CN109144078A - 一种基于二维码导航共线双舵轮agv路线纠偏方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于二维码导航共线双舵轮AGV路线纠偏方法，包括：S01、在AGV小车的前后两个舵轮以相同速度反方向打舵时，此时AGV小车做旋转运动；AGV小车实时扫描预定路线上的二维码，获取AGV小车的偏角，在旋转运动的过程中对偏角进行纠正，并得到AGV小车的第一偏移量；S02、在前后两个舵轮以相同速度同方向打舵时，AGV小车进行侧移运动，得到AGV小车的第二偏移量；在侧移的过程中对第一偏移量和第二偏移量进行纠正。本发明还对应公开了一种与上述纠偏方法相对应的系统。本发明的基于二维码导航共线双舵轮AGV路线纠偏方法及系统均具有纠偏精度高且提高运行可靠性等优点。

Description

一种基于二维码导航共线双舵轮AGV路线纠偏方法及系统

技术领域

本发明主要涉及食品、医药包装技术领域，特指一种基于二维码导航共线双舵轮AGV路线纠偏方法及系统。

背景技术

目前AGV(Automated Guided Vehicle)系统已经广泛应用于工业物料柔性搬运系统中，AGV的驱动方式一般分为三种：单驱动、差速驱动、双驱动和舵轮驱动。各种驱动方式驱动轮分布各不相同。导航方式主要包括电磁导航、磁带导航、激光导航、二维码导航，其中前三种方式导航数据为持续连贯的，二维码导航数据是不连续的，一般而言二维码导航需要与第二种导航方式进行融合补偿，而采用惯性导航来补偿二维码导航是较为常见的方式，这样通过二维码数据反应AGV小车在大地坐标系中的位置点，通过惯性导航反应AGV小车车身姿态，同时二维码可对AGV小车姿态纠正参考以消除惯性导航的累计误差。对于连续性导航数据而言，小车姿态纠正简单传统的方式是采用PID调整，即以导航传感器检测的车身姿态数据为反馈值，通过PID调节输出相应舵角调整小车姿态。而二维码加惯性导航这种非连续性导航数据的导航方式，需在两个二维码之间对小车自身姿态进行纠正，使其保持在预定线路上运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种精度高、提高AGV小车运行稳定性的基于二维码导航共线双舵轮AGV路线纠偏方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于二维码导航共线双舵轮AGV路线纠偏方法，包括以下步骤：

S01、在AGV小车的前后两个舵轮以相同速度反方向打舵时，此时AGV小车做旋转运动；AGV小车实时扫描预定路线上的二维码，获取AGV小车的偏角，在旋转运动的过程中对偏角进行纠正，并得到AGV小车的第一偏移量；

S02、在前后两个舵轮以相同速度同方向打舵时，AGV小车进行侧移运动，得到AGV小车的第二偏移量；在侧移的过程中对第一偏移量和第二偏移量进行纠正。

优选地，所述步骤S01中偏角的具体获取过程为：

S11、获取前舵轮的速度ν_f和舵角θ_t，得到前舵轮沿垂直于中心轴线的分速度ν_fe；

S12、根据ν_fe、前后舵轮之间的中心距离L_a，得到AGV小车的旋转转速ω_m；从而得到一个扫描周期Δt内的偏角为α＝ω_mΔt。

优选地，在步骤S11中，ν_f通过AGV小车的行走电机编码器获取；θ_t通过AGV小车的打舵电机编码器获取。

优选地，第一偏移量的获取过程为：

S101、根据前舵轮的速度ν_f和舵角θ_t，得到前舵轮沿中心轴线的分速度ν_fa，；

S102、AGV小车沿中心轴线的速度ν_m＝ν_fa，并根据实时偏角α_t分解出ν_m的横移速度ν_mx，从而得到一个扫描周期Δt内的第一偏移量S_mx1＝v_mxΔt。

优选地，在步骤S01中，对AGV小车的偏角进行纠正的过程中，实时检测车身的相对变化角度进行闭环控制以调整AGV小车的旋转转速ω_m。

优选地，通过调整行走轮和舵轮运行参数以调整AGV小车的旋转转速ω_m。

优选地，通过AGV小车上的惯性导航传感器实时检测车身的相对变化角度。

优选地，步骤S02的具体过程为：

S21、获取前舵轮的速度ν_f和舵角θ_t，得到AGV小车侧移速度ν_m＝ν_f；

S22、分解出ν_m的横移速度ν_mx，从而得到一个扫描周期Δt内的第二偏移量S_mx2＝v_mxΔt。

本发明还进一步公开了一种基于二维码导航共线双舵轮AGV路线纠偏系统，包括

第一模块，用于在AGV小车的前后两个舵轮以相同速度反方向打舵时，此时AGV小车做旋转运动；AGV小车实时扫描预定路线上的二维码，获取AGV小车的偏角，在旋转运动的过程中对偏角进行纠正，并得到AGV小车的第一偏移量；

