摘要

对于双驱双向AGV机器人导引车的运动学分析与仿真分析，需充分考量双驱双向AGV导引车所采用驱动模块的特点，构建运动学模型。基于此，本文研究首先就双驱双向AGV机器人导引车进行简要介绍，进而就AGV导引车进行运动学模型构建与分析，在此基础上对AGV机器人导引车进行仿真分析，为AGV机器人导引车的结构设计与运动轨迹规划的优化提供参考。

所谓AGV机器人，也被称作自动导引车，是一种智能搬运机器人，可采用电磁或磁条等导引装置，沿预定路线进行职能运动，自动搬运物料。在这一过程中，自动化物流系统的构建，需充分体现AGV机器人导引车运行的自动化与柔性化性能，合理扩大AGV机器人的适用范围。

1 双驱双向的AGV机器人

所谓AGV机器人，全称为 Automated Guided Vehicle，也被称作自动导引车，属于一种轮式可移动机器人。随着智能化与自动化技术的高速发展，越来越多的机器人被应用于各种领域，也成为目前我国技术研发与科技发展的重要方向，先进制造技术与工厂物流技术是其中研究热点，柔性加工与柔性装备的研究也愈发广泛。其中，AGV系统是重要设备与组成单元，诸如智能化仓库、车间柔性制造及物流系统等方面的探索与应用逐渐普遍。

AGV自动导引车系统的组成部分包括就生产线控制管理系统、局域网、调度控制设备、远程I/O、地面导航系统、无线接入点、充电站及导引车。AGV自动导引策划系统在实际运行中，还需要采用一定的辅助装置、输送系统及通讯系统等。（图 1）

Figure 1 AGV system composition

2 双驱双向AGV机器人运动模型

2.1 三维模型

双驱双向AGV机器人采用导引车体、驱动模块、牵引模块及运动模块等机械构成，采用UI团建进行模型构建，搭建AGV三维模型。AGV运动系统包括4个万向轮及2个驱动模块，这些系统模块按照中心对称方式设置，即1个驱动模块驱动2个万向轮。在驱动模块的驱动下使AGV机器人进行直线运动及转向运动，AGV机器人能够按照既定的运动轨迹进行运动与作业，完成工厂搬运任务，并适应各种复杂工况。

2.2 运行模型

对双驱双向AGV机器人进行设计时，需进行运动学建模，在此之前需进行假设：假设 1，AGV机器人的组成采用刚性材质架构；
假设 2，AGV 机器人的工作平面平整光滑，在机器人运动时，只进行滚轮运动，不进行滑移运动；
假设 3，AGV 机器人在运动中，万向轮与地面之间的摩擦极小，不会对万向轮按照旋转轴线的运动造成影响。
在进行双驱双向AGV机器人结构设计时，需合理调整两个驱动模块驱动下的万向轮之间的距离，本次研究假设驱动模块之间的距离为650mm，每个驱动模块下的驱动轮间距为237mm，假设所采用的每个万向轮半径为75mm。对4个万向轮运行中的运动速度、万向轮间中点点速度、万向轮运动角速度进行计算。假设AGV机器人按照既定线路进行直线运动，则确定两个驱动模块驱动下的万向轮运动速度相同；当AGV机器人按照既定线路进行曲线运动时，2个驱动模块需要相互协调，并依靠AGV机器人进行自动循迹运动[1]。

3 双驱双向AGV机器人运动学仿真

3.1 制定运动学仿真方案

基于以上论述，采用UG软件建立三维模型，将三维模型导入ADAMS进行机械系统动力学自动分析，采用MATLAB数学软件对运动模型所获取的数据信息进行数学分析，建立运动学模型，在MATLAB软件环境下进行运动学方程的编制，进行运动学计算，并进行运动学模型曲线绘制，提炼仿真分析结果，将分析结果与MATLAB计算结果进行比对，并确定技术路线。

3.2 建立虚拟样机

在进行双驱双向AGV导引车设计时，需考虑到其复杂结构与繁杂零件，在进行运动学仿真时，如果直接采用ADAMS进行三维模型图导入，则会导致工作量增加，仿真难度得以上升，其十分容易出现错误。基于此，本文基于仿真性能的考量，可对双驱双向AGV机器人的三维模型进行简化与转化，成为Parasolid格式，进而采用ADAMS进行仿真处理，构成虚拟样机。
完成三维模型导入之后，对无需进行仿真模拟的AGV部件加以固定，避免这些部件在实际运动中出现相对运动，进而将4个驱动轮与支撑轮进行旋转副的创建，采用运动副连接剩余部件，并在每个车轮与地面之间建立接触。对虚拟样机的每个部位进行连接之后，在驱动轮上增加驱动。驱动模块上安装弹簧，为驱动模块增加正向的压力。可将弹簧安装于驱动模块与车间之间的位置，确定弹簧系数设置，确定技术参数为 15N·mm，向驱动模块与车架之间增加及预紧力。
完成一系列操作之后，AGV 机器人的虚拟样机就可以在规定线路顺利运行[2]。

3.3 运动学仿真分析

出于对AGV机器人行走路线的行走特性进行仿真模拟，设定机器人的运动轨迹为：直线运动→左转向→直线运动→左转向，并循环往复。运动中，机器人会经过四次左转向。因此，在运动学仿真分析时，可将其具体的仿真过程划分四个部分，每个部分都包含一次直线运动、左转向运动及转向行走，因而其具体的运动阶段包括16个环节，在进行运动学仿真分析时，应就每一个驱动轮进行16个函数编写，基于机器人驱动轮瞬时速度确定函数方程，对临界点速度进行计算，并对4个驱动轮的STEP函数进行编写。本次研究，采用UG软件进行双驱双向AGV机器人导引车三维模型的创建，对车轮之间的差速原理加以利用，