CN108549391B - Agv小车控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种AGV小车控制系统及方法，系统包括服务器调度程序模块、车载控制器程序模块和动作执行程序模块，方法包括：服务器调度程序模块对AGV小车进行AGVS调度，生成AGVS指令；车载控制器程序模块根据服务器调度程序模块的AGVS调度指令对AGV小车进行运行控制；动作执行程序模块根据运行控制指令控制AGV小车执行相应的动作。本发明能同时对多台AGV小车进行协调调度，调度效率高；采用了基于抛物线的磁导航寻轨算法，需要整定或调试的参数相对较少，易于实现，参数更稳定，还能在matlab中以图形界面的形式进行显示，更加直观，且便于调试不同角度的大拐弯。本发明可广泛应用于物流运输设备控制领域。

Description

AGV小车控制系统及方法
技术领域
本发明涉及物流运输设备控制领域，尤其是一种AGV小车控制系统及方法。
背景技术
随着B2C电商行业的快速发展，物流仓储成为各行业扩张的瓶颈因素。像国内的大型电商无不下重金研发新一代现代化仓库，但是大部分仓储行业的投资资金都花在了整捡、分流等环节中。在最影响仓库效率的零捡工序中，仍然使用人动货不动的传统人力方式，因此具有自由路径引导的AGV小车恰好是解决该问题的有效方法。AGV是无人搬运车(Automated Guided Vehicle)的英文缩写，是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。
AGV小车在工作时需要配合车载控制器和相应的调度服务器才能实现启停、导航、搬运等功能。然而，目前AGV小车的调度服务器大多只能对单台AGV小车进行调度，无法同时对多台AGV小车进行协调调度，调度效率不高。此外，目前AGV小车的车载控制器在通过磁导航的方式寻轨(简称磁导航寻轨)时通常采用PID算法来进行拟合测试，以精确定位出AGV小车的位置偏移和航向，但采用PID算法来进行磁导航寻轨存在以下的缺点：1)需要整定或调试的参数相对较多，不易于实现；2)参数不够稳定，无法在matlab中以图形界面的形式进行显示，不够直观；3)不便于调试不同角度的大拐弯。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种效率高、易于实现、参数稳定、直观和方便的AGV小车控制系统及方法。
本发明所采取的第一技术方案是：
AGV小车控制系统，包括：
服务器调度程序模块，用于对AGV小车进行AGVS调度，所述AGVS调度包括AGV多车协同调度；
车载控制器程序模块，用于根据服务器调度程序模块的AGVS调度指令对AGV小车进行运行控制，所述运行控制包括采用基于抛物线的磁导航寻轨算法来得到磁导航的位置偏移量和舵轮方向速度；
动作执行程序模块，用于根据车载控制器程序模块的运行控制指令控制AGV小车执行相应的动作。
进一步，所述车载控制器程序模块包括：
局域网子程序模块，用于接收服务器调度程序模块的AGVS调度指令，并返回AGV小车动作执行的结果给服务器调度程序模块；
算法控制子程序模块，用于提供AGV小车的控制算法，所述AGV小车的控制算法包括激光导航算法和磁导航寻轨算法；
通讯子程序模块，用于与动作执行程序模块进行通讯，发送运行控制指令给动作执行程序模块，并获取动作执行程序模块返回的传感器信号和舵轮动作信号；
IO控制子程序模块，用于通过IO口发送运行控制指令给动作执行程序模块，以进行声光控制。
进一步，所述动作执行程序模块包括：
传感器信号采集子程序模块，用于根据车载控制器程序模块的运行控制指令进行传感器信号采集；
舵轮驱动器控制子程序模块，用于根据车载控制器程序模块的运行控制指令进行舵轮驱动器控制；
声光控制子程序模块，用于根据车载控制器程序模块的运行控制指令进行声光控制。
