麦克纳姆轮平衡重式AGV叉车的总体设计与研究

麦克纳姆轮平衡重式AGV叉车的总体设计与研究【摘要】本文主要对麦克纳姆轮平衡重式AGV叉车的总体设计与研究进行了探讨。

在分析了研究背景和研究意义。

接着在分别介绍了麦克纳姆轮技术概述、平衡重式AGV叉车设计原理、主要设计参数分析、系统控制策略以及实验验证。

在总结了总体设计优势并展望了未来。

通过本文的研究，可以为麦克纳姆轮平衡重式AGV叉车的设计与应用提供参考，进一步推动智能物流设备的发展和应用。

【关键词】麦克纳姆轮、平衡重式AGV叉车、总体设计、研究背景、研究意义、技术概述、设计原理、设计参数分析、系统控制策略、实验验证、总体设计优势、未来展望1. 引言1.1 研究背景目前关于麦克纳姆轮平衡重式AGV叉车的研究仍处于起步阶段，对其总体设计及运行原理的系统研究尚不完善。

有必要进行深入的研究，以探索麦克纳姆轮平衡重式AGV叉车在实际应用中的潜力和优势，为其进一步推广和应用提供理论指导和技术支持。

本文旨在对麦克纳姆轮平衡重式AGV叉车的总体设计与研究进行系统探讨，为相关领域的研究工作提供参考，促进自动化物流技术的发展和应用。

1.2 研究意义通过对麦克纳姆轮技术和平衡重式AGV叉车设计原理的深入研究，可以为相关领域的研究和应用提供技术支撑和理论指导。

通过对主要设计参数和系统控制策略的分析，可以为提升叉车性能和稳定性提供参考和指导，推动叉车技术的发展和应用。

通过实验验证和总体设计优势的分析，可以为工程实践和应用提供可靠的技术支持，为智能物流和制造业的发展提供有力保障。

本文对麦克纳姆轮平衡重式AGV叉车的总体设计与研究具有积极的意义和价值，对促进物流自动化和智能制造具有重要的推动作用。

2. 正文2.1 麦克纳姆轮技术概述麦克纳姆轮技术是一种重要的机器人运动技术，其通过利用特殊的轮子设计和控制算法，可以实现机器人在极限条件下灵活精准地移动。

麦克纳姆轮通常由一个轮子上装有特殊斜向安装的滚轮组成，这种设计能够使机器人在不改变方向的情况下实现平移和旋转运动，从而增加机器人的灵活性和机动性。

1.0目的： 确保未经检验或验证合格的原材料、外协件及供方提供的物品不投入使用或加工，防止不合格物料进入生产流程，保证过程产品符合规定要求。

2.0适用范围： 适用于本公司所有外协、外购产品的检验。

3.0职责：3.2 品管部：3.3采购部：3.4 生产部：5.1 入库送检：物流部在规定时间完成物料点收（含质量证明文件或检测报告）、标识，填写《送检单》，填写内容要求完整，物料到库半小时内送品管部报检。

5.2 进货检验流程：5.2.1品管部收到《送捡单》（含质量证明文件或检测报告）半小时内回复检验及完成时间。

5.2.2 标准确认： 来料检验员根据具体来料标识卡、物流部报检单，查找相对应来料检验标准。

5.2.3抽样： 根据来料数量按《产品抽样检验管理办法》确定抽样方案并取样。

5.2.4测量/实验：5.2.4.1 进料检验进行来料标识确认：送货单位、产品名称、规格型号、日期、是否环保等内容标识完整；标识卡内容不完整或者无物流标识，物流部负责纠正，品管部进行跟踪验证。

5.2.4.2 检测实验报告及其他质量证明文件的确认、点收：确认无误按《文件控制程序》归档备查，如送货单位无检测实验报告及其他质量证明文件，内部联络采购部，依《不符合、纠正和预防措控制程序》处理。

