- 0 引言
重型材料的自动搬运一直是物流行业的技术难点,特别是在生产车间、仓库等空间有限的工作条件下,迫切需要解决重载AGV(automated guided vehicle)灵活的运动并且在转向时实现高效的协同。
在发达国家中,美国、日本、德国、瑞典等多国家都发布支撑移动机器人发展的战略文件,其移动机器人种类齐全,技术水平处于领先地位口]。中国的移动机器人技术起步较晚,但是关于移动机器人的研究正在迅速发展,在近几年取得了较大的突破。基于麦克纳姆轮结构设计,G.Bayar等设计了新型的悬架机构,减小了麦克纳姆轮产生的高频振动,运用多传感器数据融合的方法,实现了灵活的转向。谢永良等口“3推导出了AGV基于Ackermann转向的数学模型,运用PID控制算法,在转向时,从动轮能快速响应,实现了高精度转向。
目前,在重载、高精度、存在较大负载扰动的系统中,多电机协同控制是最核心的问题“。同步控制算法直接影响着系统的稳定性、准确性及工作效率,故一部分学者对其进行了更为深入的研究。Q.Sun∞3等采用了改进的偏差耦合控制,并验证了在四电机转速相同时具有较高的同步性。谷雨等川提出加权交叉耦合控制算法,同时验证了算法的稳定性,仿真结果表明对多个功率不同的电机具有较好的同步性。张承慧等朝运用最小相关轴数日的同步思想,结合环形耦合控制,结果表明在受到干扰时误差收敛速度快。王慧霞等将迭代学习和交叉耦合结构相结合的控制策略运用于伺服数控系统中,提高了零件的加工精度。千丽梅等。将经验模态分解算法与交叉耦合控制策略相结合以提高控制的精度。
全向AGV在结构上多采用麦克纳姆轮式的和双舵轮式,麦克纳姆轮承载能力相对较弱,适用的环境有限“)。;双舵轮式重载AGV灵活程度不高u“。在多电机控制策略上,交叉耦合控制策略对双电机系统具有较高的协同性和抗干扰能力1’”。故本文基于四舵轮式全向重载AGV机械结构,在转向工况下,采用BAS算法对单轴控制系统进行PID参数整定,运用交叉耦合控制策略,设计多电机协同的运动控制算法,可以抵抗负载扰动能力强,灵活程度高,实现了全向重载AGV在狭小的空间内灵活的转向。
- 1 硬件控制系统构建
- 1.1 全向重载AGV的底盘机械结构
底盘三维结构如图1所示。全向重载AGV的底盘机械结构主要由车身、舵轮安装板及舵轮3部分组成。车身由中间两道工字钢、两侧的槽钢及横向放置的钢板组成,通过横向放置的钢板将工字钢和槽钢焊接为一体,舵轮安装板焊接于工字钢上,舵轮由螺栓连接安装于舵轮安装板上。全向重载AGV的主要设计参数如表1所示。
- 1.2 控制系统硬件设计
本文基于四舵轮式重载AGV,根据AGV欲完成的动作、输入输出接口需求及通讯协}义等,设计了全向重载AGV控制系统的硬件部分,使8个电机能流畅的完成预定转向动作。
- 1.3 全向重载AGV转向数学模型
- 2 单轴控制算法设计
- 2.1 转向电机数学模型
- 2.2 基本天牛须搜索算法
- 1) 假设一只天牛由质心和左右两须组成,如图5所示。
- 2)生成左须指向右须的向量为:
- 3) 计算天牛右须和左须的位置:
- 4) 更新天牛位置:
- 2.3 适应度函数设计
- 2.4 BAS-PID融合算法
- 3 转向电机交叉耦合控制器设计
- 4 实验
- 4.1 BAS_PID融合算法优化效果验证
- 4.2 多轴协同效果验证
- 5 结束语
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