自動尋跡車機構(gòu)設(shè)計及運動仿真分析

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(石家莊鐵道大學(xué) 機械工程學(xué)院，河北 石家莊 050043)

自動尋跡車機構(gòu)設(shè)計及運動仿真分析

王信信，高文中，馮蕭

(石家莊鐵道大學(xué) 機械工程學(xué)院，河北 石家莊 050043)

設(shè)計了自動尋跡車的主要機構(gòu)，用Pro/E軟件建立了各機構(gòu)和整車三維實體模型及運動仿真模型，并進(jìn)行了運動仿真分析，生成了車輪中心位置的軌跡曲線，對尋跡車進(jìn)行全局碰撞仿真檢測，結(jié)果表明：尋跡車運行平穩(wěn)，無干涉現(xiàn)象。對車輪進(jìn)行速度測量時，發(fā)現(xiàn)尋跡車右轉(zhuǎn)彎速度高于左轉(zhuǎn)彎速度。實車中、高速試驗時，右轉(zhuǎn)彎易偏離軌道。對此提出了速度控制策略，通過硬、軟件結(jié)合，解決了左、右轉(zhuǎn)彎速度不等的問題，樣機試驗表明，尋跡車在直行、起伏路面、坡道和轉(zhuǎn)彎時，運行平穩(wěn)，工作可靠。

自動尋跡車；機構(gòu)設(shè)計；運動仿真；軌跡曲線；控制策略

0 引言

自動尋跡車是指安裝有光學(xué)或電磁等自動導(dǎo)引裝置,具有安全避障并能沿預(yù)定軌跡行駛的運輸車。自動尋跡車不僅可以用于生產(chǎn)車間或倉庫的零部件運輸，也可完成一些危險環(huán)境下某些危險品的運輸工作，對提高現(xiàn)代化工廠物料運輸?shù)淖詣踊潭群蜕a(chǎn)效率具有重要意義[1-2]。現(xiàn)提出一種后輪單邊驅(qū)動，前輪單邊轉(zhuǎn)向的尋跡車機構(gòu)設(shè)計方案。對尋跡車的驅(qū)動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、底盤等機構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計，采用Pro/E 5.0軟件建立了各機構(gòu)及整車三維實體模型和運動仿真模型，并對尋跡車進(jìn)行了運動仿真分析，驗證了尋跡車機構(gòu)設(shè)計的合理性和運行時的平穩(wěn)性。同時在仿真中發(fā)現(xiàn)了右轉(zhuǎn)彎速度高于左彎速度的問題，在實際試驗時，中、高速右轉(zhuǎn)彎易偏離軌道。對此提出了速度控制策略，通過硬、軟件結(jié)合，解決了左、右轉(zhuǎn)彎速度不等的問題，樣機試驗表明，尋跡車在直行、起伏路面、坡道和轉(zhuǎn)彎時，運行平穩(wěn)，工作可靠，驗證了控制策略的正確性。

1 自動尋跡車機構(gòu)設(shè)計

尋跡車機構(gòu)設(shè)計主要包括機構(gòu)方案設(shè)計、驅(qū)動系統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計、制動系統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計、底盤機構(gòu)設(shè)計。

1.1尋跡車機構(gòu)方案設(shè)計

按照驅(qū)動方式劃分，主要有：單舵輪驅(qū)動式、差速驅(qū)動式、雙舵輪驅(qū)動式、多舵輪驅(qū)動式[3]。單舵輪驅(qū)動式主要用于三輪車型：一個舵輪，兩個從動定向輪。其中舵輪具有驅(qū)動和轉(zhuǎn)向的功能。這種機構(gòu)的優(yōu)點：用途廣泛，對地面平整度要求不高。缺點：轉(zhuǎn)向時穩(wěn)定性差。差速驅(qū)動主要用于三輪或四輪車型：兩個固定驅(qū)動輪，一個或兩個從動萬向輪，靠兩個驅(qū)動輪之間的差速實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。這種機構(gòu)的優(yōu)點：全方位轉(zhuǎn)向，有較強的靈活性。缺點：控制算法較復(fù)雜，對地面的平整度要求較高。雙舵輪驅(qū)動主要用于四輪車型：兩個舵輪，兩個從動萬向輪。其中舵輪具有驅(qū)動和轉(zhuǎn)向的功能。這種機構(gòu)的優(yōu)點：全方位轉(zhuǎn)向，有很強的靈活性。缺點：控制算法復(fù)雜，對地面的平整度要求較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造和維修成本高。多舵輪驅(qū)動用于多輪重載車型，運動模型較復(fù)雜。

