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        潛入牽引式自動導引車運動特性研究

        2016-12-31 00:00:00周敏徐英利
        科技創(chuàng)新與應用 2016年11期

        摘 要:潛入牽引式自動導引車與傳統(tǒng)的驅(qū)動單元和車體剛性連接的結構不同,它是將驅(qū)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(wěn)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(qū)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(qū)動單元提供牽引力[1]。潛入牽引式自動導引車是指將驅(qū)動單元與車體柔性連接,通過簡化控制系統(tǒng)和機械結構提高車體的靈敏性和穩(wěn)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(qū)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(tǒng)牽引結構,潛入牽引式自動導引車表現(xiàn)出極大優(yōu)勢,其被認為是自動導引車未來的重要發(fā)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(xiàn)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(qū)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(chǎn)生的摩擦力為車體提供了驅(qū)動力,自動導引車驅(qū)動輪進行等速滾動是的受力分析。其中自動導引車驅(qū)動輪半徑為r,地面提供的支持力為FN1,驅(qū)動輪承受的壓力為P1,所受到的阻力為F1,T1表示作用于驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩,驅(qū)動自動導引車向前行駛的是作用于地面切向反作用力,F(xiàn)X1。自動導引車運動過程中驅(qū)動輪滾動時產(chǎn)生的阻力教小,可以忽略不計,根據(jù)平衡條件可以得出公式(7):FX1r=T1。

        當車體等速運動時,驅(qū)動單元的受力分析,F(xiàn)X1、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(xiàn)表示自動導引車車體對驅(qū)動單元產(chǎn)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(zhì)量以及x軸上車體的行駛加速度,F(xiàn)1a、Fra分別表示自動導引車左、右前輪受到的滾動摩擦力,F(xiàn)t1、Ftr分別表示左、右前輪受到的側向摩擦力,F(xiàn)1b、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(shù),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(zhuǎn)向,車體運動速度為0.5m/s,負載為100kg。經(jīng)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(zhuǎn)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(wěn)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(jù)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(wěn)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(wěn)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(nóng)業(yè)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(yōu)控制研究[J].控制與決策,2009,24(4):565-569.

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