基于驱动单元的自动导引车(AGV)载荷分析及结构优化

摘要

自动导引车(Automated Guided Vehicle,AGV)作为一种搬运用轮式移动机器人(Wheeled Mobile Robot,WMR),在现代制造系统和自动仓储系统中大量用于自动化物流输送。然而,由于AGV结构设计的问题没有引起应有的重视,导致AGV的自重系数较大,载荷分配不合理, AGV的工作效率有待提高。
　　首先,针对目前AGV自重系数较大的问题,以等强度、轻量化为研究目标,提出一种适用于AGV车体结构的优化设计方法,设计一辆车体与驱动单元柔性连接的AGV。在对车体结构进行力学分析的基础上,利用数学规划得出载荷分配与车轮位置的关系,得到车体拓扑优化问题的约束条件,基于变密度法与优化准则法推导并建立一种适用于 AGV车体结构的多准则优化模型。利用有限元软件对建立的优化模型进行仿真分析,仿真结果表明,所提的方法用于AGV车体优化是可行的。
　　其次,针对车体的运动轨迹问题,建立了车体与所跟踪路径的位姿关系模型,根据车体的几何尺寸及所跟踪圆弧路径的圆心角和半径,推导出车体在世界坐标系中的位姿状态及保证纯滚动运动的最小圆弧轨道半径。针对驱动单元的路径跟踪问题,建立了驱动单元的运动学模型,应用模糊控制方法实现驱动单元跟踪路径行驶。针对车体负载运行的行驶性能问题,建立车体的动力学模型,推导出车体的角加速度。车体位姿实验证明了所建车体运动学模型的正确性。路径跟踪数字仿真和实验结果表明,对于不同速度和路径偏差,该模糊控制方法均能实现对自动导引车的有效控制。动力特性实验表明,该种结构的自动导引车行驶稳定性较好。
　　最后,总结了本文的主要工作,指出了有待进一步解决的难题和可能的研究方向,期望在以后的研究中能够逐步解决和完善。

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注释表

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2 结构优化理论

1.3 AGV结构优化关键技术

1.4课题来源及主要研究内容

1.5本章小结

第二章 自动导引车机械结构总体设计

2.1走行机构设计

2.2电机选型

2.3 AGV电机选型

2.4本章小结

第三章 自动导引车车体结构优化设计

3.1 AGV结构优化数学模型

3.2AGV车体约束条件优化

3.3车体骨架优化

3.4车体骨架结构优化求解分析

3.5本章小结

第四章 车体运动特性及载荷分析

4.1驱动系统优化

4.2车体运动学模型

4.3 AGV动力特性分析

4.4车轮、驱动单元的配置及行走特性

4.5载重中心位置及行走特性

4.6本章小结

第五章 结构优化数字仿真及运动动力特性试验验证

5.1AGV运动特性仿真及试验验证

5.3载荷特性分析

5.4本章小结

第六章 总结及展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文