5.2.4.3 产品包装防护确认：目测检查产品包装外箱是否满足搬运、运输及储存要求，不符合要求，内部联络采购部，依《不符合、纠正和预防措控制程序》处理。

5.2.4.4外观检查：不允许有麻点，色差、锈迹、裂纹、油污、碰伤、字迹清楚、破损、缩水、水纹、变形等，按品管部检验标准执行。

5.2.4.5尺寸测量：按品管部图纸及检验标准执行。

5.2.4.6性能实验：按品管部图纸及检验标准执行。

5.2.4.7报告填写：依据来料标识及《报检单》填写《来料检验报告》抬头栏：供应商名称、来料日期、数量、客户名称、合同编号、检验员、检验日期及抽样方案Ac-----接收数Re------拒收数等。

麦克纳姆轮AGV运动轨迹控制研究
马琳涵;张慧;周健;柳凯;周志国;卢仕杰
【期刊名称】《齐鲁工业大学学报》
【年(卷),期】2024(38)3
【摘要】随着现代智能化和自动化的快速发展,移动自动引导车辆(AGV)开始担任重要角色。

致力于研究麦克纳姆轮AGV的轨迹跟踪控制方法,采用自适应滑模控制以提高其在自动化物流和制造领域的应用性能。

首先,在考虑外部干扰的情况下,对麦克纳姆轮AGV进行数学建模,建立其运动学模型和动力学模型。

其次,在动力学模型的基础上设计一种自适应滑模轨迹跟踪控制器,该方法通过引入滑模面来实现对系统状态的控制,利用Lyapunov理论分析该控制方法的稳定性。

最后,通过matlab仿真实验验证该控制器提高了AGV的轨迹精度以及有效性。

【总页数】10页(P24-33)
【作者】马琳涵;张慧;周健;柳凯;周志国;卢仕杰
【作者单位】齐鲁工业大学(山东省科学院)信息与自动化学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP242.6
【相关文献】
1.基于麦克纳姆轮的全向AGV移动平台控制方法研究
2.基于麦克纳姆轮的磁导航AGV纠偏控制研究
3.基于麦克纳姆轮的喷药机器人底盘运动轨迹研究
4.协同搬运系统中的麦克纳姆轮AGV运动控制研究
5.基于麦克纳姆轮的全向AGV控制研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

浅述麦克纳姆轮AGV仿真及控制系统设计作者：许斌来源：《科学与信息化》2019年第02期摘要由麦克纳姆轮驱动的AGV车因其极高的机动性、灵活的运行方式得到广泛应用。

特别在航空装配领域，对高定位精度、可联动的AGV车的需求非常强烈。

本文首先分析了麦轮AGV车的运动特点，建立了运动学方程，然后基于Simulink对AGV进行了控制系统设计，在仿真环境下得到控制器参数。

关键词 AGV；麦克纳姆轮；控制系统；仿真1 概论自1973年瑞典工程师发明麦克纳姆轮以来，国外学者对麦克纳姆轮及麦轮车进行了广泛的研究。

Tlale N等研究了麦轮车的运动学和动力学特性，Malayjerdi E 等研究了基于模糊控制的麦轮车控制算法。

国内的相关研究虽然起步较晚，但研究内容基本覆盖了麦轮车的各个方面，有控制算法、基于视觉的引导等。

本文基于以上研究，首先分析麦轮车的运动学和动力学方程，然后基于Simulink进行了控制系统设计，最后分析了麦轮车的联动算法。

2 运动学关系2.1 运动学约束3 控制系统设计本文将基于Simulink对控制系统进行设计。

在Simulink里新建slx文件，建立如图 3所示模型，其中AGV模块代表了麦轮车的运动学模型，输入是四轮转速，输出是车体在惯性系下的速度和角速度，将速度变量积分得到车体在惯性系下的位置和转角，利用传感器测出该状态信息，输入到控制系统中，控制系统利用状态信息计算出四轮转速便形成了闭环。

本文的控制系统采用PID控制器。

在Simulink环境下，利用依次点击菜单栏Analisis→Control Design→C ontrol System Tuner，再在菜单栏点击TUNING→Select Blocks）选择需要整定的PID模块后，便可进入PID 整定设计环境。