进一步，所述算法控制子程序模块中磁导航寻轨算法所采用的磁导航寻轨公式为：
Figure BDA0001674198480000021
其中，y为舵轮驱动器的方向速度，x为磁导航的位置偏移量，a为抛物线的二次项系数，b为抛物线的一次项系数，c为常数项。
进一步，所述声光控制包括闪灯控制和预设音乐播放控制。
本发明所采取的第二技术方案是：
AGV小车控制方法，包括以下步骤：
服务器调度程序模块对AGV小车进行AGVS调度，生成AGVS指令，所述AGVS调度包括AGV多车协同调度；
车载控制器程序模块根据服务器调度程序模块的AGVS调度指令对AGV小车进行运行控制，生成运行控制指令，所述运行控制包括采用基于抛物线的磁导航寻轨算法来得到磁导航的位置偏移量和舵轮方向速度；
动作执行程序模块根据运行控制指令控制AGV小车执行相应的动作。
进一步，所述车载控制器程序模块根据服务器调度程序模块的AGVS调度指令对AGV小车进行运行控制这一步骤，具体包括：
车载控制器程序模块接收AGVS调度指令；
车载控制器程序模块根据AGVS调度指令调用算法控制子程序模块的控制算法对AGV小车进行运行控制，生成运行控制指令，所述算法控制子程序模块的控制算法包括激光导航算法和磁导航寻轨算法；
车载控制器程序模块将运行控制指令发送给动作执行程序模块，并获取动作执行程序模块返回的传感器信号和舵轮动作信号。
进一步，所述动作执行程序模块根据运行控制指令控制AGV小车执行相应的动作这一步骤，具体包括：
动作执行程序模块接收运行控制指令；
动作执行程序模块根据运行控制指令进行传感器信号采集；
动作执行程序模块根据运行控制指令进行舵轮驱动器控制；
动作执行程序模块根据运行控制指令进行声光控制；
动作执行程序模块将舵轮动作信号和采集的传感器信号返回给车载控制器程序模块。
进一步，所述磁导航寻轨算法所采用的磁导航寻轨公式为：
Figure BDA0001674198480000031
其中，y为舵轮驱动器的方向速度，x为磁导航的位置偏移量，a为抛物线的二次项系数，b为抛物线的一次项系数，c为常数项。
进一步，所述声光控制包括闪灯控制和预设音乐播放控制。
本发明的有益效果是：本发明AGV小车控制系统及方法，通过服务器调度程序模块对AGV小车进行的AGVS调度包括AGV多车协同调度，能同时对多台AGV小车进行协调调度，调度效率高；车载控制器程序模块在对AGV小车进行运行控制时采用基于抛物线的磁导航寻轨算法来得到磁导航的位置偏移量和舵轮方向速度，采用了基于抛物线的磁导航寻轨算法来取代PID算法，需要整定或调试的参数相对较少，易于实现，参数更稳定，还能在matlab中以图形界面的形式进行显示，更加直观，且便于调试不同角度的大拐弯。
附图说明
图1为本发明AGV小车控制系统的程序模块框图；
图2为本发明AGV小车控制方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步解释和说明。
参照图1，本发明AGV小车控制系统，包括：
服务器调度程序模块，用于对AGV小车进行AGVS调度，所述AGVS调度包括AGV多车协同调度；
车载控制器程序模块，用于根据服务器调度程序模块的AGVS调度指令对AGV小车进行运行控制，所述运行控制包括采用基于抛物线的磁导航寻轨算法来得到磁导航的位置偏移量和舵轮方向速度；
动作执行程序模块，用于根据车载控制器程序模块的运行控制指令控制AGV小车执行相应的动作，所述AGV小车执行的动作包括传感器信号采集、舵轮驱动器控制和声光控制。
本发明的服务器调度程序模块运行在调度服务器这一AGV上位控制系统上，主要功能是对AGV系统(AGVS)中的多台AGV小车单机进行任务分配，车辆管理，交通管理等。
其中，任务管理类似计算机操作系统的进程管理，它提供程序模块的解释执行环境；提供根据任务优先级和启动时间的调度运行服务；提供对任务的各种操作如启动、停止、取消等。
