一種差速驅動(dòng)小車(chē)曲線(xiàn)行走方法

摘要：為了讓電磁屏蔽效能自動(dòng)測試裝置能夠在屏蔽室中按照已給定的路徑運動(dòng)，設計了一種開(kāi)環(huán)控制的兩輪差速驅動(dòng)小車(chē)，對其運動(dòng)學(xué)進(jìn)行了分析，并采用雙圓弧擬合曲線(xiàn)方法使小車(chē)實(shí)現按照給定曲線(xiàn)行走。通過(guò)大量運動(dòng)實(shí)驗驗證，利用該方法控制小車(chē)能保證小車(chē)在行進(jìn)3 m范圍內橫向和縱向的偏差小于30 mm，可以滿(mǎn)足系統的需要。最后根據實(shí)驗結果給出了該方法的適用范圍，以及進(jìn)一步減少誤差的思路。
關(guān)鍵詞：差速驅動(dòng)；運動(dòng)控制；固定路徑；曲線(xiàn)行走

0 引言
自動(dòng)導引車(chē)(Automated Guided Vehicle，AGV)是一種可以移動(dòng)的具有一定智能的自主或半自主工作的機器人，在現代物流倉儲、柔性制造、軍事領(lǐng)域和危險環(huán)境下的作業(yè)等方面具有廣闊的應用前景。
有很多學(xué)者對自動(dòng)導引車(chē)的導引及控制方式進(jìn)行了研究，大多數采用編碼器、陀螺儀、測距傳感器等對機器人進(jìn)行位姿檢測、路徑跟蹤，進(jìn)而對運動(dòng)進(jìn)行閉環(huán)控制，然而在一些對電磁干擾要求較高或者周?chē)h(huán)境復雜的特殊場(chǎng)合有一定的局限性。
本文設計的兩輪差速驅動(dòng)小車(chē)作為電磁屏蔽效能自動(dòng)測試裝置的移動(dòng)平臺來(lái)使用。由于系統對測試裝置電磁兼容要求較高，并且由于屏蔽室內存在大量錐形吸波材料、波導窗、波導管等造成測試環(huán)境相對復雜，因而提出一種車(chē)身不裝傳感器的差速驅動(dòng)輪式小車(chē)結構，并且能在一定精度范圍內進(jìn)行曲線(xiàn)運動(dòng)，在低成本、電磁兼容要求高及復雜環(huán)境中具有較大的應用空間。

1 小車(chē)驅動(dòng)方式設計
兩輪差速驅動(dòng)小車(chē)常采用的幾種驅動(dòng)方式示意圖如圖1所示，圖中有剖面線(xiàn)的長(cháng)方形表示由電機控制的驅動(dòng)輪，小圓圈表示全向自由輪或球形輪，主要起輔助支撐作用。其中圖1(a)為三輪式差速驅動(dòng)，圖1(b)，圖1(c)為帶有附加接觸點(diǎn)的四輪式差速驅動(dòng)。圖1(d)為六輪式差速驅動(dòng)。

本設計選用方案(c)，這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是小車(chē)旋轉半徑理論上可以從0到無(wú)限大，可以原地回轉，運動(dòng)靈活性好，同時(shí)四輪結構相對三輪結構具有較大的承載能力和較好的平穩性。缺點(diǎn)是由于四點(diǎn)著(zhù)地，如果地面不夠平整，有可能會(huì )出現驅動(dòng)輪被架空的情況，導致小車(chē)無(wú)法正常運動(dòng)。為了保證四個(gè)輪子與地面的可靠接觸，在前后支撐輪增加了緩沖機構。
差速驅動(dòng)小車(chē)作為電磁屏蔽效能自動(dòng)測試裝置的移動(dòng)平臺，測試裝置對小車(chē)定位精度要求較高，而對于運動(dòng)速度要求不高。步進(jìn)電動(dòng)機的角位移量與脈沖數成正比，轉速與脈沖頻率成正比，能迅速啟動(dòng)、反轉、制動(dòng)，停止時(shí)能鎖死。因此驅動(dòng)電機選用步進(jìn)電機。
步進(jìn)電機的輸出經(jīng)過(guò)減速器傳遞，減速器輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器連接到小車(chē)的驅動(dòng)輪上，小車(chē)平臺與驅動(dòng)輪通過(guò)滾珠軸承連接。步進(jìn)電機選用42BY250C二相混合式步進(jìn)電機，額定靜轉矩為0．54 N·m，配套驅動(dòng)器為SH-20403型步進(jìn)電機驅動(dòng)器，減速器選用減速比為9的PS40003型行星齒輪減速器。

2 運動(dòng)學(xué)分析及建模
圖2是兩輪差速轉向AGV的結構示意圖(圖中僅畫(huà)出兩個(gè)驅動(dòng)輪)。O1，O2分別是左、右驅動(dòng)輪的輪心，輪間距O1O2為l，C為O1O2的中心。xOy為大地坐標系，V1，V2及VC分別為左、右驅動(dòng)輪及車(chē)體中心C點(diǎn)的速度。假設C在大地坐標系中的坐標為(x，y)，則AGV的姿態(tài)角用VC與x軸的夾角θ(規定逆時(shí)針時(shí)為正)表示，則向量(x，y，θ)表示AGV在大地坐標系xOy中的位姿。