第11期 2016年11月
组合机床与自动化加工技术
ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechnique
文章编号：10012265(2016)11009604
D0I:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.11.026
No.11 Nov.2016
复合轮式机器人运动控制数学建模与实验研究
杨前明1，王晓媛，王伟1，刘亚琼1邵长新
（1.山东科技大学机械电子工程学院，山东青岛266590；2.青岛东昌纺机制造有限公司，山东青岛266400）
摘要：针对棉纺车间棉桶搬运更换机械化作业技术要求，改善固定式4轴棉桶搬运机器人（Cotton BarrelHandlingRobot，CBHR）的作业局限性，提高CBHR的有效利用率，文章研制了一种以自动导引车（AutomaticGuidedVehicle，AGV）作为CBHR安装平台的复合轮式机器人（CompositeWheeledRo bot,CWR），实现其作业时行走运动；探讨了复合轮式机器人抗倾覆的必要条件，建立了CWR速度调节与方向纠偏的数学模型。引入驱动电机速度运行控制参量，分析了CWR机器人运动速度、定位精度影响因素与获得稳定运动特性的控制规律；对实验样机运行测试研究表明，文章提出的运行速度调节方法正确，速度调节、定位精度满足作业技术要求。
关键词：AGV：倾覆力矩：运动学模型：差速控制：导引；纠偏
中图分类号：TH166；TG659
文献标识码：A
Mathematics Model of Motion Control and Experimental
Study on Composite Wheeled Robot
YANG Qian-ming',WANG Xiao-yuan',WANG Wei',LIU Ya-qiong',SHAO Chang-xin
(1. College of Mechanical and Electronic Engineering ,Shandong University of Science and Technology, Qing-dao Shandong 266590, China;2. Qingdao Dongchang Textile Machine Product Co., Ltd., Qingdao Shandong 266400,China)
Abstract : To improve the operation limits and the effective utilization of fixed CBHR( Cotton Barrel Han-dling robot),a kind of CWR(Composite Wheeled Robot) has been developed with the Automatic Guided Vehicle as the installation platform to carry out the walking motion for the CBHR in accordance with the re-quirements of the mechanized operation for changing cotton barrels in cotton spinning workshop. The essen-tial condition for the resisting overturning has been discussed and the mathematics model of speed adjustment and direction rectification also been established. The influence factor of the motion speed and position preci-sion as well as the control law obtaining stable movement characteristics for the CwR robot have been dis cussed with the introduction of the drive motor speed control parameter. The running test of the experimental eeoesee meet the requirements of operation technology.
Key words: AGV; overturning moment; kinematic mode; differential control; guide; deviation rectification
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引言
当前棉纺车间生产线自动化程度较低，是由于棉桶更换周期较长，且现有的固定式棉桶搬运机器人有效利用率低、投资成本大导致的。本文结合棉筒更换的作业要求，研制了一种轮式移动机器人作为4轴棉桶搬运机器人的安装平台，形成特种复合轮式机器人进行自主行走及转换作业，实现多工位共用一台设备，极大地提高了设备的利用率，降低了成本，使无人化棉纺车间成为可能。该轮式移动机器人是一种以电池为动力，装有磁导向装置并沿着规定的路径实现自动化
收稿日期：2016-01-24；修回日期：2016-02-25
*基金项目：青岛市科技计划项目（QDKJX-201305-066）
的导引车[14]。
CWR构成与电子关键技术 1
图1所示为CWR机器人示意图，它由AGV与 CBHR搬运机器人构成，AGV背负CBHR按照作业技术要求行走与停靠，CBHR则根据工艺要求完成规定的作业动作。对于AGV而言，设计的关键是承载能力、运动稳定性以及定位精度等技术指标。CBHR的设计则主要考虑在实现作业功能的前提下，尽可能轻量化，因此其设计可以借用通用4轴码垛机器人的设计与控制方法。
作者简务数据960—），男，江苏如案人，山东科技大学教授，博士，研究方向为机电一体化控制，（E-mail)yqm8396@163.com。