AGV结构设计及路径规划算法研究.pdf

摘要

摘要

随着物联网与机器人等技术的快速发展，车间物流系统的自动化程度日益提高。自

动导引车(AGV)凭借其智能化程度高、灵活和安全等特点，能够大幅提高物流效率，已

成为现代车间物流系统的核心装备。目前，由于食品车间环境特殊，较多数企业仍在使

用效率较低的人工运输方式。因此，本课题旨在根据食品工厂的实际需求，设计一款基

于色带光学导航的差速驱动AGV，并对其机械结构稳定性、轨迹跟踪控制器、路径规

划和调度算法等关键技术进行深入研究。本文主要研究内容如下：

首先，根据设计要求与技术指标，分别设计了AGV的机械结构、控制系统和调度

系统方案。经过比较分析，确定AGV的底盘布局、减震形式、导航定位方式和调度系

统框架。

其次，对AGV结构稳定性进行研究。利用有限元分析软件对AGV结构受力较多

的车架进行静力学分析和模态分析，保证车体的结构强度满足要求，并防止共振。对铰

接摆动式减震结构进行受力分析，确定了减震弹簧刚度范围。在ADAMS动力学分析软

件中进行运动仿真，在满负载和空负载两种情况下分析了不同弹簧刚度对行驶稳定性的

影响。最终选取了合适的弹簧刚度，仿真结果验证了该结构及模型的合理性。

然后，研究了AGV的轨迹跟踪控制策略，并设计了变论域模糊PID控制器。通过

分析AGV的运动状态，建立了差速驱动AGV运动学模型并得出运动方程。为了进一

步提高控制精度，在模糊PID理论基础上引入变论域思想，将输入输出变量的基本论域

与伸缩因子相乘，实现论域的动态调整，从而为控制器提供更为精细的控制策略，提高

AGV轨迹跟踪的效果。利用仿真对比实验得出，设计的控制器能有效提高AGV轨迹纠

偏的速度和稳定性。

接着，对单源路径规划算法及时间窗调度算法进行研究。在传统A*算法上对启发

函数进行改进，提高了搜索效率，并通过考虑转弯代价减少了拐角次数。为了解决多

AGV路径冲突问题，在A*算法中加入拥堵函数，考虑节点拥堵情况，以在规划路径时

提前避开拥堵路段；在时间窗算法中加入路径距离补偿，将时间上的冲突看作是路径上

的延长，将时间、空间二维求解无冲突路径问题转化为单维度求解最短路径问题，综合

考虑等待和变更路径两种策略的代价，寻求全局最优解。

最后，搭建色带光学导航AGV样机，设计了调度系统，并进行轨迹跟踪、单源路

径规划和多AGV路径规划实验。实验结果表明，本文设计的AGV及控制器能够实现

对色带路径的跟踪功能，调度系统能够规划出单源最短路径和多AGV无冲突路径。

关键词：AGV；结构设计；变论域控制；路径规划；时间窗

Abstract

Abstract

WiththerapiddevelopmentoftheInternetofThingsandrobotics,theautomationlevel

ofworkshoplogisticssystemsisincreasing.AutomatedGuidedVehicles(AGVs)have

becomethecoreequipmentofmodernworkshoplogisticssystemswiththeirhighdegreeof

intelligence,flexibility,safetyandothercharacteristics,whichcansignificantlyimprove

logisticsefficiency.Currently,duetothespecialenvironmentinfoodworkshops,many

companiesstilluselow-efficiencymanualtransportationmethods.Tothisend,thisproject

willdesignadifferentialdriveAGVbasedonribbonopticalnavigationaccordingtothe

actualneedsofthefoodfactory,andc