CN109144071B - 一种狭窄车道内agv行车控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种狭窄车道内AGV行车控制方法，狭窄车道的一侧安装有反光板，该方法包括：判断前端和后端激光器中是否一个激光器发射的光束照射至反光板，如果是，采集经反光板反射的由一个激光器接收的第一数据，根据第一数据以第一控制模式控制靠近一个激光器的一组车轮组的运动状态且以第二控制模式控制另一组车轮组的运动状态；如果否，判断前端和后端激光器发射的光束是否均照射至反光板，如果是，采集经反光板反射的由一个激光器接收的第二数据和由另一个激光器接收的第三数据，根据第二数据以第三控制模式控制一组车轮组的运动状态，且根据第三数据以第四控制模式控制另一组车轮组的运动状态。用于提高AGV在狭窄车道内的自动行驶精度。
Description
技术领域
本发明属于港口机械设备技术领域，具体涉及一种狭窄车道内AGV行车控制方法。
背景技术
AGV（Automated Guided Vehicle，自动导引运输车）是自动化码头的专用运输设备，包括前车桥和后车桥，前车桥的前车轮组同轴且与AGV车体平行布置，转动方向始终一致，且后车桥的后车轮组同轴且与AGV车体平行布置，转动方向始终一致；前车轮组和后车轮组可分别做转向动作，实现车体前部和后部的转向，通过对前车轮组和后车轮组转向角度的合理控制，实现AGV的转弯行驶控制和直线行驶纠偏控制。现有技术中，导航控制单元是AGV的运动控制单元，自动化码头的AGV导航控制方式采用惯性导航跟绝对位置校正的方式，惯性导航是一种相对定位法，在车上安装惯性测量单元、转向编码器、轮速编码器等精确获取AGV的运动方向和速度，当起点位置坐标已知时，由传感器数据计算出小车的位置，该系统具有简单灵活、便宜且实时性好等特点，缺点在于由于各种原因形成误差累积，长时间运行可导致精度完全丧失；绝对位置校正使用天线-磁钉的绝对位姿测量单元对AGV在堆场中的位姿校正，在AGV的运行场地中每隔2m预埋磁钉，每个磁钉均记录其在堆场坐标系中的绝对坐标，对应地，在AGV车身底盘的前部和后部对称地装有一对检测天线，使用RF射频识别技术天线扫描预埋磁钉并在覆盖磁钉时可以读出磁钉在堆场中的绝对位置，进而得到AGV当前的绝对位置；依照惯性导航跟绝对位置校正的方式，AGV正常行驶时每间隔2m获取到绝对位置数据时进行一次车轮方向调整，两个预埋磁钉之间的2m距离依靠惯性导航行驶，AGV直线行驶时，其前后方向行驶定位精度可达±2cm，其左右方向行驶定位精度只能到达±150mm；且因交互场地利用率问题，有时设计车道最大宽度为3300mm,而AGV车身宽度一般设计为约3000mm,因此AGV车身左右两侧各有约150mm的多余宽度可供行驶，因此单独使用天线-磁钉的绝对位姿测量单元难以满足狭窄车道内的AGV左右行车安全性能要求，可能造成严重的刮碰事故，给码头带来经济损失。因此，本发明提出一种在狭窄车道内AGV的行车控制方法，用于提高AGV左右方向上的自动行驶精度。
发明内容
本发明提供的一种狭窄车道内AGV行车控制方法，其目的在于，提高AGV在狭窄车道内左右方向上的行驶精度，降低AGV狭窄车道内的刮碰概率，确保AGV行车安全。
为了解决上述技术问题，本发明提出如下技术方案予以解决：
一种狭窄车道内AGV行车控制方法，所述AGV的车头前端的中心位置处安装有前端激光器且车尾后端的中心位置处安装有后端激光器，其特征在于，在所述狭窄车道的一侧上安装有反光板，所述车道长度C和所述AGV车身长度H均小于反光板长度R，所述方法包括如下步骤：判断所述前端激光器和后端激光器中是否存在一个激光器发射的光束照射至反光板；如果是，执行如下步骤：采集经反光板反射的由所述一个激光器接收的第一数据；根据第一数据以第一控制模式控制靠近所述一个激光器的一组车轮组的运动状态，且以第二控制模式控制不同于所述一组车轮组的另一组车轮组的运动状态；如果否，判断所述前端激光器和后端激光器发射的光束是否均照射至反光板；如果是，执行如下步骤：获取经反光板反射的由所述一个激光器接收的第二数据，并采集经反光板反射的由所述前端激光器和后端激光器中另一个激光器接收的第三数据；根据第二数据以第三控制模式控制所述一组车轮组的运动状态，且根据第三数据以第四控制模式控制所述另一组车轮组的运动状态。