第二模块，用于在前后两个舵轮以相同速度同方向打舵时，AGV小车进行侧移运动，得到AGV小车的第二偏移量；在侧移的过程中对第一偏移量和第二偏移量进行纠正。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的基于二维码导航共线双舵轮AGV路线纠偏方法及系统，在AGV小车的前后两个舵轮以相同速度反方向打舵时，对偏角进行纠正；在前后两个舵轮以相同速度同方向打舵时，对在偏角纠正过程中产生的第一偏移量和AGV小车本身的第二偏移量进行纠正，即先调整偏角，后调整偏移，从而保证纠偏的精准性，提高AGV小车运行的稳定性。

本发明的基于二维码导航共线双舵轮AGV路线纠偏方法及系统，克服了二维码导航数据的不连续性；利用倍福PLC扫描周期恒定可设定的特征，进行数据的采集和计算，使得AGV小车在两个二维码之间运行时，无偏移反馈的情况下，通过采用编码器反馈值能计算出准确的角速度和线速度；纠偏方式摒弃了PID调整方式，避免当偏差较大时固定PID参数产生的震荡而使得AGV小车运行不稳定。

附图说明

图1为本发明的纠偏过程示意图之一。

图2为本发明的纠偏过程示意图之二。

图3为本发明的纠偏过程示意图之三。

图4为本发明的控制结构框图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1至图4所示，本实施例的基于二维码导航共线双舵轮AGV路线纠偏方法，包括以下步骤：

S01、在AGV小车的前后两个舵轮以相同速度反方向打舵时，此时AGV小车做旋转运动，如图1所示；AGV小车实时扫描预定路线上的二维码，获取AGV小车的偏角，在旋转运动的过程中对偏角进行纠正，并得到AGV小车的第一偏移量；

S02、在前后两个舵轮以相同速度同方向打舵时，AGV小车进行侧移运动，如图2所示，得到AGV小车的第二偏移量；在侧移的过程中对第一偏移量和第二偏移量进行纠正。

本发明的基于二维码导航共线双舵轮AGV路线纠偏方法，在AGV小车的前后两个舵轮以相同速度反方向打舵时，对偏角进行纠正；在前后两个舵轮以相同速度同方向打舵时，对在偏角纠正过程中产生的第一偏移量和AGV小车本身的第二偏移量进行纠正，即先调整偏角，后调整偏移，从而保证纠偏的精准性，提高AGV小车运行的稳定性。

本实施例中，步骤S01中偏角的具体获取过程为：

S11、获取前舵轮的速度ν_f和舵角θ_t，得到前舵轮沿垂直于中心轴线的分速度ν_fe；

S12、根据ν_fe、前后舵轮之间的中心距离L_a，得到AGV小车的旋转转速ω_m；从而得到一个扫描周期Δt内的偏角为α＝ω_mΔt。

进一步地，在步骤S11中，ν_f通过AGV小车的行走电机编码器获取；θ_t通过AGV小车的打舵电机编码器获取。

本实施例中，第一偏移量的获取过程为：

S101、根据前舵轮的速度ν_f和舵角θ_t，得到前舵轮沿中心轴线的分速度ν_fa，；

S102、AGV小车沿中心轴线的速度ν_m＝ν_fa，并根据实时偏角α_t分解出ν_m的横移速度ν_mx，从而得到一个扫描周期Δt内的第一偏移量S_mx1＝v_mxΔt。

本实施例中，在步骤S01中，对AGV小车的偏角进行纠正的过程中，实时检测车身的相对变化角度进行闭环控制以调整AGV小车的旋转转速ω_m，具体地，通过AGV小车上的惯性导航传感器实时检测车身的相对变化角度；通过调整行走轮和舵轮运行参数以调整AGV小车的旋转转速ω_m。

本实施例中，步骤S02的具体过程为：

S21、获取前舵轮的速度ν_f和舵角θ_t，得到AGV小车侧移速度ν_m＝ν_f；

S22、分解出ν_m的横移速度ν_mx，从而得到一个扫描周期Δt内的第二偏移量S_mx2＝v_mxΔt。

下面结合一实施例对本发明的方法做进一步说明：

在AGV小车上安装一个二维码扫描仪，能够在AGV小车运行中扫描贴在预定路线上的二维码。二维码数据能提供当前AGV小车在运行平面坐标系中的坐标位置，以及AGV小车的车身姿态。量化到运行参数为，AGV小车偏移预定运行路线的偏移值(下面统称“偏移”)和与预定路线的偏差角(下面统称“偏角”)。需要在AGV小车上安装惯性模块，能够在AGV小车运行中按照固定周期提供车身角度。需要在前后舵轮行走电机和打舵电机上安装编码器，采集实施角度/位移和速度。同时为了保证数据采用的稳定，采用倍福PLC(具备扫描周期恒定且可设定)。