鑒于以上幾種機構(gòu)的優(yōu)缺點，考慮到設(shè)計的自動尋跡車采用光電導(dǎo)引，軌道鋪設(shè)在車體中間位置的正下方，若采用三輪車型或四輪菱形車型中間輪正好在軌道紙上行駛，對軌道造成污染和破壞，由于本尋跡車的載重量不超過70 kg，轉(zhuǎn)向允許半徑較大，導(dǎo)引定位精度和總體工作要求不是很苛刻，又考慮到制造和維修成本低，研發(fā)周期短等多方面因素，最終設(shè)計了如圖1所示的后輪單邊驅(qū)動，前輪單邊轉(zhuǎn)向的尋跡車機構(gòu)方案。

1.2驅(qū)動系統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計及機構(gòu)模型的建立

驅(qū)動系統(tǒng)是由驅(qū)動輪、驅(qū)動電機、減速器、鏈輪、鏈條等組成。根據(jù)各組成部分的結(jié)構(gòu)尺寸和安裝尺寸，建立了驅(qū)動系統(tǒng)的機構(gòu)模型如圖2所示。

圖1 尋跡車機構(gòu)方案示意圖

圖2 尋跡車機構(gòu)模型圖

1.3轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計及機構(gòu)模型的建立

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是由步進(jìn)電機、微型減速器、微型聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)向輪等組成。根據(jù)各組成部分的結(jié)構(gòu)尺寸和安裝尺寸，建立了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機構(gòu)模型如圖2所示。

1.4制動系統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計及機構(gòu)模型的建立

制動系統(tǒng)由電磁制動器、制動皮帶、驅(qū)動輪、定向輪等組成。根據(jù)各組成部分的結(jié)構(gòu)尺寸和安裝尺寸，建立了制動系統(tǒng)機構(gòu)模型如圖2所示。

1.5底盤機構(gòu)設(shè)計及機構(gòu)模型的建立

底盤是用來固定尋跡車的驅(qū)動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、車身、輔助輪、蓄電池等。尋跡車的后輪都是定向的，前輪都是萬向的。根據(jù)各組成部分的結(jié)構(gòu)尺寸和安裝尺寸，建立了底盤機構(gòu)模型如圖2所示。

1.6建立整車模型

圖3 尋跡車整車模型圖

將尋跡車的各主要機構(gòu)和輔助機構(gòu)模型組裝構(gòu)成整車模型，整車模型如圖3所示。其中控制柜里安裝PLC控制器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、接線端子排、控制電路板、變壓模塊、電機驅(qū)動器、觸摸屏、急停按鈕、電源開關(guān)、報警裝置等。

2 尋跡車機構(gòu)運動仿真分析

運動仿真是使用Pro/E機構(gòu)設(shè)計功能創(chuàng)建機構(gòu)，定義尋跡車的特定運動副，創(chuàng)建使其能夠運動的伺服電動機，實現(xiàn)機構(gòu)的運動模擬。為了達(dá)到尋跡車真實的運動模擬，對尋跡車進(jìn)行動態(tài)分析，就是在相應(yīng)機構(gòu)上定義重力、阻尼等特征，對機構(gòu)設(shè)置材料、密度等基本屬性特征，使其更加接近現(xiàn)實的機構(gòu)[4]。

2.1創(chuàng)建尋跡車運動模型

將基礎(chǔ)元件定義為剛性連接。驅(qū)動輪、定向輪與固定支架軸定義為銷釘連接。轉(zhuǎn)向輪、萬向輪與活動支架軸定義為銷釘連接，活動支架與固定板定義為銷釘連接。尋跡車車體與路面定義為6DOF連接，各個車輪與路面定義為凸輪連接，根據(jù)尋跡車的工作原理，尋跡車沿著路面上鋪設(shè)的軌道行駛，因此在軌道的正中間位置的上方草繪了一條曲線，在尋跡車的底盤幾何中心線上建立了兩個點，這兩個點與曲線定義為槽連接。在裝配完成后對尋跡車模型進(jìn)行靜態(tài)干涉檢查，一切都準(zhǔn)確無誤后完成尋跡車運動模型的創(chuàng)建。