进一步地，所述控制方法还包括建立激光器坐标系的步骤：建立以所述一个激光器的发射中心点为原点、以0°光束的方向为x轴且以车体纵向中心线为y轴的坐标系，其中所述第一控制模式包括如下步骤：获取所述一个激光器发射的0°光束的从原点到所述反光板的距离S1；当第一预设值＜S1＜第二预设值时，控制所述一组车轮组远离反光板移动，当第三预设值＜S1＜第四预设值时，控制所述一组车轮组靠近反光板移动，当S1≤第一预设值或S1≥第四预设值时，控制AGV停车；其中第三控制模式与所述第一控制模式相同；
所述第二控制模式包括如下步骤：获取0°光束照射在反光板上的点A的横坐标x1；获取所述一个激光器的某个角度发射的光束照射在反光板上的点B的横坐标x2；计算x1与x2的差值Δd1；当Δd1为正值且第一阈值＜Δd1＜第二阈值时，控制所述另一组车轮组靠近反光板移动，当Δd1为负值且第二阈值的相反数＜Δd1＜第一阈值的相反数时，控制另一组车轮组远离反光板移动，当Δd1为正值且Δd1≥第二阈值时控制AGV停车或当Δd1为负值且Δd1≤第二阈值的相反数时控制AGV停车；
第四控制模式包括如下步骤：获取所述另一个激光器发射的180°光束的从发射中心点至所述反光板的距离S2；当第一预设值＜S2＜第二预设值时，控制所述另一组车轮组远离反光板移动，当第三预设值＜S2＜第四预设值时，控制所述另一组车轮组靠近反光板移动，当S2≤第一预设值或S2≥第四预设值时，控制AGV停车。
进一步地，判断所述前端激光器和后端激光器中是否存在一个激光器发射的光束照射至反光板，包括判断所述车头或车尾进入狭窄车道的步骤。
进一步地，所述AGV车身长度H为15m，且反光板长度R为20m。
进一步地，所述第一预设值为1590mm，第二预设值为1630mm，第三预设值为1670mm，第四预设值为1710mm，第一阈值为5mm，以及第二阈值为20mm。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果是：AGV的车头前端的中心位置处安装有前端激光器且车尾后端的中心位置处安装有后端激光器，并在车道的一侧安装有反光板，通过实时接收前端激光器和/或后端激光器反馈的经过反光板反射的数据，实时控制调整前车轮组和/或后车轮组的车轮角度，实现对AGV的实时左右两侧纠偏，并且设置的前端激光器和后端激光器可实现车头前方和车尾后方安全距离内是否存在障碍物的检测，以提高AGV在狭窄车道内的自动行驶精度和安全性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简要介绍，显而易见地，下面描述的附图是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明狭窄车道内AGV行车控制方法实施例的流程图；
图2为本发明狭窄车道内AGV行车控制方法实施例中AGV在狭窄车道内向左侧倾斜的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了提高AGV 1左右两侧上的自动行驶精度，如图1所示，本实施例涉及一种狭窄车道2内AGV 1行车控制方法，AGV 1的车头F前端的中心位置处安装有前端激光器且车尾R后端的中心位置处安装有后端激光器，在狭窄车道2的一侧上安装有反光板3，狭窄车道2的长度C和所述AGV车身长度H均小于反光板长度R，该方法包括如下步骤：判断前端激光器和后端激光器中是否存在一个激光器发射的光束照射至反光板3，如果是，执行以下步骤：采集经反光板3反射的由一个激光器接收的第一数据；根据第一数据以第一控制模式控制靠近一个激光器的一组车轮组的运动状态，且以第二控制模式控制不同于一组车轮组的另一组车轮组的运动状态；如果否，判断前端激光器和后端激光器发射的光束是否均照射至反光板3，如果是，执行以下步骤：采集经反光板3反射的由一个激光器接收的第二数据，并采集经反光板3反射的由前端激光器和后端激光器中另一个激光器接收的第三数据；根据第二数据以第三控制模式控制一组车轮组的运动状态，且根据第三数据以第四控制模式控制另一组车轮组的运动状态。
