基于轮毂电机的全向搬运AGV移动平台的结构设计及运动控制研究

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在目前我国经济的快速发展中,智能化、自动化的快速发展对国民经济的增长起到了至关重要的作用。自动导引车(Automated Guided Vehicle,以下简称AGV),是集机械工程、自动化技术、计算机控制系统、通信系统等多种学科技术的总成。研究表明,随着科学技术的发展,现代社会的人工工作体系正在被智能化和自动化的设备所替代。当前AGV已广泛应用于加工制造、仓储搬运、邮递配送、医疗设备、航天航空、山体爆破及特种作业等场合,并在科学技术发展的多个领域都起到了显著的作用。但是由于目前我国制造业水平不高,而且对环境的要求比较严格,大多数AGV不能实现户外和室内的自由切换,使用效率较为低下。目前户外AGV搬运效果不佳,对场地和空间等因素的依赖性较大,且转向不灵活,不适合国内生产的大环境。针对上述问题,本文基于轮毂电机设计出了全向搬运AGV的移动平台,并基于轮毂电机设计出了全转向导向机构,建立了全向AGV的运动学模型,基于所设计的全向导向机构的运动控制方式,对全向AGV进行了控制策略和路径跟踪研究,其主要研究内容如下:1、基于轻量化的原则,设计出了全向AGV的车架,并借助ANSYS中的Workbench模块分别对全向AGV的车架进行了弯曲刚度仿真分析,扭转刚度仿真分析,车架的模态分析仿真,分析表明车架在不同的工况下其性能均能够满足目标要求;2、针对目前麦克纳姆轮加工复杂、运动效率低、承载力能力较弱、容易出现振动、打滑等弱点,设计出了基于轮毂电机的全转向导向机构,并进行了车辆动力学、运动学和位姿模型的分析,表明全向AGV转向和动力性能均能够满足目标要求;3、对模糊控制和多步预测最优控制进行研究学习,结合两者的优缺点,提出对全向AGV的路径跟踪采用联合控制技术的策略,并在MATLAB中对两种算法进行仿真,仿真结果表明两种算法在不同的情况下都能实现路径跟踪和纠偏;4、为提高控制精度,并为路径跟踪提供充足的纠偏能力,在转向电机和轮毂电机之间进行解耦控制,并建立耦合和解耦的仿真模型,对其进行仿真实验,结果表明通过解耦控制能够提升两电机的控制性能。在解耦控制下,对转向电机进行阶跃输入实验、轮毂电机进行转速实验,实验表明转向电机和轮毂电机均具有良好的输出响应;5、最后通过搭建好的实验平台对全向AGV移动平台进行转角和转速的输出实验以及路径跟踪实验,实验结果表明,该全向AGV移动平台具有良好的运动性能和路径跟踪的效果,能够满足工业使用的要求。
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