户外型AGV越障仿真方法与实验研究

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2024.08.006

摘要/Abstract

摘要：

针对改善户外型自动导引车（AGV）的避振性和通过性的技术发展需求，提出并设计了一款户外型AGV的随动轮避振系统，并以此为研究对象，根据车辆悬架动力学理论，为其构建了7自由度动力学模型以及各方向运动的微分方程.并基于Simulink软件环境建立了仿真模型.在此基础上，以三角波输入为路面激励，对评价AGV稳定性的3个指标进行仿真分析.对AGV的越障通过性进行了实验，同时进行了AGV越障仿真方法效率对比实验，实验结果表明，AGV簧载质量最大位移均值为13.42 mm，本文建立的仿真模型的预测误差为4.6%，小于传统Adams软件的仿真预测误差.使用本文设计的基于Simulink的越障仿真方法比传统的Adams仿真方法节省了设计人员约28%的工作时间.

关键词: 户外型, 自动引导车, 7自由度动力学模型, 越障, 仿真分析

Abstract:

In response to the technical development needs of improving the vibration resistance and crossing ability of outdoor AGV（automated guided vehicle）， a follow?up wheel vibration isolation system for outdoor AGVs is proposed and designed. Based on the vehicle suspension dynamics theory， a 7?DOF dynamic model and differential equations for motion in all directions are constructed. A simulation model is established using Simulink software environment. Based on this， three evaluation indicators for AGV stability are simulated and analyzed using triangular wave input as road excitation. Experimental tests are conducted on the obstacle?crossing capability of the AGV， along with efficiency comparison experiments between different obstacle?crossing simulation methods. The experimental results show that the mean maximum displacement of spring?loaded mass in the AGV is 13.42 mm， and the prediction error of the established simulation model is 4.6%， which is lower than that of the traditional Adams software’s simulation prediction error. The use of the proposed Simulink?based obstacle?crossing simulation method saves approximately 28% working time for designers compared to the traditional Adams simulation method.

Key words: outdoor type, automated guided vehicle, 7?DOF dynamics model, obstacle?crossing, simulation analysis

中图分类号:

TH 122

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图/表 17

图1 料架型AGV

Fig.1 Material rack type AGV

图2 AGV三维模型

Fig.2 AGV 3D model

图3 AGV随动轮减振机构

Fig.3 Vibration dampening mechanism for AGV follow?up wheel

图4 AGV的7自由度模型

Fig.4 7?DOF model of AGV

表1 AGV随动轮7自由度动力学模型参数

Table 1 Parameters of 7?DOF dynamics model of AGV follow?up wheel

符号	参数名称	单位
M	AGV簧载质量	kg
a	1/2前后随动轮距	m
b	1/2左右随动轮距	m
k₂	随动轮等效刚度	N/m
z	AGV簧载质量位移	m
z₁	左前轮非簧载质量位移	m
z₂	右前轮非簧载质量位移	m
z₃	左后轮非簧载质量位移	m
z₄	右后轮非簧载质量位移	m
k₁	随动轮减振器刚度	N/m
c	随动轮减振器阻尼	N·s/m
q₁	左前轮路面激励	m
q₂	右前轮路面激励	m
q₃	左后轮路面激励	m
q₄	右后轮路面激励	m
I₁	AGV俯仰转动惯量	kg·m²
I₂	AGV侧倾转动惯量	kg·m²
θ	AGV簧载质量俯仰角	（°）
φ	AGV簧载质量侧倾角	（°）

图5 Simulink仿真模型工作流程

Fig.5 Flow chart of the simulation model for Simulink

图6 AGV的7自由度动力学Simulink仿真模型

Fig.6 Simulation model of AGV 7?DOF dynamics for Simulink

图7 路面障碍示意图

Fig.7 Road obstacle diagram

图8 路面激励输入

Fig.8 Road excitation input

表2 AGV实际参数值

Table 2 Actual parameter values of AGV

符号	参数名称	单位	数值
M	AGV簧载质量	kg	483
a	1/2前后随动轮距	m	1
b	1/2左右随动轮距	m	0.75
k₂	随动轮等效刚度	N/m	150 000
k₁	随动轮减振器刚度	N/m	15 000
c	随动轮减振器阻尼	N·s/m	1 200
I₁	AGV俯仰转动惯量	kg·m²	53
I₂	AGV侧倾转动惯量	kg·m²	38

图9 AGV仿真曲线（a）—位移曲线；（b）—俯仰角曲线；（c）—侧倾角曲线.

Fig.9 AGV simulation curves

图10 Adams中的模型建立流程

Fig.10 Flow chart of model building in Adams

图11 Adams中簧载质量位移仿真曲线

Fig.11 Spring?loaded mass displacement simulation curve in Adams

图12 实验场景

Fig.12 Experimental scene

表3 实验振幅

Table 3 Experimental amplitude

实验次数	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
最大振幅/mm	13.51	14.52	12.78	14.36	12.37	14.11	13.66	13.58	12.89	12.44

图13 位移曲线对比

Fig.13 Displacement curve comparison

表4 仿真方法所用的时间 (h)

Table 4 Time used by simulation methods

AGV项目	Simulink	Adams
合计	86	120
1	24	36
2	18	24
3	44	60

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