点击菜单栏New Goal可以看到在时域和频域下分别有多种整定目标可以设计。

此处选择时域下的Tracking of Step Commands，再选择输入和输出信号，将模型设置为一阶，最后设置时间常数。

基于麦克纳姆轮的全向AGV移动平台控制方法研究房殿军;卢彦廷;申加宁【摘要】针对麦克纳姆轮全向移动平台运动学控制问题,建立了四轮麦克纳姆轮全向AGV移动平台模型,引入遗传算法(Genetic Algorithm,GA)和Vague集相似度量理论,基于ITAE时间乘误差绝对值积分性能指标,引入遗传算法寻找最优模糊控制规则,利用Vague集相似度量推理计算最佳匹配度,进而在线动态调整PID参数,并运用于基于麦克纳姆轮的全向AGV移动平台运动学控制.仿真结果表明,与传统PID控制相比,结合遗传算法与Vague集理论的PID控制方法能有效降低系统超调量,缩短系统调整时间,使得全向AGV运动更加稳定灵活.【期刊名称】《物流技术》【年(卷),期】2019(038)005【总页数】5页(P62-65,116)【关键词】麦克纳姆轮;全向移动平台;运动学控制;遗传算法;Vague集相似度量【作者】房殿军;卢彦廷;申加宁【作者单位】同济大学中德学院,上海 201804;同济大学中德学院,上海 201804;中德智能技术博士研究院,山东青岛 266500【正文语种】中文【中图分类】TP231 引言本文研究对象为基于麦克纳姆轮的全向AGV（Automated Guided Vehicle，无人搬运小车）移动平台，属于轮式移动机器人。

麦克纳姆轮为瑞典麦克纳姆公司专利发明的全方位车轮，由于麦克纳姆轮上斜柱辊子结构的受力特点，使得搭载该轮的AGV系统只需通过控制每个麦克纳姆轮的正向或反向转动关系，便可以实现三个自由度的全方向运动控制[1]。

传统PID控制往往采用Ziegler-Nichols整定法得到PID参数，确定后也不再进行调整。

因此传统PID渐渐无法适应更加复杂的控制系统和满足智能算法对底层控制更高的要求。

引入模糊控制与PID控制结合，可通过不断检测系统反馈的误差e与误差的变化ec，根据模糊推理规则，实时在线调整PID控制器参数，达到优化系统控制品质的目的。

麦克纳姆轮平衡重式AGV叉车的总体设计与研究麦克纳姆轮平衡重式AGV叉车是一种新型的自动化物流设备，其具有较强的载重能力和灵活的机动性能，广泛应用于仓储、生产线和物流配送等领域。

