实例介绍
【实例简介】
双驱双向AGV机器人运动学分析及仿真，内容如题，具有参考价值
超星·期刊 斜当业自也 由于第二个驱动模块沿着磁条做直线运动,可以得 设经过时间t3,第二个驱动模块转过的角度与X轴 出C、D轮速度为 夹角为O,D轮走过的弧长为(R+),C轮走过弧长为 V:=V4=V1+V2 4Rsin (代L o,则C轮和D轮走过的弧长差为: 2 2)AGV转弯第二阶段 (R+)a-(R L 当AGV转雩的第一阶段结束后,AGV进入转雩第 二阶段。由于最小转弯半径为512mm,则弦长为 则t Lo 即O与时间成线性关系 /12+512=724mm,两个驱动模块间距为 ,-V S=650mn<724mm,则不存在第一个驱动模块转弯结 束,第二个驱动模块还没开始转弯的情况,因此第二个 设t3时刻两个驱动模块的瞬时半径为R",在 FOO,中,∠O1FO2=90°一O,则在△FHO中 阶段为第二个驱动嫫块开始转弯,第一个驱动模块仍然 在转弯,如图5所示。 S 90-2 2 R 2R 此时C轮速度为V3,D轮速度为V4,则O2点速度 为 13+4 2 第二个驱动模块沿着磁带做圆冑运动,则O,点角速 度为 W 13+4 R (12) 图5转弯第一阶段 两个驱动模块组合成刚体运动,刚体运动时角速度 设t2时刻两个驱动模块瞬时运动半径为磁条的铺设处处相等,则O1点角速度为 半径R,出式(3)~式(5)可以得出O2点速度为: ,=W V =WaR 1+2nV1+12 (13) R 2R 2R O1点瞬时速度为: 由于 则:V3=V1,V VOI=WoR (14) 3)AGⅣV转弯第三阶段 联立式(10)、式(13)与式(14)可知O1点瞬时速度为 当AG转弯的第二阶段结束后,AGV进入转弯第 ,+V 三阶段,即第一个驱动模块开始走直线,第二个驱动模 4Rsin 90-0 块仍然在转弯,分析简图如图6所示。 此时第一个驱动模块做直线运动,可以得出A、B 轮速度为: V=v=v 3+ 90° H 通过AGV转弯三阶段的理论分析,可以把凹个驱 动轮的瞬时速度与时间的关系对应起来,即第一个驱 动模块开始转弯计时t1,第二个驱动模块开始转弯计时 t2,第一个驱动模块廾始走直线计时t。通过计算得出四 个驱动轮的瞬时速度,可实现AGV小车的位姿控制。 AGV转弯过程各个驱动轮的瞬时速度如表1所示 图6转弯第三阶段 【44】第38卷第3期2016-03 超星·期刊 斜生业自 表↑AGV转弯过程各驱动轮瞬时速度 A 回」z「 轮瞬时速度B轮瞬时速度 轮瞬时D轮瞬时 速度 事93 V1+V: VIty 阶段 柔住体显本形状布尔提作特征 4Rsin 4Rsin 2 阶段 V +y V,+ 阶段4Rsmn90-°4Rim0 三坑 2 中三轮系 2双驱双向AGV机器人运动学仿真 上国画 图8 ADAMS中的双驱双向AGⅤ机器人虚拟样机 2.1仿真方案的确定 通过上文论述,利用UG进行三维模型的建立,将 模型导入后首先将不需要仿真的AGV部件运用固 模型导入 ADAMS中,并利用 MATLAB对运动学模型进 定副连接起来使之不能相对运动,然后对四个万向支撑 行数值分析,最终在 ADAMS环境下进行运动学仿真 轮和四个驱动轮创建旋转副,并把剩余的部件运用相应的 并与 MATLAB数值解进行比较,技术方案如图7所示。 运动副连接起来,最后在各个车轮和地面之间建立接触。 将虚拟样机中的各个部分连接好后,需要在四个 UG软件建立机器人三维模型 驱动轮上添加驱动。由于驱动模块上有一个弹簧提供给 驱动模块正压力,所以还需要在驱动模块和车架之间添 加弹簧,然后将弹簣系数设置为15N·nm,并添加预紧 UG模型筍化并另存为 Parasolider格式 建立运动学模型鬥修改 力8。