具体地，在本实施例中，AGV 1从狭窄车道2的同一端口驶入或驶出，其中该车道端口称为出入口，因此存在AGV 1车头F先进入狭窄车道2或车尾R先进入狭窄车道2的情况；并且为了全面覆盖在车道2内对AGV 1的纠偏，反光板长度R长于或等于车道长度C，且车身长度H小于反光板长度R，在本实施例中反光板长度R=20m，车身长度H=15m，且反光板3的一端在出入口处伸出车道2一段距离。
为了便于描述，如下仅以描述AGV 1车头F进入车道2的控制方式为例，AGV 1在经过反光板3时存在如下控制方式：第一种：当车头F从反光板3的一端开始进入车道2，首先前端激光传感器发射的光束会照射至反光板3上，此时由于车尾R还未经过反光板3，因此前端激光传感器接收到第一数据而后端激光传感器接收不到由反光板3反射的数据，此时对AGV1前车轮组的纠偏控制根据第一数据通过第一控制模式实现，且后车轮组的纠偏控制根据第一数据通过第二控制模式实现；第二种：当AGV 1完全进入车道2，即前端激光器和后端激光器发射的光束均可以照射至反光板3上时，前端激光器接收到第二数据且后端激光器接收到第三数据，此时前车轮组的纠偏控制根据第二数据通过第三控制模式实现，而后车轮组的纠偏控制根据第三数据通过第四控制模式实现。如下分别介绍第一控制模式、第二控制模式、第三控制模式和第四控制模式。为描述方便，首先建立激光器坐标系：例如车头F首先从反光板3的一段开始进入车道2，以前端激光器的发射中心点为原点、以发射的0°光束的方向为x轴、以AGV 1车体纵向中心线为y轴，其中y轴正方向为AGV 1前进方向，通过判断AGV 1与反光板3之间的倾斜情况及时对AGV 1进行纠偏。为了保证AGV 1在车道2内正常行驶，车身左右两侧相对于车道2两侧对应保留有一定距离D1=D2，在本实施例中，车身宽度W=3000mm，且D1=D2=150mm，为了如下便于说明，设置反光板3的车道2的一侧称为左侧。
第一控制模式
获取前端激光器发射的0°光束的从原点至反光板3的距离S1，根据W=3000mm和D1=D2=150mm，当AGV 1的车体纵向中心线与车道2的纵向中心线重合时S1等于1650mm，因此，在本实施例中，设定如下阈值进行前车轮组纠偏控制，当1590mm＜S1＜1630mm，表示前车轮组偏向左侧行驶的趋势，AGV 1主控器通过控制液压转向系统控制前车轮组以2°-3°的小角度向右侧纠偏行驶，在1670mm＜S1＜1710mm时，表示前车轮组有偏向右侧行驶的趋势，主控器控制前车轮组向左侧纠偏行驶，当S1≤1590mm或S1≥1710mm时，控制AGV 1停车，在1630mm≤S1≤1670mm，不对AGV 1前车轮组纠偏。
第二控制模式
基于两点确定一条直线的定理，根据反光板3所在直线在激光器坐标系下的斜率计算出车尾R距离反光板3的距离，从而根据前端激光器反馈的数据调整后车轮组的纠偏行驶，如图2所示，以车头F向左侧倾斜说明为例，前端激光器发射的0°光束照射在反光板3上的点a（x1，0），即x1为0°光束的从原点到反光板3的距离，获取前端激光器发射某个角度例如71.5°光束照射至反光板3上的点b（x2，y2），在本实施例中，直线ab在激光器坐标系中的斜率与反光板3在激光器坐标系中的斜率相同，计算
，当
接近无穷大时，表示AGV 1车身与反光板3平行，此时不用调整后车轮组，当
为越小正值时，表示车尾R越靠近反光板3，此时控制后车轮组远离反光板3移动，当
为越大负值时，表示车尾R越远离反光板3，此时控制后车轮组靠近反光板3移动，因此，通过直线ab的延长线与车尾R左侧边缘的距离模拟出车尾R与反光板3的距离，实现后车轮组的纠偏控制。如图2所示，在本实施例中前端激光器发射例如71.5°光束照射至反光板3上形成点b（x2，y2），其中y2为71.5°光束的从原点至反光板3的距离，以点b向x轴作垂线且与x轴交点为点e（x2，0），在激光器坐标系中，
=71.5°光束、x轴和线段be形成的直角三角形boe，根据余弦定理，可以得到x2的值，计算得到x1与x2的差值Δd1，在Δd1为负值时表示车尾R靠近反光板3，而在Δd1为正时时表示车尾R远离反光板3，当Δd1为正值且5mm＜Δd1＜20mm时，主控器通过液压转向系统控制后车轮组以2°-3°的小角度向左侧纠偏行驶，当Δd1为负值且-20mm＜Δd1＜-5mm时，控制后车轮组以2°-3°的小角度向右侧纠偏行驶，当Δd1为正值且Δd1≥20mm或当Δd1为负值且Δd2≤-20mm，控制AGV 1停车，当-5mm≤Δd1≤5mm时，不对后车轮组进行纠偏操作，此时将车尾R左侧与反光板3的行驶偏移距离D控制为D≤60.73mm。在本实施例中，为了便于计算以说明本文中如上所述的行车控制方法的行驶精度，选择前端激光器从发射中心点发射的71.5°的光束，并从a点作x轴垂线与
