摘要：為了讓電磁屏蔽效能自動測試裝置能夠在屏蔽室中按照已給定的路徑運動，設(shè)計了一種開環(huán)控制的兩輪差速驅(qū)動小車，對其運動學(xué)進行了分析，并采用雙圓弧擬合曲線方法使小車實現(xiàn)按照給定曲線行走。通過大量運動實驗驗證，利用該方法控制小車能保證小車在行進3 m范圍內(nèi)橫向和縱向的偏差小于30 mm，可以滿足系統(tǒng)的需要。最后根據(jù)實驗結(jié)果給出了該方法的適用范圍，以及進一步減少誤差的思路。
關(guān)鍵詞：差速驅(qū)動；運動控制；固定路徑；曲線行走

0 引言
自動導(dǎo)引車(Automated Guided Vehicle，AGV)是一種可以移動的具有一定智能的自主或半自主工作的機器人，在現(xiàn)代物流倉儲、柔性制造、軍事領(lǐng)域和危險環(huán)境下的作業(yè)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
有很多學(xué)者對自動導(dǎo)引車的導(dǎo)引及控制方式進行了研究，大多數(shù)采用編碼器、陀螺儀、測距傳感器等對機器人進行位姿檢測、路徑跟蹤，進而對運動進行閉環(huán)控制，然而在一些對電磁干擾要求較高或者周圍環(huán)境復(fù)雜的特殊場合有一定的局限性。
本文設(shè)計的兩輪差速驅(qū)動小車作為電磁屏蔽效能自動測試裝置的移動平臺來使用。由于系統(tǒng)對測試裝置電磁兼容要求較高，并且由于屏蔽室內(nèi)存在大量錐形吸波材料、波導(dǎo)窗、波導(dǎo)管等造成測試環(huán)境相對復(fù)雜，因而提出一種車身不裝傳感器的差速驅(qū)動輪式小車結(jié)構(gòu)，并且能在一定精度范圍內(nèi)進行曲線運動，在低成本、電磁兼容要求高及復(fù)雜環(huán)境中具有較大的應(yīng)用空間。

1 小車驅(qū)動方式設(shè)計
兩輪差速驅(qū)動小車常采用的幾種驅(qū)動方式示意圖如圖1所示，圖中有剖面線的長方形表示由電機控制的驅(qū)動輪，小圓圈表示全向自由輪或球形輪，主要起輔助支撐作用。其中圖1(a)為三輪式差速驅(qū)動，圖1(b)，圖1(c)為帶有附加接觸點的四輪式差速驅(qū)動。圖1(d)為六輪式差速驅(qū)動。

本設(shè)計選用方案(c)，這個方案的優(yōu)點是小車旋轉(zhuǎn)半徑理論上可以從0到無限大，可以原地回轉(zhuǎn)，運動靈活性好，同時四輪結(jié)構(gòu)相對三輪結(jié)構(gòu)具有較大的承載能力和較好的平穩(wěn)性。缺點是由于四點著地，如果地面不夠平整，有可能會出現(xiàn)驅(qū)動輪被架空的情況，導(dǎo)致小車無法正常運動。為了保證四個輪子與地面的可靠接觸，在前后支撐輪增加了緩沖機構(gòu)。
差速驅(qū)動小車作為電磁屏蔽效能自動測試裝置的移動平臺，測試裝置對小車定位精度要求較高，而對于運動速度要求不高。步進電動機的角位移量與脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，能迅速啟動、反轉(zhuǎn)、制動，停止時能鎖死。因此驅(qū)動電機選用步進電機。
步進電機的輸出經(jīng)過減速器傳遞，減速器輸出軸通過聯(lián)軸器連接到小車的驅(qū)動輪上，小車平臺與驅(qū)動輪通過滾珠軸承連接。步進電機選用42BY250C二相混合式步進電機，額定靜轉(zhuǎn)矩為0．54 N·m，配套驅(qū)動器為SH-20403型步進電機驅(qū)動器，減速器選用減速比為9的PS40003型行星齒輪減速器。

2 運動學(xué)分析及建模
圖2是兩輪差速轉(zhuǎn)向AGV的結(jié)構(gòu)示意圖(圖中僅畫出兩個驅(qū)動輪)。O1，O2分別是左、右驅(qū)動輪的輪心，輪間距O1O2為l，C為O1O2的中心。xOy為大地坐標系，V1，V2及VC分別為左、右驅(qū)動輪及車體中心C點的速度。假設(shè)C在大地坐標系中的坐標為(x，y)，則AGV的姿態(tài)角用VC與x軸的夾角θ(規(guī)定逆時針時為正)表示，則向量(x，y，θ)表示AGV在大地坐標系xOy中的位姿。