当AGV小车通过二维码时，扫描仪扫描到二维码，此时AGV小车的偏移和偏角数可以获取。分别为L_e和α，从这个时刻开始调整舵角进行纠偏，其规律为：①前后两个舵轮以相同速度反方向打舵时，AGV小车以旋转运动为主，主要调整AGV小车的偏角；②前后两个舵轮以相同速度同方向打舵时，AGV小车进行侧移运动，以调整AGV小车的偏移。纠偏规律可依次进行，先调整偏角，后调整偏移。其运动过程相似，包括三个阶段：A.前后舵轮舵角等速反向/同向旋转到调整角度θ；B.前后舵轮保持舵角θ运行；C.前C后舵轮舵角等速反向/同向从调整角度θ旋转到0。

计算过程以前后舵轮作为分析点，通过建立杠杆运动模型，将前后舵轮的运动转换到AGV小车轴距中心的运动。在前后舵轮行走速度相同的前提下遵循原则：

(1)前后舵轮同角速度反方向运行时，任意时刻t，舵轮沿垂直于中心轴线的分速度ν_fe与AGV小车旋转转速ω_m之间的关系为：L_a为前后舵轮之间的中心距离(AGV小车轴距)。ν_fe可以结合该时刻的舵角θ_t和ν_f分解得到。θ_t和ν_f分别可以由行走电机编码器和打舵电机编码器获取。这样AGV小车的偏角调节即为以及可控，在固定的计算周期T(采用倍福PLC，控制器扫描周期可恒定，本发明中扫描周期10ms)内，ω_mΔt不断叠加则可得出AGV小车纠正偏角，结合惯性导航周期反馈角度，形成闭环，最后纠正AGV小车的偏角。其中惯性导航周期反馈角度是惯性导航传感器检测的当前角度值，可以认为是AGV小车车身角度的实际值。ω_mΔt叠加值为理论值即根据编码器以及所建模型的数学计算方式计算出来的AGV车身角度。举个例子说明关系：比如AGV在某一个点通过扫描二维码发现车身与路径成一定角度，这个角度叫做偏角。这时候AGV就需要纠正这个偏角，方法就是前后舵轮同角速度反方向运行，通过对行走轮和舵轮的编码器读取，代入计算模型中可以得到在一个计算周期内的车身纠偏角度ω_mΔt，这个值为理论值。理论值虽然是通过采集编码器计算所得，但是车身实际是不是旋转了ω_mΔt的角度值还不能确定，所以为了保证在两个二维码之间车身偏角能纠正过来，引入了惯性导航传感器来时刻反馈车身角度纠偏过程中的实时角度，这个角度用来做实际值，与数学模型构建闭环，我们就可以调整行走轮和舵轮运行参数，从而调整车身的纠偏角速度ω_m，实现AGV车身的纠偏。所以惯性传感器检测到的值是在纠偏过程中指导纠偏参数用的。偏角实际是通过不连续的二维码提供的。惯性导航传感器只能检测相对变化角度，不能检测绝对角度值，绝对角度还是要通过扫描二维码得到。

上述过程中AGV小车同时也发生了偏移，任意时刻t，舵轮沿中心轴线的分速度ν_fa作用效果是使得AGV小车沿设定路线前进，并横移。AGV小车沿中心轴线方向的速度ν_m等于前后舵轮运行速度分解到中心轴线的速度ν_fa，即ν_m＝ν_fa。将ν_m分解到运行二维坐标系中，进行分解：ν_mx为横移速度，ν_my为前进速度。分解角度为AGV小车车身偏角α_t，可以惯性导航模块按周期T获取，这样可求出第一偏移量(横移距离S_mx1＝v_mxΔt)；

(2)前后舵轮同角速度同方向运行时，任意时刻t，AGV小车侧移速度ν_m等于舵轮行走速度ν_f。将ν_m分解到运行二维坐标系中，进行分解：ν_mx为横移速度，ν_my为前进速度。分解角度该时刻的舵角θ_t，可由打舵电机编码器提供，在固定计算周期T内，这样可求出第二偏移量(横移距离S_mx2＝v_mxΔt)。结合第一偏移量，可以实现AGV小车偏移的纠正。