2.2仿真過程和仿真結(jié)果分析

對尋跡車的各個零部件設(shè)置了質(zhì)量屬性并在車斗內(nèi)放置了一個重物，來模擬尋跡車的車體和負(fù)載的質(zhì)量，整車的質(zhì)量約為120 kg，并且定義了重力方向(垂直于路面向下)。通過車輪與地面建立的凸輪連接關(guān)系，車輪與地面的摩擦力使得尋跡車行走。車輪是尼龍車輪，路面是水泥路面，通過查閱相關(guān)資料，車輪與地面的凸輪連接參數(shù)：恢復(fù)系數(shù)e=0.1，靜摩擦系數(shù)μs=0.25，動摩擦系數(shù)μk=0.2。在驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動軸上添加旋轉(zhuǎn)伺服電動機，在轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向軸上添加旋轉(zhuǎn)伺服電動機[5]。

尋跡車有低速、中速、高速3個擋位，低速擋驅(qū)動輪的角速度是318.3deg/s，實際速度是1km/h，中速擋驅(qū)動輪的角速度是795.8deg/s，實際速度是2.5km/h，高速擋驅(qū)動輪的角速度是1 273.2deg/s，實際速度是4km/h。

2.2.1 在路面上直行的運動仿真

定義驅(qū)動輪伺服電動機的角速度是318.3deg/s，此時的速度是尋跡車的低速擋。定義轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向軸伺服電動機的角速度是0deg/s，并且鎖定轉(zhuǎn)向軸。仿真分析類型定義為動態(tài)分析。對驅(qū)動輪和定向輪的轉(zhuǎn)動軸進(jìn)行速度測量，測量結(jié)果如圖4所示。從測量值上可以看出定向輪與驅(qū)動輪的角速度值非常接近，說明尋跡車直行運動很穩(wěn)定，符合實際情況，同時也說明了仿真設(shè)置的正確性。

定義驅(qū)動輪伺服電動機的角速度是1 273.2deg/s，此時是尋跡車行走的最高速度，轉(zhuǎn)向輪的設(shè)置不變。以每個車輪的軸心作為軌跡跟蹤點，生成車輪中心的運動軌跡曲線，觀察尋跡車行走的穩(wěn)定性。仿真分析類型定義為動態(tài)分析，通過回放功能對尋跡車進(jìn)行全局碰撞檢測，結(jié)果表明整個運動過程中無干涉現(xiàn)象，尋跡車直行運動仿真的軌跡曲線如圖5所示。從圖5可以看出，尋跡車在直行運動過程中，4個車輪運動軌跡曲線波動很小，接近于直線，仿真結(jié)果表明尋跡車在路面上可以正常行走并且運行穩(wěn)定。

圖4 尋跡車直行運動仿真車輪速度測量值

圖5 尋跡車直行運動仿真軌跡曲線

2.2.2 在路面上左轉(zhuǎn)彎的運動仿真

定義驅(qū)動輪伺服電動機的角速度是318.3 deg/s，轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向軸伺服電動機的角速度是28 deg/s，方向是逆時針旋轉(zhuǎn)。仿真分析類型定義為動態(tài)分析，對驅(qū)動輪和定向輪的轉(zhuǎn)動軸進(jìn)行速度測量，測量結(jié)果如圖6所示。驅(qū)動輪的速度是318.3 deg/s，定向輪的速度約是182 deg/s。尋跡車在左轉(zhuǎn)彎時定向輪在軌道的內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)彎半徑小，驅(qū)動輪在軌道的外側(cè)轉(zhuǎn)彎半徑大，測量的速度值符合實際情況。測量的速度值浮動很小，近似直線，說明尋跡車左轉(zhuǎn)彎時速度很穩(wěn)定，同時也說明了仿真設(shè)置的正確性。

定義驅(qū)動輪伺服電動機的角速度是1 273.2 deg/s，轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向軸伺服電動機的角速度是111.1 deg/s，轉(zhuǎn)彎開始時前0.45 s，轉(zhuǎn)動方向是逆時針旋轉(zhuǎn)，后0.45 s，轉(zhuǎn)動方向是順時針旋轉(zhuǎn)。仿真分析類型定義為動態(tài)分析，通過回放功能對尋跡車進(jìn)行全局碰撞檢測，結(jié)果表明整個運動過程中無干涉現(xiàn)象，尋跡車左轉(zhuǎn)彎運動仿真的軌跡曲線如圖7所示。從圖7可以看出，尋跡車在左轉(zhuǎn)彎運動過程中，4個車輪運動軌跡曲線波動很小，非常平滑，沒有出現(xiàn)側(cè)移現(xiàn)象，仿真結(jié)果表明尋跡車在最高速度時可以正常左轉(zhuǎn)彎并且運行穩(wěn)定。