经过上述操作,使得AGV虚拟样机能够在设置 的平面上顺利行走。 2.3运动学仿真与分析 三维模型导入 ADAMS MATLA环境下运动学 方程编写 为了完整地仿真AGV的行走特性,设定AGV的行 设置函数并添加驱动 走过程为:先让AGV走一段直线,控制AGV左转弯, 运动学计算并绘制曲 然后再让AGV走一段直线,再左转弯,反复运动, 运动学仿真并绘制由线 线 AGV共完成四个弯道。将AGV仿真过程分为四部分 每个部分包括直线行走以及转弯行走三个阶段,一共16 提取仿真结果 「提取仿真结果 个运动阶段,每个驱动轮需要编写16个STEP函数,根 据AGⅤ各个驱动轮瞬时速度方程,计算各个阶段临界点 速度,编写四个驱动轮的STFP函数 N 结果对比 在仿真过程中将第一个驱动模块的中心点和第 个驱动模块的中心点设置为 Marker点,并将其运动轨迹 投射到地面上。图9为双驱双向AGV虚拟样机的行走轨 仿真完成 迹。图10为AGv算一个驱动模块和第一个驱动模块中心 图7运动学仿真技术方案 点在X、7方向的位移由线。 在图10中,每个驱动模块的位移曲线在X、7方向 2.2虚拟样机的建立 的同步变化反应了AGV的行走状态。两个驱动模块的位 由于双驱双向AGV的结构复杂,零件较多,若直移曲线在X或7方向的大小与趋势几乎没有偏差,说明 接将AGV三维模犁图导入 ADAMS中,工作量巨大,不AGV的两个驱动模块运行时轨迹重复,不会发生脱离磁 仅提高了仿真难度,而且极易出错6。因此,本文在满条的情况。 足仿真性能要求的前提下,对三维模型进行了简化,并2.4理论计算与仿真分析的对比 转化为 Parasolid格式,然后导入到 ADAMS中仿真,导 入后的虚拟样机如图8所示。 根据所推导出的AGV机器人运动学模型,采用 第38卷第3期2016-03【45】 超星·期刊 斜当业自 件编提墨二具 仿真曲线 园nMD号9.。国图国 理论曲线 的行 走轨迹 15 30 标过滤器 E20 司ⅡD 正须机||覆监|改热尽1大要1 15 显示果位制 速度型制⊥ 黑示韆 10 制迹记x2Cm 模型入 止 想纤解份下一 像 厂包括演 你难d 00 探图矿大:降强要放大的区缓:黑积石 图9双驱双向AGV虚拟样机行走轨迹 时间 第一个驱动模块X方问 图12第一个驱动模块中心在X方向的位移 第一个驱动模坟Z方向 第二个驱动模坏X方向 仿真曲线 理论出线 30 20 二已, 图1 ADAMS仿真中Ⅹ、7方向的位移曲线 时问 图13第二个驱动模块中心在Z方向的位移 ADAMS仿真中初始驱动轮的瞬时速度值及临界点的 速度值,利用 MATLAB编程并求解出AGⅤ机器人第 仿真曲线 个驱动模块和二个驱动模块中心点在Ⅹ、Z方向的位 理论曲线 移,将数据提取出来,再与 ADAMS仿真得出的轨迹点 35 绘于同一图中,如图11~图14所示。 3.0 仿真曲线 埋论曲线 E 40 时间/s 0.5 图14第二个驱动模块中心在X方向的位移 DO 通过仿真曲线与理论曲线的对比可知,AGV机器 20 人的位移曲线存在偏差。这是由于AGⅤ在转弯时受到诸 时间 多不确定因素的影响,如车体受到横摆角速度、侧倾力 图11第一个驱动模块中心在Z方向的位移 【下转第56页】 【46】第38卷第3期2016-03 超星·期刊 斜当业自 对实验数据进行处理,得到输入电压与负载电流曲6结束语 线如图6所示。 本文设计了一种采用深度电流负反馈技术的新型驱 动器来驱动液压SEA仿生机器人。