全方位移动AGV运动控制系统设计与实现

臃肿不堪，因而就需要一种运动灵活性更高、自由度更多的自动导引小车（Automated Guided Vehicle ， AGV）。Mecanum 轮是一种特殊的轮体结构，通过多个 Mecanum 轮组合可以实现移动平台在平面内全方位移动。用 Mecanum 轮替代普通轮设计的全方位移动 AGV 在平面内有三个自由度，运动无死角、能够原地旋转等特点使其能够自由穿梭于狭小的空间内。因此研究基于 Mecanum 轮的全方位移动 AGV 将十分符合当前需求，且具有广大的市场前景。本文研究的主要内容包括以下几个方面：

首先，阐述了论文研究的目的及意义，并分析了 AGV 的研究现状以及基于Mecanum 轮全方位移动平台的研发现状与应用现状，确定本论文研究的主要内容。

其次，通过分析全方位移动 AGV 的全向运动的机理，建立了基于 Mecanum轮的四轮全方位移动 AGV 的运动学、动力学模型，指出了 AGV 的运动方向与车轮受力的关系，并给出了全方位移动 AGV 的十种控制方式；参考直流伺服电机的数学模型，建立了全方位移动 AGV 机电一体化运动控制模型，为下一章的AGV 运动控制研究打下了基础。

再次，依据经典 PID 的控制原理，设计了基于 PID 控制算法速度控制器与位姿控制器，并利用 MATLAB/Simulink 仿真验证了速度控制器和位姿控制器的有效性与可行性；依据 bang-bang 最优控制原理，分析了基于 bang-bang 控制的两位姿点最优路径规划，并给出了姿态不变情况下全方位移动 AGV 的最优路径。最后，依据全方位移动 AGV 的功能设计，选用了合适的驱动器、传感器等器件，并开发设计了 AGV 的嵌入式主控系统，完成了实验样机平台的搭建；然后基于实验样机展开速度、姿态、位置跟踪实验，实验表明本文设计的全方位移动 AGV 的满足样机设计指标，并且具有较好的路径跟踪能力与鲁棒性。