本文将对麦克纳姆轮平衡重式AGV叉车的总体设计与研究进行介绍，包括其结构设计、控制系统、传感器系统和应用案例等内容，旨在为读者提供对该设备的深入了解和研究参考。

麦克纳姆轮平衡重式AGV叉车采用了麦克纳姆轮技术，即通过特殊排列和控制四个麦克纳姆轮实现全向移动和转向，从而具有非常灵活的机动性能。

在结构设计上，该叉车通常采用双层平衡结构，即在叉车上部设置了载重平台和操纵系统，下部安装了麦克纳姆轮和电动驱动系统，整体结构合理稳定、功能齐全。

1.1 载重平台设计载重平台是麦克纳姆轮平衡重式AGV叉车的重要组成部分，其设计需要考虑叉车的各项功能和操作需求。

一般而言，载重平台采用钢结构焊接，表面进行防腐处理和涂装，以提高叉车的稳定性和耐用性。

在载重平台上安装了电机、液压系统、电子控制系统和操纵台，以便对叉车进行控制和操作。

1.2 麦克纳姆轮和电动驱动系统设计麦克纳姆轮是麦克纳姆轮平衡重式AGV叉车的关键部件，其特殊排列和转向控制可以实现叉车的全向移动和转向功能。

麦克纳姆轮通常采用特殊材料制造，确保其具有足够的承载能力和耐磨性。

叉车的电动驱动系统则主要由电机、减速器和传动装置组成，通过控制电机的转速和方向来驱动麦克纳姆轮，并实现叉车的运动和转向。

1.3 机械结构设计麦克纳姆轮平衡重式AGV叉车的机械结构设计需要保证叉车的稳定性和安全性。

包括底盘、驾驶室、叉臂、传动装置等部件的设计，需要符合叉车的工作要求和标准，保证叉车在搬运和运输过程中能够稳定、高效地完成工作。

二、麦克纳姆轮平衡重式AGV叉车的控制系统麦克纳姆轮平衡重式AGV叉车的控制系统是使其实现自动化操纵和运动的关键。

该系统通常由自动控制器、传感器系统、导航系统和通信系统等组成，通过对叉车进行实时监测和控制，实现其自主导航和操纵功能。

- 34 -工 业 技 术０　引言随着物流自动化的发展和需求， AGV 叉车是仓储物流、智能工厂的一个重要设备。

它是以电池为动力源，具有举升、动力导向、路径识别、安全避障和自动充电等功能。

在无人驾驶的情况下，实现自主搬运货物到指定位置进行摆放、堆垛，对生产、运输、成本管理有重要意义。

传统的轮式AGV 叉车需要一定的转弯半径、直角通道才能在工况下作业。

但对一些空间狭窄或特殊的路径场合，传统的AGV 叉车并不满足该工况。

基于此，该文的轮式AGV 叉车采用动力相互独立的4个麦克纳姆轮结构，具有零转半径的特点，在不改变车身方向的情况下，可以在平面内做任意方向的移动，提高了仓储、物流的空间的利用率。

该文阐述了麦轮AGV 叉车的总体设计，其根据市场需求、工况要求，设计和布局外形尺寸、各性能参数、导航方式等。

初步确定整机尺寸参数，选定轴距、轮距，自重、前悬距和后悬距等。

具体从3个方面进行论述。

１　整机重心的分布确定整机重心的位置很重要。

传统叉车试验证明，空载前桥负荷满足40%左右，满载前桥负荷满足90%左右是符合国家试验要求的。

该文的麦轮叉车，如果按照传统叉车进行重心分布，满载时，横向行动时会出现斜向偏移。

不仅会影响传动效率，更会影响导航的精度。

所以在设计时要遵循满载和空载前后桥负荷接近1∶1；由此增加一个可移动的配重，在叉车满载时，可移动配重通过一个机构向车体后移，改变整车的重心位置，使满载时前后桥重量几乎相等。

叉车空载时，可移动的配重沿着车体进行前移，使前后桥重量几乎相等。

就是说，时刻保证4个轮子承载重量接近相等。

２　确定总体参数根据工况需求，可确定自重M 、额定起重量m 、满载运行最大速度V 、满载爬坡度α、动摩擦系数f 、加速度a 、起升高度h 、轴距L 、轮距C 、满载起升速度V 1等参数。

３　行走系统的选择行走系统由轮系、伺服电机、减速机组成。

伺服电机和减速机的性能参数决定了整车的动力性能。

麦轮的直径决定着整车重心高度和抗翻能力，即麦轮的强度、高度决定了整车的稳定性、行走能力、运行精度等。

基于麦克纳姆轮的智能机器人室内定位算法设计随着智能机器人技术的不断发展，室内定位成为了一个备受关注的问题。

在实际应用中，室内定位对于智能机器人的自主导航、环境感知、任务执行等功能起着至关重要的作用。

基于麦克纳姆轮的智能机器人具有良好的机动性和灵活性，因此在室内定位算法设计中也得到了广泛应用。

本文将以基于麦克纳姆轮的智能机器人为研究对象，探讨一种有效的室内定位算法设计。

一、麦克纳姆轮介绍麦克纳姆轮是一种特殊的全向轮，由瑞典工程师Ingvar Meckan和Bengt Anderson于1958年发明。

麦克纳姆轮由主轴、轮圈和轮胎组成，轮圈的周边分布有几个倾斜的滚动体，使得麦克纳姆轮能够实现在多种方向和角度上的移动。

通过控制麦克纳姆轮的转动速度和方向，智能机器人可以实现灵活的运动和定位。

麦克纳姆轮的特点包括：1）全向移动性：麦克纳姆轮可以在不同方向和角度上移动，具有极佳的机动性；2）速度可变：可以通过调整各个麦克纳姆轮的转速来实现线速度和角速度的控制；3）稳定性：麦克纳姆轮的结构设计使得机器人在移动时能够保持稳定。