仿真分析和测试结果 表明,驱动器输出电流稳定、线性度好、响应迅速,能 够有效地驱动液压SEA仿生机器人,满足设计要求。 参考文献 ]李玲珑,等伺服放大器设计与仿真分析[自动化仪表,2012(12) [2]郁凯元电液控制系统中电流负反馈放大器内阻及放大倍数的 计算与测量门液压与启动,1982(2) 「3]封元华.电液伺服系统中的电流负反馈放大器[J].航空计测计 术,1993(6) [4] Changqi Chen, Hongjun Tang. An electro-hydraulic servo control systeIll research for CFETR blanket RH[J Fusion Engineering d design,201489(11) ]邵华平,董选明基丁LH0041的伺服电流放大器电路设计J.电 图6输入电压与输出电流关系图 子技术应用,1998(7) 分析图6的曲线,可以得到,曲线线性度好,误差o]Has,Z. Robust Precision Control for a Class of Electro-Hydraulic 小于3%,输出电流与输入电压成线性关系,符合设计 Actuator System based on Disturbance Observer[].international 要求。 journal of precision engineering and manufacturing, 2015, 16 【上接第46页】 的影响,车轮侧煸角的不确定性等。但是偏差较小,平参考文献 均偏差小于0.14m,在合理范围之内。同时,两者的曲1丁森瞿文燕双驱动AG转弯分析与优化计算机光盘软件 线变化趋势大体相同,证明了双驱双向AGV机器人的理 与应用,2013,(04):203-204. 论计算和仿真分析的合理性及正确性 2]唐文伟AV在物流领域中的应用前景分析门物究技术,2001, 3结论 108(3):7-8. [3]李季磁导引AGV的设计[D]济南:山东大学,2013 1)棊于UG软件构建双驱双向AGV机器人的三维模[41王聪,王帅AGV运动学模型及原理探析]科技资讯,2012, 型,利用车轮差速原理建立了AGV机器人在转弯过程的 (07):67-69 运动学模型,并求得了AGⅤ机器人的最小转弯半径。 [5]常勇,马书根,王洪光,等轮式移动机器人运动学建模方法[J.机 2)基于 ADAMS软件仿真AGV机器人的直线与 械工程学报,2010,46(5):30-3 转弯过程,得到了相关运动参数的仿真曲线。基于(6]倪振激光导引四轮差动全方位移动AGV关键技术研究[D]重 MATLAB软件对运动学模型进行理论分析,得出理论 庆:重庆大学,2013 由线。 「门]周驰东磁导航自动导向小车(AGV)关键技术与应用研究 3)将AGⅤ运动学模型的理论数据和仿真数据进行 [D]南京:南京航空航空人学,2012 对比,其平均偏差较小,在合理范围内,说明了运动学 8]李进陈无畏,李碧春,工檀彬.自动导引车视觉导航的路径识别 理论分析的正确性。 和跟踪控制叮J农业机械学报.200,39(02):20-24. 4)本文所进行的运动学分析为双驱双向AGⅤ机器 9]尹晓红自动引导车运动分段控制技术饼究[D.合肥:合肥工业 大学,2011 人的结构伏化设计、工作空问轨迹规划、通过性能分析 10]贺丽娜AGⅤ系统运行路径优化技术硏究].南京:南京航空航 等方面提供了重要的参考价值 天大学,2011 【56】第38卷第3期2016-03 【实例截图】
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双驱双向AGV机器人运动学分析及仿真，内容如题，具有参考价值
