基于AGV万向轮特性的动力学分析

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。

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。