=71.5°光束ob的交点为点f，在三角形aof中，假设S1（即oa的线段长度）≈1650mm（例如误差可以为±3mm），此时af≈tan71.5°*1650mm≈4931.33mm，为了方便后续计算，记af=l1+l2=5000mm，行驶偏移距离D与最大差值Δd1=x1-x2=20mm的计算关系根据图2推导如下：在直角三角形bgf中，记线段fg的长度为l1,
得出
又由于
所以得到
由直角三角形bag和直角三角形hai相似可知，
得到
因此车尾R左侧距离反光板3的纠偏范围符合上述设定精度，在此精度下，
得到
，可知车体纵向中心线与反光板3最大夹角可以有效控制在0.232°以内。
第三控制模式
获取前端激光器发射的0°光束的从原点至反光板3的距离S1，在本实施例中，设定当1590mm＜S1＜1630mm，表示前车轮组偏向左侧行驶的趋势，AGV 1主控器通过控制液压转向系统控制前车轮组以2°-3°的小角度向右侧纠偏行驶，在1670mm＜S1＜1710mm时，表示前车轮组有偏向右侧行驶的趋势，主控器控制前车轮组向左侧纠偏行驶，当S1≤1590mm或S1≥1710mm时，控制AGV 1停车，在1630mm≤S1≤1670mm，不对AGV 1前车轮组纠偏。
第四控制模式
获取后端激光器发射的180°光束的从后端激光器的发射中心点至反光板3的距离S2，在本实施例中，设定当1590mm＜S2＜1630mm，表示后车轮组偏向左侧行驶的趋势，AGV 1主控器通过控制液压转向系统控制后车轮组以2°-3°的小角度向右侧纠偏行驶，在1670mm＜S2＜1710mm时，表示后车轮组有偏向右侧行驶的趋势，主控器控制后车轮组向左侧纠偏行驶，当S2≤1590mm或S2≥1710mm时，控制AGV 1停车，在1630mm≤S2≤1670mm，不对AGV 1后车轮组纠偏。
由于存在AGV 1车头F或车尾R进入出入口的情况，当车尾R开始进入出入口时，首先获取后端激光器的0°光束的从后端激光器的发射中心点至反光板3的距离控制后车轮组，此时建立后端激光器坐标系：以后端激光器的发射中心点为原点、以发射的0°光束的方向为x轴、以AGV 1车体纵向中心线为y轴，其中y轴正方向为AGV 1前进方向 ，根据后端激光器的0°光束与反光板3的交点的横坐标和71.5°光束与反光板3的交点的横坐标之间的差值控制前车轮组，以及在前端激光器发射的光束也照射至反光板3上时，依然使用后端激光器的0°光束从后端激光器的发射中心点到反光板3的距离控制后车轮组，而使用前端激光器的180°光束从前端激光器的发射中心点到反光板3的距离控制前车轮组。
当AGV 1驶入车道2后驶出车道2时，假设驶入的时候是车头F先进入出入口的，在AGV 1驶出时，首先根据前端激光器的0°光束的从前端激光器的发射中心点到反光板3的距离控制前车轮组，并根据后端激光器的180°光束的从后端激光器的发射中心点到反光板3的距离控制后车轮组，以及在前端激光器发射的光束未照射至反光板3上时，依然根据后端激光器的180°光束的从后端激光器的发射中心点到反光板3的距离控制后车轮组，且根据后端激光器的180°光束与反光板3的交点的横坐标和71.5°光束与反光板3的交点的横坐标之间的差值控制前车轮组。当AGV 1驶入车道2后驶出车道2时，假设驶入的时候是车尾R先进入出入口的，在AGV 1驶出时，控制方式如上所述类似，在此不做赘述。
此外，前端激光传感器和后端激光传感器也用于检测车头F前方或车尾R后方在安全距离内是否存在障碍物，具体地，各激光传感器为Sick LMS 511，其均发射辐射角为180度的二维扇形平面激光束，其安装高度控制其中心点距离地面约90cm，用于探测AGV车体前进方向和后退方向是否存在障碍物。在本实施例中，可以设定激光安全距离例如为10m，采集例如10m内的距离前端或后端激光传感器的每条光束所测得的距离数据，在距离相同或相近的点形成的宽度在车身宽度范围（例如3m）内超过30mm时，表示AGV 1前进方向或后退方向上存在障碍物，主控器可触发AGV 1紧急停车，以此形成AGV 1前进和后退方向上的防撞保护。