超星·期刊 斜当业自也 由于第二个驱动模块沿着磁条做直线运动,可以得 设经过时间t3,第二个驱动模块转过的角度与X轴 出C、D轮速度为 夹角为O,D轮走过的弧长为(R+),C轮走过弧长为 V:=V4=V1+V2 4Rsin (代L o,则C轮和D轮走过的弧长差为: 2 2)AGV转弯第二阶段 (R+)a-(R L 当AGV转雩的第一阶段结束后,AGV进入转雩第 二阶段。由于最小转弯半径为512mm,则弦长为 则t Lo 即O与时间成线性关系 /12+512=724mm,两个驱动模块间距为 ,-V S=650mn<724mm,则不存在第一个驱动模块转弯结 束,第二个驱动模块还没开始转弯的情况,因此第二个 设t3时刻两个驱动模块的瞬时半径为R",在 FOO,中,∠O1FO2=90°一O,则在△FHO中 阶段为第二个驱动嫫块开始转弯,第一个驱动模块仍然 在转弯,如图5所示。 S 90-2 2 R 2R 此时C轮速度为V3,D轮速度为V4,则O2点速度 为 13+4 2 第二个驱动模块沿着磁带做圆冑运动,则O,点角速 度为 W 13+4 R (12) 图5转弯第一阶段 两个驱动模块组合成刚体运动,刚体运动时角速度 设t2时刻两个驱动模块瞬时运动半径为磁条的铺设处处相等,则O1点角速度为 半径R,出式(3)~式(5)可以得出O2点速度为: ,=W V =WaR 1+2nV1+12 (13) R 2R 2R O1点瞬时速度为: 由于 则:V3=V1,V VOI=WoR (14) 3)AGⅣV转弯第三阶段 联立式(10)、式(13)与式(14)可知O1点瞬时速度为 当AG转弯的第二阶段结束后,AGV进入转弯第 ,+V 三阶段,即第一个驱动模块开始走直线,第二个驱动模 4Rsin 90-0 块仍然在转弯,分析简图如图6所示。 此时第一个驱动模块做直线运动,可以得出A、B 轮速度为: V=v=v 3+ 90° H 通过AGV转弯三阶段的理论分析,可以把凹个驱 动轮的瞬时速度与时间的关系对应起来,即第一个驱 动模块开始转弯计时t1,第二个驱动模块开始转弯计时 t2,第一个驱动模块廾始走直线计时t。通过计算得出四 个驱动轮的瞬时速度,可实现AGV小车的位姿控制。 AGV转弯过程各个驱动轮的瞬时速度如表1所示 图6转弯第三阶段 【44】第38卷第3期2016-03 超星·期刊 斜生业自 表↑AGV转弯过程各驱动轮瞬时速度 A 回」z「 轮瞬时速度B轮瞬时速度 轮瞬时D轮瞬时 速度 事93 V1+V: VIty 阶段 柔住体显本形状布尔提作特征 4Rsin 4Rsin 2 阶段 V +y V,+ 阶段4Rsmn90-°4Rim0 三坑 2 中三轮系 2双驱双向AGV机器人运动学仿真 上国画 图8 ADAMS中的双驱双向AGⅤ机器人虚拟样机 2.1仿真方案的确定 通过上文论述,利用UG进行三维模型的建立,将 模型导入后首先将不需要仿真的AGV部件运用固 模型导入 ADAMS中,并利用 MATLAB对运动学模型进 定副连接起来使之不能相对运动,然后对四个万向支撑 行数值分析,最终在 ADAMS环境下进行运动学仿真 轮和四个驱动轮创建旋转副,并把剩余的部件运用相应的 并与 MATLAB数值解进行比较,技术方案如图7所示。 运动副连接起来,最后在各个车轮和地面之间建立接触。 将虚拟样机中的各个部分连接好后,需要在四个 UG软件建立机器人三维模型 驱动轮上添加驱动。由于驱动模块上有一个弹簧提供给 驱动模块正压力,所以还需要在驱动模块和车架之间添 加弹簧,然后将弹簣系数设置为15N·nm,并添加预紧 UG模型筍化并另存为 Parasolider格式 建立运动学模型鬥修改 力8。