【摘 要】
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随着《中国制造2025》战略、《“十四五”机器人产业发展规划》战略的实施,制造业已朝着自动化和智能化方向飞速发展,然而物料的自动化柔性运输一直是物流运输行业的技术难题。目前,主要靠龙门吊、叉车配合人工完成对物料的运输,运输效率低。AGV（Automated Guided Vehicle）搬运物料具有生产效率高、输送准确快捷、工作范围广等优点,市面普通的双向AGV或是前轮转向AGV其灵活程度不够,难
【基金项目】
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安徽省属公办普通本科高校领军骨干人才项目（青年皖江学 者）、湖南衡阳合力工业车辆有限公司企业合作横向项目“平台起升移载全向 AGV 控制系统”、安徽昌永得机械有限公司企业合作横向项目“全向重载 AGV 多轴运动控制系统”、安徽工程大学创新团队“智能机器人信息共融与协同控制”、 安徽工程大学-鸠江区协同创新项目（2021cyxta1）。
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随着《中国制造2025》战略、《“十四五”机器人产业发展规划》战略的实施,制造业已朝着自动化和智能化方向飞速发展,然而物料的自动化柔性运输一直是物流运输行业的技术难题。目前,主要靠龙门吊、叉车配合人工完成对物料的运输,运输效率低。AGV（Automated Guided Vehicle）搬运物料具有生产效率高、输送准确快捷、工作范围广等优点,市面普通的双向AGV或是前轮转向AGV其灵活程度不够,难以适应复杂的工作环境。四舵轮式全向重载AGV具有承载能力强、灵活程度高、适应环境能力强等优点,能很好的完成对重型材料、特种设备的自动化柔性运输。在重载下实现四舵轮式全向重载AGV多轴高效协同是一个具有较高难度和充满挑战的课题。本文以四舵轮式全向重载AGV为研究对象,针对大负载动态扰动下的全向重载AGV多轴协同运动控制问题,基于转向工况下,建立基于动力学的数学模型,设计了八轴运动误差补偿算法,解决全向重载AGV多轴联动协同控制问题,提高了全向重载AGV转向稳定性。文章主要包括下面四个部分:（1）全向重载AGV控制系统设计。针对全向重载AGV工作环境,设计了全向重载AGV机械结构和控制系统;基于全向重载AGV底盘机械结构通过运动学分析,确定各典型工况下各舵轮转角及速度的关系,为后文协同运动控制奠定基础。（2）针对大负载动态扰动下的全向重载AGV多轴协同运动控制问题,提出了天牛须搜索（Beetle Antennae Search Algorithm,BAS）与PID融合算法,BAS-PID融合算法提高了多电机系统的同步性能。通过转向电机和行走电机性能参数,确定转向电机和行走电机的传递函数,运用BAS-PID融合算法对单电机系统寻求最优PID参数;在多电机系统中,将交叉耦合控制策略运用于四台转向电机控制系统中,结合转向电机系统实际运行情况分别设计四台转向电机位置补偿器,提高四台转向电机的抗干扰能力;对四台行走电机控制系统采用相邻耦合控制策略并分别设计四台行走电机速度补偿器,提高四台行走电机的同步性能,完成了八轴联动协同运动控制。（3）基于全向重载AGV动力学数学模型,设计了基于状态反馈的LQR多轴协同控制器,提高了全向重载AGV转向稳定性。针对转向工况下,对全向重载AGV建立三自由度动力学模型,确定了系统的状态空间方程;运用LQR最优控制理论对系统设计状态反馈控制器并重新进行极点的配置;最后设计降维观测器,提高系统的控制精度和转向的稳定性。（4）全向重载AGV实验研究。在单电机系统中,对比验证BASPID融合算法在电机响应上更快;在多电机系统中,对比验证交叉耦合控制策略在转向电机中的抗干扰能力和相邻耦合控制策略在行走电机中的同步性能;根据三自由度动力学模型,仿真验证系统转向的稳定性及控制律的有效性。
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