全向轮运动平台pdf
全向轮，全向移动2,3,4轮小车，变换矩阵。设李雅普诺夫函数为V1=;(x2+y2+0)求其导数如下,当渐进稳定时导数小于0Ⅵ1=xx+yy+ade =-kxre, yeke8上式系数为正时,李雅普诺夫函数的导数小于零,系统渐进稳定代入微分方程得到控制律如下:+ vr cos日a+k-xea+ v sin 8e t kyy+ke022差动轮直角坐标运动学方程差动轮与全向轮的区别是,全向轮小车速度方向与四个轮子的共同朝向相同可为仼意方向,而差动轮小车的切向速度方向与X轴重合,故方程中v=0微分方程如下v+v cos 0PRxet vr sin221差动轮直角坐标下控制律设计选择 Lyapunov函数如下:V2=(x2+y2)+(1k(-cosee对上式沿求导+-。sin6e cea-v+ vr cos ee)+yec-xew+ vr sin ge)D sin 0rev+xe vr cos 8e+yevr sin Be+rwr sin 0e -- sin 8 e11-Xev+xevr cos Be year sin 0e +Wrsin eeksinbe选择如下速度控制输入s。+kxxOrt vr(kye t kosine e)将上式代入 Lyapunov函数导数得到esin 2 0当上式系数为正时,V2≤0,故以上 Lyapunov函数选择正确。由此得到堪于运动学模型的轨迹跟踪速度控制律为2:os 8+lcV(kye t resin其中,k,kx,k为控制器参数。22.2控制器参数选取将控制律代入微分方程得下式(rt vr (lye t))xeRyexe(ar+ vr(kye t kesinee))+ vr sin Be-v (kye t kesinee)上式在零点附近线性化,忽略高次项得PR= ApA0Vrky -vr ke系数值与角速度和速度指令值共同决定系统根,当系数为正是所有根为负数。23对比仿真与结果仿真系统结果图如下ct(pea qle)p(7)elrorxPe, qe)图3轨迹跟踪结构图图中q(yo),v、o分别为移动机器人的线速度和角速度,ε1=(xy0)r,对于差动机器人运动学方程可表示为:COS日0Stn图中 J-sine0:pR=y):qa对于全向轮机器人运动学方程可表示为60sine cose ov=R(O)1 vy对角速度为0.2和线速度为5的圆形轨迹进行跟踪,仿真结果如下图:35302501510-5图4圆形轨迹跟踪仿真图图中×点线为差动轮跟踪轨迹,O点线为全向轮跟踪轨迹。、全向轮平台的设计对全向轮采用如下图所示的结构时,进行系统分析与设计图5互补型全向轮( omni wheels31运动学模型X图6全向轮式移动机器人运动学模型移动坐标X-Y固定在机器人重心上,而质心正好位于几何中心上。机器人P点在全局坐标系的位置坐标为:(x2y,0),三个全向轮以3号轮中心转动轴反方向所为机器人的ⅹ轴。假设三个全向轮完全相同,三个全向轮中心到车体中心位置的距离L。在移动坐标X-Y的速度用 1xe 1表示。由文献[3可得三个全间轮的速度与其在移动坐标和全局坐标系下的速度分量之间的关系分别为以下二式sin(60)xeV)=(-s(60os60)()=011-21-213×3ysin(60-0)Cos(60-6)sin(60+6)cos(60+6)Lysinecose32动力学模型在移动坐标X-Y中,设机器人在沿轴X2和Y方向上收到的力分别为Fx和Fyc第1、2、3号驱动轮提供给机器人的驱动力分别为f1、卫、3,机器人惯性转矩为M,根据牛顿第二定律可得到如下的动力学方程:3√3cos(30)-cos(30)01fFre=sin(30) sin (30)1ML2LTb22/2在地理坐标系X一Y下的方程如下:mxcos(30+0)-cos(30-0) sing 1fiFr= sin(30+0)sin(30-0)-cosefzL33基于动力学模型的控制器设计如上式所示,基于机器人动力学模型的控制方案,直接根据机器人的动力学模型设讣运动控制器,控制器的输出为机器人上驱动电机的驱动电压。基于动力学模型的控制方案,不需对驱动电机进行底层的速度控制,消除了底层速度控制带来的延时。由功力学方程:nmx3×3M」可知在休坐标系中各个方向上的控制输入输出是独立的并且相互之间无耦合;于是可在体坐标中对各个控制量分别进行控制。当以各个电机电压作为控制量U时,对体坐标系中各个方向上的控制量UF经过Ta3×3变换后得到各个电机的控制量UUF先对输入UF到体坐标各个方冋上速度V的系统等效参数[m′门进行辨识,得到由控制量UF到体坐标速度Ⅴ的传递函数:然后设计UF的控制器,经过变换后得到各电机的电压U;速度控制指令 1xe vye (l由第2节控制律求得。