本发明提供的狭窄车道内AGV行车控制方法，AGV 1的车头F前端的中心位置处安装有前端激光器且车尾R后端的中心位置处安装有后端激光器，并在车道2的一侧安装有反光板3，通过实时接收前端激光器和/或后端激光器反馈的经过反光板2反射的数据，实时控制调整前车轮组和/或后车轮组的车轮角度，实现对AGV 1的实时左右两侧约60mm的行驶精度，高于现有技术中依靠天线-磁钉实现的左右两侧约150mmn的行驶精度，保证AGV 1在左右两侧方向上的精确控制，确保AGV 1行车安全，并且设置的前端激光器和后端激光器可实现车头F前方和车尾R后方安全距离内是否存在障碍物的检测，保证AGV 1在前后方向上的保护，提高AGV 1狭窄车道2内自动行驶安全。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种狭窄车道内AGV行车控制方法，所述AGV的车头前端的中心位置处安装有前端激光器且车尾后端的中心位置处安装有后端激光器，其特征在于，在所述狭窄车道的一侧上安装有反光板，所述车道长度C和所述AGV车身长度H均小于反光板长度R，所述方法包括如下步骤：
判断所述前端激光器和后端激光器中是否存在一个激光器发射的光束照射至反光板，如果是，执行如下步骤：
采集经所述反光板反射的由所述一个激光器接收的第一数据；
根据所述第一数据以第一控制模式控制靠近所述一个激光器的一组车轮组的运动状态，且以第二控制模式控制不同于所述一组车轮组的另一组车轮组的运动状态；
如果否，判断所述前端激光器和后端激光器发射的光束是否均照射至所述反光板；如果是，执行如下步骤：
采集经所述反光板反射的由所述一个激光器接收的第二数据，并采集经反光板反射的由所述前端激光器和后端激光器中另一个激光器接收的第三数据；
根据所述第二数据以第三控制模式控制所述一组车轮组的运动状态，且根据第三数据以第四控制模式控制所述另一组车轮组的运动状态；
建立激光器坐标系的步骤：建立以所述一个激光器的发射中心点为原点、以0°光束的方向为x轴且以车体纵向中心线为y轴的坐标系；
所述第一控制模式包括如下步骤：获取所述一个激光器发射的0°光束的从所述原点至所述反光板的距离S1；当第一预设值＜S1＜第二预设值时，控制所述一组车轮组远离所述反光板移动，当第三预设值＜S1＜第四预设值时，控制所述一组车轮组靠近所述反光板移动，当S1≤第一预设值或S1≥第四预设值时，控制AGV停车；其中第三控制模式与所述第一控制模式相同；
所述第二控制模式包括如下步骤：获取0°光束照射在所述反光板上的点a的横坐标x1；获取所述一个激光器的某个角度发射的光束照射在所述反光板上的点b的横坐标x2；计算x1与x2的差值Δd1；当Δd1为正值且第一阈值＜Δd1＜第二阈值时，控制所述另一组车轮组靠近所述反光板移动，当Δd1为负值且第二阈值的相反数＜Δd1＜第一阈值的相反数时，控制所述另一组车轮组远离所述反光板移动，当Δd1为正值且Δd1≥第二阈值时控制AGV停车或当Δd1为负值且Δd1≤第二阈值的相反数时控制AGV停车；
第四控制模式包括如下步骤：获取所述另一个激光器发射的180°光束的从发射中心点至所述反光板的距离S2；当第一预设值＜S2＜第二预设值时，控制所述另一组车轮组远离所述反光板移动，当第三预设值＜S2＜第四预设值时，控制所述另一组车轮组靠近所述反光板移动，当S2≤第一预设值或S2≥第四预设值时，控制AGV停车。
2.根据权利要求1所述的狭窄车道内AGV行车控制方法，其特征在于，判断所述前端激光器和后端激光器中是否存在一个激光器发射的光束照射至所述反光板，包括：判断所述车头或车尾首先进入所述狭窄车道的步骤。
3.根据权利要求1所述的狭窄车道内AGV行车控制方法，其特征在于，所述AGV车身长度H为15m，且反光板长度R为20m。
4.根据权利要求3所述的狭窄车道内AGV行车控制方法，其特征在于，所述第一预设值为1590mm，第二预设值为1630mm，第三预设值为1670mm，第四预设值为1710mm，第一阈值为5mm，以及第二阈值为20mm。
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