车辆管理是AGV调度管理的核心，它根据物料搬运任务的请求，分配调度AGV执行任务，根据AGV小车行走时间最短原则，计算AGV小车的最短行走路径，并控制指挥AGV小车的行走过程，及时下达装卸货和充电命令。
交通管理根据AGV小车的物理尺寸大小、运行状态和路径状况，提供AGV小车互相自动避让的措施。
本发明的车载控制器程序模块运行在AGV小车单机控制系统(即每台AGV小车的控制系统)上，其在收到服务器调度程序模块的AGVS调度指令(即AGV上位控制系统的指令)后，再实现单台AGV小车的导航控制、路径选择等控制功能。
导航(Navigation)：单台AGV小车通过自身装备的导航器件(如磁导航传感器等)测量并计算出所在全局坐标中的位置和航向。
路径选择(Searching)：单台AGV小车根据AGV上位控制系统的指令，通过计算，预先选择即将运行的路径，并将结果报送AGV上位控制系统，能否运行由AGV上位控制系统根据其它AGV小车所在的位置统一调配。单台AGV小车行走的路径是根据实际工作条件设计的，它有若干“段”(Segment)组成。每一“段”都指明了该段的起始点、终止点，以及AGV小车在该段的行驶速度和转向等信息。
动作执行程序模块，运行在单台AGV小车的动作执行部件上，用于根据车载控制器程序模块的运行控制指令进行传感器信号采集、舵轮驱动器控制和声光控制等操作。传感器信号包括磁导航传感器信号、UWB位置定位信号等。
参照图1，进一步作为优选的实施方式，所述车载控制器程序模块包括：
局域网子程序模块，用于接收服务器调度程序模块的AGVS调度指令，并返回AGV小车动作执行的结果给服务器调度程序模块；
算法控制子程序模块，用于提供AGV小车的控制算法，所述AGV小车的控制算法包括激光导航算法和磁导航寻轨算法；
通讯子程序模块，用于与动作执行程序模块进行通讯，发送运行控制指令给动作执行程序模块，并获取动作执行程序模块返回的传感器信号和舵轮动作信号；
IO控制子程序模块，用于通过IO口发送运行控制指令给动作执行程序模块，以进行声光控制。
其中，激光导航算法，依据AGV小车车顶的激光头(例如SICK激光传感器)和反光进行定位，其需要在工作场地的四周至少固定好三块使用高反光性材料制作而成的导航标志；将激光扫描器安装在AGV小车上，然后对脉冲激光发射器发射出的并且被四周的导航标志反射回来的激光进行扫描，再利用三角定位原理推算出AGV小车相对导航标志的方位与实际距离，从而计算出AGV车体在世界坐标系之中的坐标，进而实现对AGV小车的导引。激光导航算法的定位较精准，但成本也较高。
磁导航寻轨算法，配合磁导航传感器采用抛物线的拟合测试方法来得到磁导航的位置偏移量和舵轮方向速度，进而使得在AGV小车进行自助寻轨行走。
参照图1，进一步作为优选的实施方式，所述动作执行程序模块包括：
传感器信号采集子程序模块，用于根据车载控制器程序模块的运行控制指令进行传感器信号采集；
舵轮驱动器控制子程序模块，用于根据车载控制器程序模块的运行控制指令进行舵轮驱动器控制；
声光控制子程序模块，用于根据车载控制器程序模块的运行控制指令进行声光控制。
参照图1，进一步作为优选的实施方式，所述算法控制子程序模块中磁导航寻轨算法所采用的磁导航寻轨公式为：
Figure BDA0001674198480000051
其中，y为舵轮驱动器的方向速度，x为磁导航的位置偏移量，a为抛物线的二次项系数，b为抛物线的一次项系数，c为常数项。
在上述公式中，a的正负表示抛物线的开口方向，正表示向上，负表示向下，a的大小反应抛物线的开口大小，a绝对值越大开口越小抛物线越陡，a绝对值越小开口越大，抛物线越平缓。
b的值越大，抛物线越陡，反之则越平。b的调整幅度相对于a值较小。
优选地，本发明的磁导航传感器输出的值为-60到+60的位置偏移量，例如磁导航传感器输出0，则表示此时磁导航在磁条的正中间；磁导航传感器输出-30，则表示此时磁导航在磁条的左边-30的位置，越左，值越小；磁导航传感器输出30，则表示此时磁导航在磁条的右边30的位置，越右，值越大。
