全方位移动AGV运动控制系统设计与实现

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所属分类:AGV设计资料
摘要

随着物流行业规模的持续增大,而能够使用的场地却十分有限,仓储内部就显得臃肿不堪,因而就需要一种运动灵活性更高、自由度更多的自动导引小车(Automated Guided Vehicle,AGV)。Mecanum轮是一种特殊的轮体结构,通过多个Mecanum轮组合可以实现移动平台在平面内全方位移动。用Mecanum轮替代普通轮设计的全方位移动AGV在平面内有三个自由度,运动无死角、能够原地旋转等特点使其能够自由穿梭于狭小的空间内。因此研究基于Mecanum轮的全方位移动AGV将十分符合当前需求,且具有广大的市场前景。本文研究的主要内容包括以下几个方面:首先,阐述了论文研究的目的及意义,并分析了AGV的研究现状以及基于Mecanum轮全方位移动平台的研发现状与应用现状,确定本论文研究的主要内容。其次,通过分析全方位移动AGV的全向运动的机理,建立了基于Mecanum轮的四轮全方位移动AGV的运动学、动力学模型,指出了AGV的运动方向与车轮受力的关系,并给出了全方位移动AGV的十种控制方式;参考直流伺服电机的数学模型,建立了全方位移动AGV机电一体化运动控制模型,为下一章的AGV运动控制研究打下了基础。再次,依据经典PID的控制原理,设计了基于PID控制算法速度控制器与位姿控制器,并利用MATLAB/Simulink仿真验证了速度控制器和位姿控制器的有效性与可行性;依据bang-bang最优控制原理,分析了基于bang-bang控制的两位姿点最优路径规划,并给出了姿态不变情况下全方位移动AGV的最优路径。最后,依据全方位移动AGV的功能设计,选用了合适的驱动器、传感器等器件,并开发设计了AGV的嵌入式主控系统,完成了实验样机平台的搭建;然后基于实验样机展开速度、姿态、位置跟踪实验,实验表明本文设计的全方位移动AGV的满足样机设计指标,并且具有较好的路径跟踪能力与鲁棒性。

目 录

全方位移动AGV运动控制系统设计与实现

图 2-1 Mecanum 轮辊子曲面设计图


摘 要
Abstract

第 1 章 绪 论

1.1 论文研究的目的与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 AGV 的研究现状
1.2.2 Mecanum 轮的研究现状
1.2.3 Mecanum 轮式全方位移动平台的研究现状
1.2.4 Mecanum 轮式全方位移动平台的应用现状
1.3 本文主要研究内容

第 2 章 基于 Mecanum 轮的全方位移动AGV机理分析

2.1 引言
2.2 Mecanum 轮的设计
2.2.1 Mecanum 轮结构特征
2.2.2 Mecanum 轮辊子曲面设计
2.3 全方位移动 AGV 全向运动的机理分析
2.3.1 全方位移动 AGV 运动学分析与建模
2.3.2 全方位移动 AGV 动力学分析与建模
2.3.3 全方位移动 AGV 全向运动原理分析
2.4 全方位移动 AGV 运动控制建模
2.4.1 直流伺服电机模型分析
2.4.2 基于伺服驱动器的直流伺服电机模型分析
2.4.3 基于直流伺服电机的全方位移动 AGV 动力学模型分析
2.5 本章小结

第 3 章 全方位移动 AGV 运动控制研究

3.1 引言
3.2 基于 PID 的全方位移动 AGV 运动控制研究
3.2.1 PID 控制原理
3.2.2 PID 的离散化
3.2.3 全方位移动 AGV 的速度环控制器设计
3.2.4 全方位移动 AGV 的位置环的路径跟踪控制研究
3.2.5 全方位移动 AGV 的运动控制仿真
3.3 基于 bang-bang 控制的两点最优路径规划
3.4 本章小结

第 4 章 全方位移动 AGV 系统平台开发设计

4.1 引言
4.2 系统控制方案设计
4.3 机械结构介绍
4.4 硬件电路设计
4.4.1 电源电路
4.4.2 驱动电路
4.4.3 定位电路
4.4.4 通信电路
4.4.5 避障及显示电路
4.4.6 主控电路
4.5 软件程序设计
4.5.1 遥控器模式程序设计
4.5.2 无线控制模式程序设计
4.5.3 直流伺服电机程序设计
4.5.4 避障程序设计
4.6 本章小结

第 5 章 全方位移动 AGV 样机介绍及实验分析

5.1 引言
5.2 全方位移动 AGV 实验样机介绍
5.3 全方位移动 AGV 相关实验
5.3.1 实验方法介绍
5.3.2 速度跟踪实验
5.3.3 姿态控制实验
5.3.4 路径跟踪控制实验
5.4 本章小结
结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文
哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明
致 谢

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