经过上述操作,使得AGV虚拟样机能够在设置 的平面上顺利行走。 2.3运动学仿真与分析 三维模型导入 ADAMS MATLA环境下运动学 方程编写 为了完整地仿真AGV的行走特性,设定AGV的行 设置函数并添加驱动 走过程为:先让AGV走一段直线,控制AGV左转弯, 运动学计算并绘制曲 然后再让AGV走一段直线,再左转弯,反复运动, 运动学仿真并绘制由线 线 AGV共完成四个弯道。将AGV仿真过程分为四部分 每个部分包括直线行走以及转弯行走三个阶段,一共16 提取仿真结果 「提取仿真结果 个运动阶段,每个驱动轮需要编写16个STEP函数,根 据AGⅤ各个驱动轮瞬时速度方程,计算各个阶段临界点 速度,编写四个驱动轮的STFP函数 N 结果对比 在仿真过程中将第一个驱动模块的中心点和第 个驱动模块的中心点设置为 Marker点,并将其运动轨迹 投射到地面上。图9为双驱双向AGV虚拟样机的行走轨 仿真完成 迹。图10为AGv算一个驱动模块和第一个驱动模块中心 图7运动学仿真技术方案 点在X、7方向的位移由线。 在图10中,每个驱动模块的位移曲线在X、7方向 2.2虚拟样机的建立 的同步变化反应了AGV的行走状态。两个驱动模块的位 由于双驱双向AGV的结构复杂,零件较多,若直移曲线在X或7方向的大小与趋势几乎没有偏差,说明 接将AGV三维模犁图导入 ADAMS中,工作量巨大,不AGV的两个驱动模块运行时轨迹重复,不会发生脱离磁 仅提高了仿真难度,而且极易出错6。因此,本文在满条的情况。 足仿真性能要求的前提下,对三维模型进行了简化,并2.4理论计算与仿真分析的对比 转化为 Parasolid格式,然后导入到 ADAMS中仿真,导 入后的虚拟样机如图8所示。 根据所推导出的AGV机器人运动学模型,采用 第38卷第3期2016-03【45】 超星·期刊 斜当业自 件编提墨二具 仿真曲线 园nMD号9.。国图国 理论曲线 的行 走轨迹 15 30 标过滤器 E20 司ⅡD 正须机||覆监|改热尽1大要1 15 显示果位制 速度型制⊥ 黑示韆 10 制迹记x2Cm 模型入 止 想纤解份下一 像 厂包括演 你难d 00 探图矿大:降强要放大的区缓:黑积石 图9双驱双向AGV虚拟样机行走轨迹 时间 第一个驱动模块X方问 图12第一个驱动模块中心在X方向的位移 第一个驱动模坟Z方向 第二个驱动模坏X方向 仿真曲线 理论出线 30 20 二已, 图1 ADAMS仿真中Ⅹ、7方向的位移曲线 时问 图13第二个驱动模块中心在Z方向的位移 ADAMS仿真中初始驱动轮的瞬时速度值及临界点的 速度值,利用 MATLAB编程并求解出AGⅤ机器人第 仿真曲线 个驱动模块和二个驱动模块中心点在Ⅹ、Z方向的位 理论曲线 移,将数据提取出来,再与 ADAMS仿真得出的轨迹点 35 绘于同一图中,如图11~图14所示。 3.0 仿真曲线 埋论曲线 E 40 时间/s 0.5 图14第二个驱动模块中心在X方向的位移 DO 通过仿真曲线与理论曲线的对比可知,AGV机器 20 人的位移曲线存在偏差。这是由于AGⅤ在转弯时受到诸 时间 多不确定因素的影响,如车体受到横摆角速度、侧倾力 图11第一个驱动模块中心在Z方向的位移 【下转第56页】 【46】第38卷第3期2016-03 超星·期刊 斜当业自 对实验数据进行处理,得到输入电压与负载电流曲6结束语 线如图6所示。 本文设计了一种采用深度电流负反馈技术的新型驱 动器来驱动液压SEA仿生机器人。