面间发生相对滑动,减小轨迹跟踪的偏差。

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