34基于编码器的位姿推算圆弧模型在文献L4中介绍机器人里程计圆弧模型是把移动机器人在运动过程中的实际轨迹通过圆弧去逼近234图7平台样品示意图YAYR11B(x12+11Un-1XAA(r()图8采样期间的圆弧运动轨迹图中A(xmy,0n)和B(xnx+1,yn+1,On+1)分别为在采样时问间隔内起始点与终点的位姿坐标,AB为采样期间的圆弧轨迹,利用图中儿何关系可以得到运动轨迹为圆弧时的推算公式如下L(△SR+△S少sin△SR-△Sn+1xn+6n+2(△sinenR△SL(ΔSR+△S△SYn+1=ynCOS+
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agv的plc控制
这个文档主要介绍plc的整套对agv的开发过程对现实还是有一定的积极意义的长沙理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名:6日期:20/b月&日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、维印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录到《中国学位论文全文数据库》,并通过网络向社会公众提供信息服务。本学位论文属于1、保密口,在年解密后适用本授权书。2、不保密駟。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名:日期:0/年6月孑日导师签名:日期:年/月。日摘要AGV自动导航车是现代物流领域的一个重要的研究课题。在工业领域柔性化生产中越来越重要,高性能、高有效性的AGV控制器受到国内外学者的高度重视。本文采用模糊控制方式,针对AGⅴ小车的响应速度、稳定性要求,设计实现了一种基于运动学模型的AGV控制系统。该控制系统按功能模块化设计硬件电路,由电杌驱动模块、路径识别模块、避障模块、通信模块组成。电机驱动模块由直流无刷电机驱动模块和电机速度检测模块组成,实现对直流无刷电机的控制;路径识别模块由位置检测模块和站点识別模块组成,实现小车对路径的识别,达到对路径跟踪控制的目的;避障模块实现小车的安全性;通信模块由CAN通信模块和无线ⅵi模块组成,实现控制系统的通信。小车的测试实验表明,先后给以80mm和-100mm的位置偏差,AGV小车能够在3s内对位置偏差进行修复,小车速度振幅控制在±10mm/s,小车位置偏差修复后,3s时间内,速度可回调到位置偏差前的速度,即小车回“零位”的速度比较快,表明AGⅴ控制系统的平稳性好,能够很好实现对路径的跟踪,同时也能及时的应对运行过程中的误差突变。关键字:AG;运动学模型;磁导航;模糊控制ABSTRACTThe Automatic Guided Vehicle (AGv) is an important research topic in the fieldof modern logistics. Flexibility in the field of industrial production more and moreimportant, the AGV controller which has the high performance and the highefficiency has been received the extensive attention by scholars both at home andabroad. This paper adopts the fuzzy control method, in view of the aGv car responsespeed and stability requirements, the design has realized one kind of AGv controlsystem based on kinematics modelThe control system hardware circuit is designed according to the functionmodular, the motor drive module, path recognition module, obstacle avoidancemodule, communication module. Motor driver module is composed of brushless dcmotor driver