二、麦克纳姆轮的室内定位算法设计1. 环境感知和地图构建在室内定位算法设计中，环境感知和地图构建是至关重要的步骤。

通过激光雷达、摄像头、超声波传感器等传感器获取室内环境的信息，并结合SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）技术，构建室内环境的地图。

对地图进行实时更新和优化，可以为后续的定位提供准确的环境信息。

2. 里程计数据采集和滤波麦克纳姆轮的运动状态可以通过里程计数据进行采集和计算，根据轮子的转动速度和方向来推断机器人的位姿信息。

里程计数据受到轮胎滑动、地面摩擦等因素的影响，容易产生累积误差。

在室内定位算法设计中，需要对里程计数据进行滤波处理，采用卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波、粒子滤波等方法，降低里程计数据的误差。

3. 传感器融合和定位算法在基于麦克纳姆轮的智能机器人室内定位中，传感器融合技术是一种常用的定位方法。

麦克纳姆轮平衡重式AGV叉车的总体设计与研究麦克纳姆轮平衡重式AGV叉车是一种新型的自动化叉车，具有独特的平衡重和麦克纳姆轮设计，能够在狭窄的空间内快速、灵活地运输货物，广泛应用于仓储物流领域。

本文将对该AGV叉车的总体设计与研究进行详细介绍。

一、总体设计1.平衡重设计麦克纳姆轮平衡重式AGV叉车采用平衡重设计，通过在叉车后部设置重物来提高叉车的稳定性。

平衡重通常采用铅块或者混凝土块，根据叉车的载重量和运输环境来确定平衡重的重量和位置。

平衡重设计的叉车能够在高速运动和急停时保持稳定，有利于提高工作效率和安全性。

2.麦克纳姆轮设计麦克纳姆轮是一种特殊的全向轮，具有特殊的轮辐设计和轮胎橡胶材质，使得叉车能够在不改变运动方向的情况下实现平移和旋转。

麦克纳姆轮平衡重式AGV叉车通常采用四个麦克纳姆轮，每个轮子都能独立操控，能够实现极其灵活的运动方式，适用于狭窄的运输通道和复杂的货物堆放场景。

3.自动化系统麦克纳姆轮平衡重式AGV叉车通常配备自动化系统，包括定位系统、导航系统、避障系统和物料搬运系统。

定位系统通过激光雷达或者摄像头实现叉车在空间的精确定位，导航系统通过地标或者地图进行导航，避障系统通过传感器和算法实现叉车的自动避障，物料搬运系统通过机械臂或者升降装置实现货物的自动抓取和放置。

自动化系统能够大大提高叉车的自主运动能力，减少人工干预的需求，提高作业效率和精度。

二、研究成果1.运动控制算法针对麦克纳姆轮平衡重式AGV叉车的特殊运动方式，研究人员提出了一种基于李代数的运动控制算法。

该算法能够实现叉车在任意运动方向上的平移和旋转，并且考虑了叉车自身的平衡重影响，能够在高速运动和急停时保持叉车的稳定，提高了叉车的运动性能和安全性。

2.能量回收技术麦克纳姆轮平衡重式AGV叉车在运动过程中会产生大量的惯性能量，研究人员提出了一种基于超级电容器的能量回收技术。

通过在叉车上安装超级电容器装置，将惯性能量转化为电能并存储起来，然后在需要时释放出来，能够大大减少叉车的能耗，提高了叉车的能源利用率和环保性能。

摘要平衡重式电动叉车由于其操作控制简便、灵活，其操作人员的操作强度要求相对内燃叉车而言轻很多，广泛使用在国民经济的各个部门，其电动转向系统、加速控制系统、液压控制系统以及刹车系统都由电信号控制大大降低了操作人员的劳动强度，这样一来对于提高其工作效率以及工作的准确性有非常大的帮助且相较于内燃叉车电动车辆的低噪音、无尾气排放的优势也得到许多用户的许可。

如何更好的发挥其优势来取代内燃叉车，对环保有重大意义。

本课题研究运用计算机仿真技术对电动叉车进行虚拟设计，在产品制造之前将运用AutoCAD完成平衡重式电动叉车变速器、货叉及整车装配的二维绘制，为之后的Pro/E软件的三维图绘制做铺垫，然后将用Pro/E软件对平衡重式电动叉车的各个零件进行三维绘制并进行整车装配，为之后的ANSYS分析建立三维模型,最后将运用ANSYS软件进行仿真研究，就可以发现并更正设计缺陷，完善设计方案，缩短开发周期，提高设计质量和改善，为生产实际提供理论支持。