而舵轮的方向控制是通过舵轮驱动器的CANBUS发送转向值来控制的。该转向值由0作为分界线，当转向值为正值时，舵轮往左转，转向值的绝对值，左转的速度越大；当转向值为负值时，舵轮往右转，转向值的绝对值，右转的速度越大。磁导航的位置越远离中心，右转或左转的速度越大。
本实施例的磁导航寻轨算法适用于将磁导航和舵轮驱动器结合起来使用的情况，具有以下的优点：
1.只需调a、b和c三个参数，调试周期快；
2.通俗易懂，易于变形；
3.相对于PID算法，可用matlab显示图形界面，直观，参数更稳定；
4.方便调试各种角度的大拐弯。
进一步作为优选的实施方式，所述声光控制包括闪灯控制和预设音乐播放控制。
参照图2，本发明AGV小车控制方法，包括以下步骤：
服务器调度程序模块对AGV小车进行AGVS调度，生成AGVS指令，所述AGVS调度包括AGV多车协同调度；
车载控制器程序模块根据服务器调度程序模块的AGVS调度指令对AGV小车进行运行控制，生成运行控制指令，所述运行控制包括采用基于抛物线的磁导航寻轨算法来得到磁导航的位置偏移量和舵轮方向速度；
动作执行程序模块根据运行控制指令控制AGV小车执行相应的动作，所述AGV小车执行的动作包括传感器信号采集、舵轮驱动器控制和声光控制。
进一步作为优选的实施方式，所述车载控制器程序模块根据服务器调度程序模块的AGVS调度指令对AGV小车进行运行控制这一步骤，具体包括：
车载控制器程序模块接收AGVS调度指令；
车载控制器程序模块根据AGVS调度指令调用算法控制子程序模块的控制算法对AGV小车进行运行控制，生成运行控制指令，所述算法控制子程序模块的控制算法包括激光导航算法和磁导航寻轨算法；
车载控制器程序模块将运行控制指令发送给动作执行程序模块，并获取动作执行程序模块返回的传感器信号和舵轮动作信号。
进一步作为优选的实施方式，所述动作执行程序模块根据运行控制指令控制AGV小车执行相应的动作这一步骤，具体包括：
动作执行程序模块接收运行控制指令；
动作执行程序模块根据运行控制指令进行传感器信号采集；
动作执行程序模块根据运行控制指令进行舵轮驱动器控制；
动作执行程序模块根据运行控制指令进行声光控制；
动作执行程序模块将舵轮动作信号和采集的传感器信号返回给车载控制器程序模块。
进一步作为优选的实施方式，所述磁导航寻轨算法所采用的磁导航寻轨公式为：
Figure BDA0001674198480000071
其中，y为舵轮驱动器的方向速度，x为磁导航的位置偏移量，a为抛物线的二次项系数，b为抛物线的一次项系数，c为常数项。
进一步作为优选的实施方式，所述声光控制包括闪灯控制和预设音乐播放控制。
综上所述，本发明AGV小车控制系统及方法，通过服务器调度程序模块对AGV小车进行的AGVS调度包括AGV多车协同调度，能同时对多台AGV小车进行协调调度，调度效率高；车载控制器程序模块在对AGV小车进行运行控制时采用基于抛物线的磁导航寻轨算法来得到磁导航的位置偏移量和舵轮方向速度，采用了基于抛物线的磁导航寻轨算法来取代PID算法，需要整定或调试的参数相对较少，易于实现，参数更稳定，还能在matlab中以图形界面的形式进行显示，更加直观，且便于调试不同角度的大拐弯。本发明的方案在物流运输设备控制领域具有较广阔的市场应用前景。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.AGV小车控制系统，其特征在于：包括：
服务器调度程序模块，用于对AGV小车进行AGVS调度，所述AGVS调度包括AGV多车协同调度；
车载控制器程序模块，用于根据服务器调度程序模块的AGVS调度指令对AGV小车进行运行控制，所述运行控制包括采用基于抛物线的磁导航寻轨算法来得到磁导航的位置偏移量和舵轮方向速度；