module and motor speed detection module, realize the control for thebrushless dc motor. Path recognition module is composed of position detectionmodule and site identification module, realize the aGv for the path recognition,achieve the goal of the path tracking control; Obstacle avoidance module to realizethe safety of the car; Communication module of Can communication module andwireless wifi module composition, realization of the control system ofcommunicationThe test results show that, successively give 80mm and 100mm positionaldeviation. the location of the AGv can within 3s to fix position deviation, vehiclespeed amplitude control in the plus or minus 10mm/s after repair the car positiondeviation, within 3s the speed can be back to the front of the position deviation ofspeed, the car back to " zero"speed is faster, the results show that the AGv controlsystem have good stability, a good path tracking, and can provide timely responsesduring the operation of the error mutationKeywords: AGV; Kinematics Model; Magnetic Navigation; Fuzzy Control目录摘要ABSTRACT…命命命中苹命命品哪命命命哪请自品中“非哪非命命命哪第一章绪论1AGV概述…12AGV国内外发展现状…121国外发展历史及现状122国内发展历史及现状13AGV的引导方式14本文的主要工作和主要问题.b自.身自命看非世看带看音萨世看中·宁非命●学●122455141本论文的主要工作…142本论文解决的主要问题第二章AGV车体结构及运动学模型建立21AGV结构分类。B西自鲁自·切是息甲带导211三轮结构2.12四轮结构213五轮或六轮结构.22AGV的性能指标23AGⅤ的组成幽·命命66778924AGⅤ运动状态分析申·自意25AGⅤ小车对电机的基本要求1026AGV的运动学模型27本章小结12第三章AGNV控制系统硬件设计3IAGⅴ控制系统整体结构.1332AGV控制系统研究方案32ICAN总线通信模块即14322无线wif模块15323电机实时速度检测看·。专中●·音专中324磁导航传感器组3.2.5障碍检测18326AGV小车对线路与站点的识别鲁·。感垂品自世品身岳一益自备自e非你ee非物9327AGV小车位置判断33硬件系统组成21331控制器芯片应用说明.1332电机驱动模块24333电源模块…633.4通讯模块命命命命··命命自命命●2734本章小结28第四章AGV路径跟踪控制方法研究41AGⅴ控制策略选择42模糊控制简介…294.3模糊PD控制器.3043.1模糊PD控制器的数学模型查看着看看看昏春●●●43,2模糊PID控制器的控制思想3143.3AGⅴ控制系统模糊控制必要性…3144模糊PID控制器设计…3344.1模糊PID控制器的输入输出量的确定…344.2模糊控制规则的设计.节。申春。鲁合。节是看看。节.自DD春3345模糊PID控制器的仿真…昨非···命e命自···总最46本章小结38第五章AGV控制系统软件设计51引言3952编译环境的介绍.....12053控制软件设计鲁暴非画非最命自曲曲自自非非命春告音春鲁D看41531产生PWM的程序流程.53,2电机实际速度检测模块程序流程425.3.3避障控制模块程序流程….534驱动控制模块程序流程中学鲁鲁鲁。