工业自动化智能化进程日益加快,企业对叉车类自动导引车的需求持续增长。然而,工厂应用中仓储面积日益紧缺,巷道宽度要求越来越窄,因此,窄通道自动导引车叉车的需求是非常迫切的。本文设计了一种自动导引四向行走叉车,可以实现直行和横行两种行驶模式的自由切换,进入巷道不用转弯,可以适应窄通道要求从而提高仓库库容量。首先,针对多方向运行叉车普遍整车体积大、控制复杂及成本高的问题,设计了一种轮系切换系统。该系统可以通过液压完成几个单轮同步状态切换的动作:在不同工况要求下,完成不同单轮万向与定向的状态切换,或者定向轮的方向90°变化,从而使整车分别具备前移式叉车或者侧面叉车的功能。因为采用了机构替代行走转向电机的方式,相对于其他采用多个舵轮底盘的叉车而言,整车底盘会更小。并且,单舵轮的运动控制显然比多舵轮的更容易,因而控制系统也相对简单。在此底盘基础上完成了整个自动导引四向行走叉车的硬件和软件系统设计。实验结果表明,本文设计的自动导引四向行走叉车,具备整车外形尺寸小、机构简单可靠、切换迅速稳定的特点,能够满足在窄巷道使用的需求,解决复杂轮系系统体积大、控制系统复杂、成本高的问题。其次,针对工业现场环境不良干扰源较多,单一激光反光板定位在复杂的工厂环境中易受到干扰,数据可靠性不足;以及激光雷达本身输出数据频率不高会限制控制频率的问题。提出了一种基于扩展卡尔曼滤波的激光雷达—编码器融合算法。定位融合计算过程包括:先验估计和后验修正,前者根据上一时刻的车辆位姿、运动学模型及协方差矩阵参数预测下一时刻车辆位姿;后者根据当前的观测值进行协方差矩阵参数的修正。通过采用上述算法,提高了融合定位输出频率,达到了提升定位精度及控制精度的效果,并在容易丢失雷达定位的环境中,可继续推算得到定位结果。针对自动导引四向行走叉车的两种模式,分别做了定位坐标系的解析。实验结果表明,本文提出的激光雷达—编码器融合算法,具备鲁棒性高的特点,能够满足高频率连续定位数据输出的需求,解决激光雷达定位数据频率低,强干扰下无法定位的问题。最后,本文自动导引四向行走叉车机体舵轮是偏置的且具有轮系切换的功能,导致运动控制兼容难度大。针对这个问题,采用了一种基于Stanley的偏置舵轮预瞄控制方法,通过定义车体后轮对称轴线与真实舵轮轴线相交位置为“虚拟中心舵轮”进行车体位姿变换,从而将四向车的偏置舵轮模型转化为标准阿克曼车辆运动学模型。通过设定“虚拟中心舵轮”简化运动模型,从而可以应用Stanley控制方法解决舵轮角度控制问题,同时保证了横向精度。先假设舵轮位于运行模型中轴线上,计算出“虚拟中心舵轮”的目标角度,再通过三角几何公式计算得出真实舵轮的目标角度,从而进行角度控制。实验结果表明,本文采用的算法,具备兼容性高的特点,能够满足较高精度的路径跟踪控制的需求,解决偏置舵轮、运动模型随时切换导致的控制难度大的问题。