仿真分析和测试结果 表明,驱动器输出电流稳定、线性度好、响应迅速,能 够有效地驱动液压SEA仿生机器人,满足设计要求。 参考文献 ]李玲珑,等伺服放大器设计与仿真分析[自动化仪表,2012(12) [2]郁凯元电液控制系统中电流负反馈放大器内阻及放大倍数的 计算与测量门液压与启动,1982(2) 「3]封元华.电液伺服系统中的电流负反馈放大器[J].航空计测计 术,1993(6) [4] Changqi Chen, Hongjun Tang. An electro-hydraulic servo control systeIll research for CFETR blanket RH[J Fusion Engineering d design,201489(11) ]邵华平,董选明基丁LH0041的伺服电流放大器电路设计J.电 图6输入电压与输出电流关系图 子技术应用,1998(7) 分析图6的曲线,可以得到,曲线线性度好,误差o]Has,Z. Robust Precision Control for a Class of Electro-Hydraulic 小于3%,输出电流与输入电压成线性关系,符合设计 Actuator System based on Disturbance Observer[].international 要求。 journal of precision engineering and manufacturing, 2015, 16 【上接第46页】 的影响,车轮侧煸角的不确定性等。但是偏差较小,平参考文献 均偏差小于0.14m,在合理范围之内。同时,两者的曲1丁森瞿文燕双驱动AG转弯分析与优化计算机光盘软件 线变化趋势大体相同,证明了双驱双向AGV机器人的理 与应用,2013,(04):203-204. 论计算和仿真分析的合理性及正确性 2]唐文伟AV在物流领域中的应用前景分析门物究技术,2001, 3结论 108(3):7-8. [3]李季磁导引AGV的设计[D]济南:山东大学,2013 1)棊于UG软件构建双驱双向AGV机器人的三维模[41王聪,王帅AGV运动学模型及原理探析]科技资讯,2012, 型,利用车轮差速原理建立了AGV机器人在转弯过程的 (07):67-69 运动学模型,并求得了AGⅤ机器人的最小转弯半径。 [5]常勇,马书根,王洪光,等轮式移动机器人运动学建模方法[J.机 2)基于 ADAMS软件仿真AGV机器人的直线与 械工程学报,2010,46(5):30-3 转弯过程,得到了相关运动参数的仿真曲线。基于(6]倪振激光导引四轮差动全方位移动AGV关键技术研究[D]重 MATLAB软件对运动学模型进行理论分析,得出理论 庆:重庆大学,2013 由线。 「门]周驰东磁导航自动导向小车(AGV)关键技术与应用研究 3)将AGⅤ运动学模型的理论数据和仿真数据进行 [D]南京:南京航空航空人学,2012 对比,其平均偏差较小,在合理范围内,说明了运动学 8]李进陈无畏,李碧春,工檀彬.自动导引车视觉导航的路径识别 理论分析的正确性。 和跟踪控制叮J农业机械学报.200,39(02):20-24. 4)本文所进行的运动学分析为双驱双向AGⅤ机器 9]尹晓红自动引导车运动分段控制技术饼究[D.合肥:合肥工业 大学,2011 人的结构伏化设计、工作空问轨迹规划、通过性能分析 10]贺丽娜AGⅤ系统运行路径优化技术硏究].南京:南京航空航 等方面提供了重要的参考价值 天大学,2011 【56】第38卷第3期2016-03 【实例截图】
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