鲁。●44535CAN总线通信模块程序流程.54本章小结45第六章系统测试与结果分析6.1路径跟踪测试.4662避障能力测试63本章小结总结和展望看中·49参考文献看●。。意非。。市中自看非如鲁致谢附录A(攻读学位期间发表论文及专利目录)55第一章绪论第一章绪论1.1AGV概述现代制造工艺的飞速发展,带动了柔性制造系统FMS和柔性装配系统FAS的迅速发展。中国早在“十一五”规划中就制定了侧重于科学和技术的发展,以先进的制造技术来提高企业的竞争力。自21世纪开始,物流的发展成为一个新热点。现代物流行业,尤其是西方的设备和实现技术已经达到很成熟的水平。目前,现代化物流格局已经形成以信息技术为核心,以信息、运送、卸载、自主化仓储、库存统计、自主化配货、包装等专业技术为支撑的现代化物流技术4。而自主导航车AGV是实现AGVS、FMS、CIMs的关键基础设备,是实现现代物流自动化和智能化的核心技术之—pAGV( Automated Guided Vehicle)是自动导航小车的英文缩写,是一种自主驾驶、无人操纵、以电池为动力的自动化运输设备,装有电磁或者光学等非接触自动导向装置和独立寻址系统。它的主要特点表现为具有可编程功能、安全保护装置、启停装置以及搬载功能并能在上位机的监控下,根据给定的起点和终点自主地沿预设的导引路径行驶,安全到达目的地,完成搬运卸载任务。其已经成为仓储物流自动化系统、柔性生产线、柔性装配线的重要设备。资料显示,在整个产品生产的过程中,用于加工和制造仅仅只占有5%的时间,剩余95%的时间主要用于包装、储存、装卸和运输;而在美国、日本和欧洲发达国家,直接劳动成本所占生产成本的比例不足15%而且这一比例还在不断下降,而储存、运输所占的成本却占总成本的40%7。因此各工业强国把降低物流成本作为提高企业竞争力的重要措施,在这样的背景下,AGⅤ小车广泛地应用于各行各业,并受到了极大的欢迎。12AG国内外发展现状AGⅤ是伴随着叉车技术和机器人技术产生并发展而来的,但都是为了实现货物的自动搬运为目的的3。随着技术的不断发展,AGV的功能不断完善,应用领域越来越大。硕学位论文121国外发展历史及现状AGV在国外起步早、发展快。首次出现在公众视野的AGV原型车于1913在美国福特汽车公司下线,该原型车首次将有轨引导的小车代替原来使用在汽车底盘装配线上的输送机,根据福特公司对外公开的资料,该小车将装配时间缩短了15小时,极大地提高了生产效率,从此AGv就步入了高速发展的时代例1953年,世界上第一台AGV由美国 Barrett Electric公司研制成功,采用真空管技术自动跟踪钢丝索行走。1954年,由英国人首先去掉了地面上的导引轨道,研制出了采用埋线电磁感应方式跟踪路径的AG。50年代末,AGV开始在欧洲推广使用。1959年,AGV系统在美国开始应用山。由文献-5,12,3]可知:直到70年代,AGv仍然主要采用电磁感应方式引导。AGv的优越性促使其不断发展,应用非常广泛,特别是在工业强国。随着物流系统的完善,AGV系统逐渐与计算机技术相融合,六十年代,计算机技术开始参与AGV系统的控制和管理;1969年,AGV首次在瑞典投入使用,主要集中在制造业12截止到六十年代和七十年代初, Barrett, Webb、 Clark公司占有市场大部分的AGV销售份额;同时在这个时期,AGV导引方式开始发展五花八门,各种环境的适应加速了AGⅤS的迅速发展。八十年代欧洲的AGV技术开始转移到美国,而且随着计算机控制系统的加入,美国使AGv的性能更加先进,AGⅤ控制器可靠性进一步加强,运输量进一步增加;此时,美国的AGV生产商由23家(1983年)增加到74家(1985年),全美国使用AGV的数量增加到3900多台101。1990年,AGⅴ制造强国瑞典NDC开发出新型的基于激光引导的AGV控制系统。同时,AGⅤ在日本的应用也比较成熟。到1988年,日本的AGV制造企业达到20多家,如比较知名的企业大福、 Fanuc公司、村田公司等。日本也成为使用AGV最广泛的国家之一。随着AGV技术的不断提高,美国、日本、欧洲等发达国家的使用已经非常广泛。现在的AGV控制系统装有车载计算机、通讯装置、安全装置和货物装卸设施,自动化程度很高,应用领域相当广泛,汽车制造、造纸、印刷、医药行业是使用量最大的行业,约占全球AGV总销量的80%15。目前,AGV的发展趋势是研究无固定引导路线、高度自由的AGV。122国内发展历史及现状我国第一台AGⅣ在1975年由北京起重运输机械研究所完成,该AGⅤ采用电磁
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