圖6 尋跡車左轉(zhuǎn)彎運動仿真車輪速度測量值

圖7 尋跡車左轉(zhuǎn)彎運動仿真軌跡曲線

2.2.3 在路面上右轉(zhuǎn)彎的運動仿真

定義驅(qū)動輪伺服電動機的角速度是318.3 deg/s，轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向軸伺服電動機的角速度是48 deg/s，方向是順時針旋轉(zhuǎn)。仿真分析類型定義為動態(tài)分析。對驅(qū)動輪和定向輪的轉(zhuǎn)動軸進(jìn)行速度測量，測量結(jié)果如圖8所示。驅(qū)動輪的速度是318.3 deg/s，定向輪的速度是497.5 deg/s。尋跡車在右轉(zhuǎn)彎時驅(qū)動輪在軌道的內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)彎半徑小，定向輪在軌道的外側(cè)轉(zhuǎn)彎半徑大，測量的速度值符合實際情況。測量的速度值浮動很小，近似直線，說明尋跡車右轉(zhuǎn)彎時速度很穩(wěn)定，同時也說明了仿真設(shè)置的正確性。

定義驅(qū)動輪伺服電動機的角速度是1 273.2 deg/s，轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向軸伺服電動機的角速度192.3 deg/s，轉(zhuǎn)彎開始時前0.26 s，轉(zhuǎn)動方向是順時針旋轉(zhuǎn)，后0.26 s，轉(zhuǎn)動方向是逆時針旋轉(zhuǎn)。仿真分析類型定義為動態(tài)分析，通過回放功能對尋跡車進(jìn)行全局碰撞檢測，結(jié)果表明整個運動過程中無干涉現(xiàn)象，尋跡車右轉(zhuǎn)彎運動仿真的軌跡曲線如圖9所示。從圖9可以看出，尋跡車在右轉(zhuǎn)彎運動過程中，4個車輪運動軌跡曲線波動很小，非常平滑，沒有出現(xiàn)側(cè)移現(xiàn)象，仿真結(jié)果表明尋跡車在最高速度時可以正常右轉(zhuǎn)彎并且運行穩(wěn)定。但是在實際試驗測試中，由于車速太快，尋跡傳感器來不急對軌道進(jìn)行識別，造成尋跡車容易失去控制，偏離軌道。

圖8 尋跡車右轉(zhuǎn)彎運動仿真車輪速度測量值

圖9 尋跡車右轉(zhuǎn)彎運動仿真軌跡曲線

2.2.4 在坡度為14%的普通路面上的運動仿真

將尋跡車與路面的槽連接改為尋跡車車體中心平面與軌道中心平面對齊的平面連接，其余連接類型不變。14%的路面坡度換算為角度值：arctan0.14=8°，即地面與水平面的夾角為8°。定義驅(qū)動輪伺服電動機轉(zhuǎn)動的角速度是1 145.9 deg/s，尋跡車實際行走的速度是3.6 km/h，在此速度情況下，觀察尋跡車在爬坡時的運行狀況。定義轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向軸伺服電動機轉(zhuǎn)動的角速度是0 deg/s，并且鎖定轉(zhuǎn)向軸。仿真分析類型定義為動態(tài)分析，通過回放功能對尋跡車進(jìn)行全局碰撞檢測，結(jié)果表明整個運動過程中無干涉現(xiàn)象，尋跡車爬坡運動仿真的軌跡曲線如圖10所示。從圖10可以看出，尋跡車在爬坡過程中，4個車輪運動的軌跡曲線都比較平滑，波動較小，沒有出現(xiàn)跳躍現(xiàn)象，仿真結(jié)果表明尋跡車在坡度為14%的普通路面上爬坡時運行穩(wěn)定。

圖10 尋跡車爬坡及在起伏路面上運動仿真的軌跡曲線

2.2.5 在起伏路面上的運動仿真

方案(5)與方案(4)的連接類型相同。為了模擬尋跡車在復(fù)雜路面上運行的情況，設(shè)計了起伏路面：凹坑深度為50 mm，與車輪半徑相等，凹坑斜面與水平面的夾角為8°；設(shè)計凸起路面的高度為50 mm，凸起斜面與水平面的夾角為10°。仿真設(shè)置與方案(4)相同，仿真結(jié)果表明整個運動過程中無干涉現(xiàn)象，尋跡車在起伏路面上運動仿真的軌跡曲線如圖10所示。從圖10可以看出，尋跡車在行走過程中，無論是過凹坑還是過凸起路面，4個車輪運動的軌跡曲線都比較平滑，波動較小，沒有出現(xiàn)明顯的跳躍現(xiàn)象，仿真結(jié)果表明尋跡車在起伏路面上運行穩(wěn)定。

