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随着电商行业的迅速发展,对物流行业的效率提出更高的要求,而自动导引车(AutomatedGuidedVehicles,以下简称AGV)在物流仓储中对提高物流效率、减轻工人劳动强度、降低企业生产成本等具有重要意义。现有AGV大多采用转向舵机控制运动轨迹,以及通过传统机械装置如减速齿轮、差速器等驱动电动机,这种结构既增加了成本,又使系统控制变得复杂。为此本文研究一种新型基于电子差速和外转永磁无刷直流电动机(以下简称“外转轮毂电机”)直驱AGV。电子差速是根据所接收的转向控制指令,通过控制内、外车轮的速度来实现对AGV的全电控式转向,可以省去现有AGV中的伺服转向舵机和机械差速器;与此同时,外转轮毂电机既是驱动轮又是转向轮,无需齿轮减速装置。因此,基于电子差速的AGV简化了系统动力结构,提高了传动效率,降低了系统成本,而且维护简单。
本文首先研究外转轮毂电机本体的电磁结构优化,利用有限元仿真软件Maxwell对极槽配合进行优化研究,得到外转轮毂电机样机结构;其次,对AGV主流引导方案进行原理论述与对比分析,并设计磁传感器与红外避障传感器;再次,针对本文AGV的功能要求设计了整车系统控制器;第四,对基于Ackermann转向几何的主控制算法与基于滑移率的补偿控制算法进行了分析与数学建模,并通过模糊PI控制对模型进行优化控制,并搭建了基于电子差速控制的仿真模型;第五,设计制作250W外转无刷直流轮毂电机样机,并在CCS3.3上编写基于电子差速自动导引物流车控制程序;最后,试制了外转轮毂电机与整车控制器,并搭建整车试验平台,并进行了相关实验研究,并与仿真结果做了比较。
通过试验结果,验证了外转轮毂电机设计的合理性以及本文基于电子差速控制策略的可行性可以实现自动寻迹功能,表明本文所设计整车方案在AGV应用中的可行性以及对现有AGV存在的问题提供了解决思路,同时就设计中存在的问题以及需要改进的方面进行了讨论。
本文首先研究外转轮毂电机本体的电磁结构优化,利用有限元仿真软件Maxwell对极槽配合进行优化研究,得到外转轮毂电机样机结构;其次,对AGV主流引导方案进行原理论述与对比分析,并设计磁传感器与红外避障传感器;再次,针对本文AGV的功能要求设计了整车系统控制器;第四,对基于Ackermann转向几何的主控制算法与基于滑移率的补偿控制算法进行了分析与数学建模,并通过模糊PI控制对模型进行优化控制,并搭建了基于电子差速控制的仿真模型;第五,设计制作250W外转无刷直流轮毂电机样机,并在CCS3.3上编写基于电子差速自动导引物流车控制程序;最后,试制了外转轮毂电机与整车控制器,并搭建整车试验平台,并进行了相关实验研究,并与仿真结果做了比较。
通过试验结果,验证了外转轮毂电机设计的合理性以及本文基于电子差速控制策略的可行性可以实现自动寻迹功能,表明本文所设计整车方案在AGV应用中的可行性以及对现有AGV存在的问题提供了解决思路,同时就设计中存在的问题以及需要改进的方面进行了讨论。