动作执行程序模块，用于根据车载控制器程序模块的运行控制指令控制AGV小车执行相应的动作；
所述磁导航寻轨算法所采用的磁导航寻轨公式为：
Figure FDA0003117911670000011
其中，y为舵轮驱动器的方向速度，x为磁导航的位置偏移量，a为抛物线的二次项系数，b为抛物线的一次项系数，c为常数项；
其中，舵轮驱动器用于驱动舵轮，舵轮的控制是通过舵轮驱动器的CANBUS发送的转向值来控制的。
2.根据权利要求1所述的AGV小车控制系统，其特征在于：所述车载控制器程序模块包括：
局域网子程序模块，用于接收服务器调度程序模块的AGVS调度指令，并返回AGV小车动作执行的结果给服务器调度程序模块；
算法控制子程序模块，用于提供AGV小车的控制算法，所述AGV小车的控制算法包括激光导航算法和磁导航寻轨算法；
通讯子程序模块，用于与动作执行程序模块进行通讯，发送运行控制指令给动作执行程序模块，并获取动作执行程序模块返回的传感器信号和舵轮动作信号；
IO控制子程序模块，用于通过IO口发送运行控制指令给动作执行程序模块，以进行声光控制。
3.根据权利要求1所述的AGV小车控制系统，其特征在于：所述动作执行程序模块包括：
传感器信号采集子程序模块，用于根据车载控制器程序模块的运行控制指令进行传感器信号采集；
舵轮驱动器控制子程序模块，用于根据车载控制器程序模块的运行控制指令进行舵轮驱动器控制；
声光控制子程序模块，用于根据车载控制器程序模块的运行控制指令进行声光控制。
4.根据权利要求3所述的AGV小车控制系统，其特征在于：所述声光控制包括闪灯控制和预设音乐播放控制。
5.AGV小车控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
服务器调度程序模块对AGV小车进行AGVS调度，生成AGVS指令，所述AGVS调度包括AGV多车协同调度；
车载控制器程序模块根据服务器调度程序模块的AGVS调度指令对AGV小车进行运行控制，生成运行控制指令，所述运行控制包括采用基于抛物线的磁导航寻轨算法来得到磁导航的位置偏移量和舵轮方向速度；
动作执行程序模块根据运行控制指令控制AGV小车执行相应的动作；
所述磁导航寻轨算法所采用的磁导航寻轨公式为：
Figure FDA0003117911670000021
其中，y为舵轮驱动器的方向速度，x为磁导航的位置偏移量，a为抛物线的二次项系数，b为抛物线的一次项系数，c为常数项；
其中，舵轮驱动器用于驱动舵轮，舵轮的控制是通过舵轮驱动器的CANBUS发送的转向值来控制的。
6.根据权利要求5所述的AGV小车控制方法，其特征在于：所述车载控制器程序模块根据服务器调度程序模块的AGVS调度指令对AGV小车进行运行控制这一步骤，具体包括：
车载控制器程序模块接收AGVS调度指令；
车载控制器程序模块根据AGVS调度指令调用算法控制子程序模块的控制算法对AGV小车进行运行控制，生成运行控制指令，所述算法控制子程序模块的控制算法包括激光导航算法和磁导航寻轨算法；
车载控制器程序模块将运行控制指令发送给动作执行程序模块，并获取动作执行程序模块返回的传感器信号和舵轮动作信号。
7.根据权利要求5所述的AGV小车控制方法，其特征在于：所述动作执行程序模块根据运行控制指令控制AGV小车执行相应的动作这一步骤，具体包括：
动作执行程序模块接收运行控制指令；
动作执行程序模块根据运行控制指令进行传感器信号采集；
动作执行程序模块根据运行控制指令进行舵轮驱动器控制；
动作执行程序模块根据运行控制指令进行声光控制；
动作执行程序模块将舵轮动作信号和采集的传感器信号返回给车载控制器程序模块。
8.根据权利要求7所述的AGV小车控制方法，其特征在于：所述声光控制包括闪灯控制和预设音乐播放控制。
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