2.3仿真結(jié)論

從仿真的結(jié)果可以看出，在各種路況中行走時，均無干涉現(xiàn)象，驗證了尋跡車機構(gòu)設(shè)計的合理性。通過觀察尋跡車在各種路況中運動的軌跡曲線，都比較平滑，波動較小，驗證了尋跡車運行的穩(wěn)定性。存在的問題：尋跡車右轉(zhuǎn)彎的速度高于左轉(zhuǎn)彎的速度。

3 尋跡車速度控制策略

在實際測試試驗中，尋跡車左轉(zhuǎn)彎時，驅(qū)動輪在軌道的外側(cè)，轉(zhuǎn)彎半徑大，無論是哪個速度擋位，都能平穩(wěn)地轉(zhuǎn)彎。尋跡車右轉(zhuǎn)彎時，驅(qū)動輪在軌道的內(nèi)側(cè)，轉(zhuǎn)彎半徑小，低速擋能較平穩(wěn)地轉(zhuǎn)彎，中、高速擋不能平穩(wěn)地轉(zhuǎn)彎，尋跡車容易失去控制偏離軌道。為了保證尋跡車轉(zhuǎn)彎時的快速性和平穩(wěn)性，設(shè)計一種速度控制策略：左彎轉(zhuǎn)時驅(qū)動輪按設(shè)定的速度擋位運行，右轉(zhuǎn)彎時驅(qū)動輪按設(shè)定的速度擋位進(jìn)行降速運行，使得右轉(zhuǎn)彎速度與左轉(zhuǎn)彎速度相等。如：在運動仿真過程中，尋跡車低速擋左轉(zhuǎn)時，驅(qū)動輪速度設(shè)置為1 km/h，測量的定向輪速度約為0.57 km/h。尋跡車低速擋右轉(zhuǎn)時，將驅(qū)動輪速度設(shè)置為0.57 km/h，測量的定向輪速度約為1 km/h，這樣就能保證左、右轉(zhuǎn)彎速度相等。通過運動仿真測量的速度數(shù)據(jù)來設(shè)置轉(zhuǎn)彎時驅(qū)動輪速度，驅(qū)動輪速度控制如表1所示。通過控制系統(tǒng)硬、軟件結(jié)合，解決左、右轉(zhuǎn)彎速度不相等的問題。

表1 驅(qū)動輪速度控制表 km/h

圖11 硬件設(shè)計框圖

4 尋跡車控制系統(tǒng)硬、軟件設(shè)計

4.1硬件設(shè)計

硬件設(shè)計包括：控制器、觸摸屏的選擇及相關(guān)電路設(shè)計，尋跡模塊、測速模塊、障礙檢測模塊、轉(zhuǎn)向模塊、驅(qū)動模塊、制動模塊、供電模塊的設(shè)計，自動尋跡車控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計框圖如圖11所示。

自動尋跡車以PLC為控制器，采用觸摸屏操作和顯示監(jiān)控信息。尋跡傳感器獲取軌道信息并送到PLC中，PLC運算后發(fā)出控制信號到驅(qū)動器中，驅(qū)動步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動，步進(jìn)電機通過傳動機構(gòu)帶動轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)向傳感器獲取轉(zhuǎn)向信息，送到PLC中判斷轉(zhuǎn)向輪是否轉(zhuǎn)到預(yù)定位置。與此同時，PLC發(fā)出控制信號到驅(qū)動器中，使驅(qū)動電機通過鏈輪鏈條帶動驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動，測速傳感器獲取驅(qū)動輪速度信息，送到PLC中判斷是否達(dá)到設(shè)定的速度。當(dāng)尋跡車轉(zhuǎn)彎時，轉(zhuǎn)向傳感器首先會判斷轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向，如果是左轉(zhuǎn)，驅(qū)動輪會按照原先設(shè)定的速度擋位行走。如果是右轉(zhuǎn)，驅(qū)動輪會按照表1中的速度行走。

