潛入牽引式自動導引車運動特性研究

摘 要：潛入牽引式自動導引車與傳統的驅動單元和車體剛性連接的結構不同，它是將驅動單元與車體柔性連接，文章構建車體與所跟蹤路徑的位姿關系模型，分析了潛入牽引式自動導引車運動特性，并對所建結構進行仿真驗證，結果顯示潛入牽引式自動導引車運動性能穩定，證實了該結構的正確性、可行性。

關鍵詞：潛入牽引式自動導引車；運動特性；驅動單元

自動引導車多用于自動化物流輸送，是一種搬運用移動機器人，主要由傳動機構、伺服電動機以及傳感器組成，車體的運動由驅動單元提供牽引力[1]。潛入牽引式自動導引車是指將驅動單元與車體柔性連接，通過簡化控制系統和機械結構提高車體的靈敏性和穩定性，同時也可以極大地降低較大的載荷車體的能耗，相比驅動單元與承載單元剛性連接模型、牽引車在拖車前端模型等其他傳統牽引結構，潛入牽引式自動導引車表現出極大優勢，其被認為是自動導引車未來的重要發展方向[2]。文章介紹了潛入牽引式自動導引車的車體模型，分析了車體動力特性，并通過仿真運動驗證了潛入牽引式自動導引車的可行性。

1 潛入牽引式自動導引車車體運動學模型分析

2 潛入牽引式自動導引車車體動力特性分析

自動導引車是一個比較復雜的機電一體化機械設備，要實現對自動導引車的理想控制僅憑運動模型遠遠不夠，同時還要建立自動導引車的動力學模型[4]。潛入牽引式自動導引車車體動力特性分析主要涉及到三個方面，車輪受力、驅動單元受力以及車體動力。

自動導引車的車輪與地面之間產生的摩擦力為車體提供了驅動力，自動導引車驅動輪進行等速滾動是的受力分析。其中自動導引車驅動輪半徑為r，地面提供的支持力為FN1，驅動輪承受的壓力為P1，所受到的阻力為F1，T1表示作用于驅動輪的轉矩，驅動自動導引車向前行駛的是作用于地面切向反作用力，FX1。自動導引車運動過程中驅動輪滾動時產生的阻力教小，可以忽略不計，根據平衡條件可以得出公式（7）：FX1r=T1。

當車體等速運動時，驅動單元的受力分析，FX1、FX2分別表示地面對自動導引車左輪、右輪的切向反作用力，F表示自動導引車車體對驅動單元產生的作用力，在x1方向上有公式（8）：FX1=FXr=F。

從以上分析可以得到自動導引車車體的受力情況，在x軸上分析車體的受力情況可得到公式（9）：Fcos-F1acosδ1-Fracosδ2-Ft1sinδ1-Ftrsinδ2-F1b-Frb=mcax（mc、ax分別表示車體質量以及x軸上車體的行駛加速度，F1a、Fra分別表示自動導引車左、右前輪受到的滾動摩擦力，Ft1、Ftr分別表示左、右前輪受到的側向摩擦力，F1b、Frb分別表示自動導引車左、右后輪受到的滾動摩擦力）。y軸方向上分析車體的受力情況可得到公式（10）：

3 仿真結果分析

設置相關參數，B=406mm，L=1140mm，M=386mm，b=595mm。設定自動導引車行駛速度為0.1m/s，讓車體沿橢圓形軌跡運動。觀察分析車體運動一周時θ的變化曲線，并得到δ1、δ2隨著時間的變化曲線，兩條曲線基本吻合，相比實驗值，由θ得出的δ1的值略大，證明車體運動彎道的半徑過小，此時不屬于純滾動。結果顯示以上構建的自動導引車運動模型是正確的。

對所構建的自動導引車運動模型進行動力特性試驗，車體行駛路徑均為向左轉向，車體運動速度為0.5m/s，負載為100kg。經試驗證明，在路面狀況較好的情況下，承載輪載荷隨著萬向輪轉動切角的變化而變化。結合公式（9）、（10）、（11）可以得到車體角加速度變化。由此可見，自動導引車在速度為0.5m/s，負載為100kg時可以忽略側向力，將其視為純滾運動，只要車體角加速度不超過一定范圍就可以保證車體的穩定運動。所以所構建的自動導引車運動模型具有一定可行性。根據自動導引車的車體與左前輪的夾角δ1隨時間的變化特點得出，當δ1的大小不超過60°時可以忽略側向力，此時可以將車體運動視為純滾動行駛。

4 結束語

文章分析了潛入牽引式自動導引車運動特性，并對所建結構進行仿真驗證，結果顯示潛入牽引式自動導引車運動性能穩定，證實了該結構的正確性、可行性。同時確定了可忽略側向力的條件，即車體的加速度不能過大，車體與左前輪的夾角δ1不能超過60°，此時可以忽略側向力的影響，自動導引車的運動穩定性較好，可視為純滾動。

參考文獻

[1]武星，樓佩煌，唐敦兵，等.自動導引車路徑跟蹤和伺服控制的混合運動控制[J].機械工程學報，2011，47（3）：43-48.

[2]錢曉明，吳斌，武星，等.潛入牽引式自動導引車運動特性分析[J].農業機械學報，2015，46（2）：294-300.

[3]史恩秀，黃玉美，郭俊杰，等.自主導航小車（AGV）軌跡跟蹤的模糊預測控制[J].機械科學與技術，2008，27（5）：592-596.

[4]武星，樓佩煌.基于運動預測的路徑跟蹤最優控制研究[J].控制與決策，2009，24（4）：565-569.