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一种差速驱动小车曲线行走方法

作者:时间:2012-07-25来源:网络收藏

摘要:为了让电磁屏蔽效能自动测试装置能够在屏蔽室中按照已给定的路径运动,设计了一种开环控制的两轮差速,对其运动学进行了分析,并采用双圆弧拟合使实现按照给定。通过大量运动实验验证,利用该控制能保证小车在行进3 m范围内横向和纵向的偏差小于30 mm,可以满足系统的需要。最后根据实验结果给出了该的适用范围,以及进一步减少误差的思路。
关键词:差速;运动控制;固定路径;

0 引言
自动导引车(Automated Guided Vehicle,AGV)是一种可以移动的具有一定智能的自主或半自主工作的机器人,在现代物流仓储、柔性制造、军事领域和危险环境下的作业等方面具有广阔的应用前景。
有很多学者对自动导引车的导引及控制方式进行了研究,大多数采用编码器、陀螺仪、测距传感器等对机器人进行位姿检测、路径跟踪,进而对运动进行闭环控制,然而在一些对电磁干扰要求较高或者周围环境复杂的特殊场合有一定的局限性。
本文设计的两轮差速小车作为电磁屏蔽效能自动测试装置的移动平台来使用。由于系统对测试装置电磁兼容要求较高,并且由于屏蔽室内存在大量锥形吸波材料、波导窗、波导管等造成测试环境相对复杂,因而提出一种车身不装传感器的差速驱动轮式小车结构,并且能在一定精度范围内进行曲线运动,在低成本、电磁兼容要求高及复杂环境中具有较大的应用空间。

1 小车驱动方式设计
两轮差速驱动小车常采用的几种驱动方式示意图如图1所示,图中有剖面线的长方形表示由电机控制的驱动轮,小圆圈表示全向自由轮或球形轮,主要起辅助支撑作用。其中图1(a)为三轮式差速驱动,图1(b),图1(c)为带有附加接触点的四轮式差速驱动。图1(d)为六轮式差速驱动。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/160260.htm

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本设计选用方案(c),这个方案的优点是小车旋转半径理论上可以从0到无限大,可以原地回转,运动灵活性好,同时四轮结构相对三轮结构具有较大的承载能力和较好的平稳性。缺点是由于四点着地,如果地面不够平整,有可能会出现驱动轮被架空的情况,导致小车无法正常运动。为了保证四个轮子与地面的可靠接触,在前后支撑轮增加了缓冲机构。
差速驱动小车作为电磁屏蔽效能自动测试装置的移动平台,测试装置对小车定位精度要求较高,而对于运动速度要求不高。步进电动机的角位移量与脉冲数成正比,转速与脉冲频率成正比,能迅速启动、反转、制动,停止时能锁死。因此驱动电机选用步进电机。
步进电机的输出经过减速器传递,减速器输出轴通过联轴器连接到小车的驱动轮上,小车平台与驱动轮通过滚珠轴承连接。步进电机选用42BY250C二相混合式步进电机,额定静转矩为0.54 N·m,配套驱动器为SH-20403型步进电机驱动器,减速器选用减速比为9的PS40003型行星齿轮减速器。

2 运动学分析及建模
图2是两轮差速转向AGV的结构示意图(图中仅画出两个驱动轮)。O1,O2分别是左、右驱动轮的轮心,轮间距O1O2为l,C为O1O2的中心。xOy为大地坐标系,V1,V2及VC分别为左、右驱动轮及车体中心C点的速度。假设C在大地坐标系中的坐标为(x,y),则AGV的姿态角用VC与x轴的夹角θ(规定逆时针时为正)表示,则向量(x,y,θ)表示AGV在大地坐标系xOy中的位姿。

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