4.2軟件設(shè)計

軟件設(shè)計包括：自動尋跡、自動控制、手動控制、站臺?？?、避障、報警、觸摸屏控制等功能的軟件程序設(shè)計以及通過軟件程序解決尋跡車左、右轉(zhuǎn)彎速度不相等的問題，使得尋跡車運行平穩(wěn)。速度控制流程圖如圖12所示。

圖12 速度控制流程圖

5 樣機試制及試驗測試

圖13 尋跡車樣機

試制的尋跡車樣機如圖13所示。經(jīng)試驗測試，尋跡車在低、中、高速擋左轉(zhuǎn)彎時，運行平穩(wěn)，在低速擋右轉(zhuǎn)彎時，運行比較平穩(wěn)，在中、高速擋右轉(zhuǎn)時，運行不平穩(wěn)，容易失去控制，偏離軌道。將速度控制策略應(yīng)用到尋跡車中，經(jīng)試驗測試，尋跡車在直行、起伏路面、坡道和轉(zhuǎn)彎時，運行平穩(wěn)，彎道上沒有出現(xiàn)誤動作。尋跡車在左、右轉(zhuǎn)彎時，通過光電傳感器測量的驅(qū)動輪和定向輪的速度如表2所示，從表2中數(shù)據(jù)可以看出，左、右轉(zhuǎn)彎的速度基本相等。表2中的試驗測試速度數(shù)據(jù)與表1中的仿真計算速度數(shù)據(jù)基本吻合，驗證了通過運動仿真測量的速度數(shù)據(jù)來設(shè)置轉(zhuǎn)彎時驅(qū)動輪速度的可行性，同時也驗證了仿真的正確性。 兩者速度數(shù)據(jù)存在差異的原因：建立的尋跡車三維模型與實車樣機存在差異；進(jìn)行運動仿真時，車體運動與實車樣機運行存在差異，而且條件比較理想化，考慮的因素較少(如路面的平整度以及摩擦力可能是變化的)，與實際試驗時的條件存在差異；實際試驗時，光電傳感器的安裝誤差以及測量精度等。

表2 驅(qū)動輪、定向輪速度測量表 km/h

6 結(jié)論

設(shè)計了自動尋跡車的機構(gòu)方案及各主要機構(gòu)，建立了尋跡車的三維實體模型及運動仿真模型。進(jìn)行了機構(gòu)運動仿真分析，從仿真的結(jié)果可看出，尋跡車在各種路況中運行平穩(wěn)，無干涉現(xiàn)象，機構(gòu)設(shè)計合理，但發(fā)現(xiàn)了右轉(zhuǎn)彎的速度比左轉(zhuǎn)彎的速度高。實車中、高速試驗時，右轉(zhuǎn)彎易偏離軌道。對此提出了速度控制策略，通過硬、軟件設(shè)計解決了左、右轉(zhuǎn)速度不等的問題。通過樣機試驗表明，尋跡車在直行、起伏路面、坡道和轉(zhuǎn)彎時，運行平穩(wěn)，工作可靠。經(jīng)工程訓(xùn)練中心現(xiàn)代加工車間試用，控制效果良好。

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MechanismDesignandMotionSimulationAnalysisofAuto-track-searchingVehicle

WangXinxin,GaoWenzhong,FengXiao

(School of Mechanical Engineering, Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang 050043, China)

The main mechanism of Auto-track-searching vehicle was designed, using Pro/E software to establish three-dimensional entity model and motion simulation model of various parts as well as the vehicle. The motion simulation analysis was carried out, locus curves of the center position of wheels were generated, and the global collision simulation test of the vehicle was carried out. The results showed that the track vehicle ran smoothly, and there was no interference phenomenon. When the wheels speed were measured, it was found that the track vehicle turn-right speed was higher than turn-left. When real vehicle was tested at medium and high speed, it deviated easily from track when turning right, thus speed control strategy was proposed. The problem was solved through combination of hardware and software, and the prototype experiment showed that track vehicle ran smoothly and reliably in the straight line, over ups and downs, and at ramps and turns.

auto-searching for track vehicle;mechanism design;motion simulation;locus curves;control strategy

H113.2

： A

： 2095-0373(2017)03-0081-08

2016-05-18責(zé)任編輯:車軒玉

10.13319/j.cnki.sjztddxxbzrb.2017.03.16

王信信(1989-), 男,碩士研究生,主要從事機電一體化的研究。E-mail: 799211015@qq.com 王信信，高文中，馮蕭.自動尋跡車機構(gòu)設(shè)計及運動仿真分析[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2017,30(3):81-88.