摘 要：潛入牽引式自動導(dǎo)引車與傳統(tǒng)的驅(qū)動單元和車體剛性連接的結(jié)構(gòu)不同，它是將驅(qū)動單元與車體柔性連接，文章構(gòu)建車體與所跟蹤路徑的位姿關(guān)系模型，分析了潛入牽引式自動導(dǎo)引車運動特性，并對所建結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真驗證，結(jié)果顯示潛入牽引式自動導(dǎo)引車運動性能穩(wěn)定，證實了該結(jié)構(gòu)的正確性、可行性。

關(guān)鍵詞：潛入牽引式自動導(dǎo)引車；運動特性；驅(qū)動單元

自動引導(dǎo)車多用于自動化物流輸送，是一種搬運用移動機(jī)器人，主要由傳動機(jī)構(gòu)、伺服電動機(jī)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(dǎo)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(jī)械結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，潛入牽引式自動導(dǎo)引車表現(xiàn)出極大優(yōu)勢，其被認(rèn)為是自動導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)引車的可行性。

1 潛入牽引式自動導(dǎo)引車車體運動學(xué)模型分析

2 潛入牽引式自動導(dǎo)引車車體動力特性分析

自動導(dǎo)引車是一個比較復(fù)雜的機(jī)電一體化機(jī)械設(shè)備，要實現(xiàn)對自動導(dǎo)引車的理想控制僅憑運動模型遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，同時還要建立自動導(dǎo)引車的動力學(xué)模型[4]。潛入牽引式自動導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)引車驅(qū)動輪進(jìn)行等速滾動是的受力分析。其中自動導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dāng)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(dǎo)引車左輪、右輪的切向反作用力，F(xiàn)表示自動導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(cè)向摩擦力，F(xiàn)1b、Frb分別表示自動導(dǎo)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(jié)果分析

設(shè)置相關(guān)參數(shù)，B=406mm，L=1140mm，M=386mm，b=595mm。設(shè)定自動導(dǎo)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(jié)果顯示以上構(gòu)建的自動導(dǎo)引車運動模型是正確的。

對所構(gòu)建的自動導(dǎo)引車運動模型進(jìn)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(fù)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(jié)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(dǎo)引車在速度為0.5m/s，負(fù)載為100kg時可以忽略側(cè)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(gòu)建的自動導(dǎo)引車運動模型具有一定可行性。根據(jù)自動導(dǎo)引車的車體與左前輪的夾角δ1隨時間的變化特點得出，當(dāng)δ1的大小不超過60°時可以忽略側(cè)向力，此時可以將車體運動視為純滾動行駛。

4 結(jié)束語

文章分析了潛入牽引式自動導(dǎo)引車運動特性，并對所建結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真驗證，結(jié)果顯示潛入牽引式自動導(dǎo)引車運動性能穩(wěn)定，證實了該結(jié)構(gòu)的正確性、可行性。同時確定了可忽略側(cè)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(cè)向力的影響，自動導(dǎo)引車的運動穩(wěn)定性較好，可視為純滾動。

參考文獻(xiàn)

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

[2]錢曉明，吳斌，武星，等.潛入牽引式自動導(dǎo)引車運動特性分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2015，46（2）：294-300.

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

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