关键词：电动叉车；变速器；货叉；三维建模；有限元分析ABSTRACTCounterbalanced electric forklift operation control because of its simple, flexible, and its operator's operations in terms of strength requirements are relatively much lighter internal combustion forklifts, widely used in various sectors of national economy, the electric power steering system, the speed control system, hydraulic control system and control the brake system greatly reduces the signal by the operator's labor intensity, so that its work for improving the efficiency and accuracy of the work has a very big help, and internal combustion forklift electric vehicles compared to the low noise, no exhaust emissions advantage by many users permission. How to better play to their strengths instead of internal combustion forklifts, of great importance to environmental protection. This study is the use of computer simulation technology for electric forklifts for virtual design, manufacturing completed before the use of AutoCAD transmission counterbalanced electric forklift, fork and two-dimensional vehicle assembly drawing for the following Pro/E, three-dimensional map pave the way to draw, and then use the Pro / E software counterbalanced electric forklift parts for all three-dimensional drawing and make the vehicle assembly, after the ANSYS analysis for the establishment of three-dimensional model, and finally the use of ANSYS simulation software, can be found and correct design flaws and improve the design, shorten the development cycle, improve design quality and improvement, provide theoretical support for the actual production.Key words：Electric Forklift; Transmission; Tork; Three-Dimensional Modeling; Finite Element Analysis目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1选题背景、目的及意义 (1)1.2国内外研究现状 (3)1.3研究内容及研究方法 (4)1.3.1 设计主要内容 (4)1.3.2 研究方法 (4)第2 章平衡重式电动叉车设计总体方案 (6)2.1叉车的定义 (6)2.2 蓄电池的选择 (9)2.3 行走电机的选择 (10)2.4 本章小结 (11)第3章变速箱设计 (12)3.1变速箱的结构方案 (13)3.1.1中心距的确定 (13)3.1.2齿轮参数确定 (13)3.1.3齿轮齿数确定 (14)3.1.4齿轮其他基本几何参数 (14)3.2对中心距A进行修正 (14)3.3齿轮校核 (15)3.3.1齿轮折断 (15)3.3.2齿面点蚀 (16)3.3.3齿面胶合 (16)3.3.4齿轮弯曲强度计算 (17)3.3.5齿轮接触应力计算 (17)3.4 轴设计 (18)3.4.1 初选轴的直径 (18)3.4.2 轴的刚度验算 (18)3.4.3轴的强度计算 (21)3.4.4 变速器轴承的选择 (22)3.5 本章小结 (25)第4章货叉、门架、叉架及整车建模 (26)4.1 Pro/E软件简介 (26)4.2货叉尺寸计算 (27)4.3车体尺寸设计 (29)4.3.1车体设计内容 (29)4.3.2车体设计步骤 (30)4.4档板尺寸设计 (31)4.4.1特征建模思想 (31)4.4.2起升系统的装配 (33)4.4.3元件的约束类型及其放置参照 (33)4.4.4货叉的建立 (34)4.4.5叉架的建立 (35)4.4.6外门架的建立 (35)4.4.7 Pro/E整机装配图 (35)4.5叉车稳定性计算 (36)4.6 本章小结 (37)第5章主要零部件有限元分析 (38)5.1ANSYS简介 (38)5.1.1 ANSYS的主要技术特点 (38)5.1.2 软件功能简介 (39)5.2 ANSYS与Pro／E的接口技术 (39)5.2.1 使用ANSYS提供的图形接口 (39)5.2.2 Pro／E与ANSYS的连接方法 (40)5.3对货叉进行有限元分析 (41)5.3.1货叉的有限元分析 (41)5.4 本章小结 (44)结论 (45)致谢 (46)参考文献 (47)附录 (49)第1章绪论1.1选题背景、目的及意义最近5 年，中国叉车市场的生产和需求量每年的增幅均达到了25％以上，2006 年中国就已经成为仅次于美国的全球第二大叉车消费市场。