其中AGV小车在某一点扫描到二维码就能得到小车运行路径与规划路径的不一致，这种不一致可以分解为两种：车身角度与规划路径存在不一致此为偏角，车身的运行中心线与规划路径存在不一致此为偏移。两个都需要纠正。优先纠正偏角，再正偏移，因为纠正偏角的过程中会带来偏移，而纠正偏移过程中不会产出偏角。(1)为纠正偏角的方法，S_mx1＝v_mxΔt为纠正偏角时产生的偏移。(2)为纠正偏移过程，S_mx2＝v_mxΔt为纠正偏移时产生的偏移。二者先后结合就能纠正AGV运行路线回归到规划路径上来。

本发明的基于二维码导航共线双舵轮AGV路线纠偏方法，克服了二维码导航数据的不连续性；利用倍福PLC扫描周期恒定可设定的特征，进行数据的采集和计算，使得AGV小车在两个二维码之间运行时，无偏移反馈的情况下，通过采用编码器反馈值能计算出准确的角速度和线速度；纠偏方式摒弃了PID调整方式，避免当偏差较大时固定PID参数产生的震荡而使得AGV小车运行不稳定。

本发明还相应公开了一种基于二维码导航共线双舵轮AGV路线纠偏系统，包括

第一模块，用于在AGV小车的前后两个舵轮以相同速度反方向打舵时，此时AGV小车做旋转运动；AGV小车实时扫描预定路线上的二维码，获取AGV小车的偏角，在旋转运动的过程中对偏角进行纠正，并得到AGV小车的第一偏移量；

第二模块，用于在前后两个舵轮以相同速度同方向打舵时，AGV小车进行侧移运动，得到AGV小车的第二偏移量；在侧移的过程中对第一偏移量和第二偏移量进行纠正。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于二维码导航共线双舵轮AGV路线纠偏方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01、在AGV小车的前后两个舵轮以相同速度反方向打舵时，此时AGV小车做旋转运动；AGV小车实时扫描预定路线上的二维码，获取AGV小车的偏角，在旋转运动的过程中对偏角进行纠正，并得到AGV小车的第一偏移量；

S02、在前后两个舵轮以相同速度同方向打舵时，AGV小车进行侧移运动，得到AGV小车的第二偏移量；在侧移的过程中对第一偏移量和第二偏移量进行纠正。

2.根据权利要求1所述的基于二维码导航共线双舵轮AGV路线纠偏方法，其特征在于，所述步骤S01中偏角的具体获取过程为：

S11、获取前舵轮的速度ν_f和舵角θ_t，得到前舵轮沿垂直于中心轴线的分速度ν_fe；

S12、根据ν_fe、前后舵轮之间的中心距离L_a，得到AGV小车的旋转转速ω_m；从而得到一个扫描周期Δt内的偏角为α＝ω_mΔt。

3.根据权利要求2所述的基于二维码导航共线双舵轮AGV路线纠偏方法，其特征在于，在步骤S11中，ν_f通过AGV小车的行走电机编码器获取；θ_t通过AGV小车的打舵电机编码器获取。

4.根据权利要求2所述的基于二维码导航共线双舵轮AGV路线纠偏方法，其特征在于，第一偏移量的获取过程为：

S101、根据前舵轮的速度ν_f和舵角θ_t，得到前舵轮沿中心轴线的分速度ν_fa，；

S102、AGV小车沿中心轴线的速度ν_m＝ν_fa，并根据实时偏角α_t分解出ν_m的横移速度ν_mx，从而得到一个扫描周期Δt内的第一偏移量S_mx1＝v_mxΔt。

5.根据权利要求2所述的基于二维码导航共线双舵轮AGV路线纠偏方法，其特征在于，在步骤S01中，对AGV小车的偏角进行纠正的过程中，实时检测车身的相对变化角度进行闭环控制以调整AGV小车的旋转转速ω_m。

6.根据权利要求5所述的基于二维码导航共线双舵轮AGV路线纠偏方法，其特征在于，通过调整行走轮和舵轮运行参数以调整AGV小车的旋转转速ω_m。

7.根据权利要求5所述的基于二维码导航共线双舵轮AGV路线纠偏方法，其特征在于，通过AGV小车上的惯性导航传感器实时检测车身的相对变化角度。

8.根据权利要求2至7中任意一项所述的基于二维码导航共线双舵轮AGV路线纠偏方法，其特征在于，步骤S02的具体过程为：

S21、获取前舵轮的速度ν_f和舵角θ_t，得到AGV小车侧移速度ν_m＝ν_f；

S22、分解出ν_m的横移速度ν_mx，从而得到一个扫描周期Δt内的第二偏移量S_mx2＝v_mxΔt。

9.一种基于二维码导航共线双舵轮AGV路线纠偏系统，其特征在于，包括

第一模块，用于在AGV小车的前后两个舵轮以相同速度反方向打舵时，此时AGV小车做旋转运动；AGV小车实时扫描预定路线上的二维码，获取AGV小车的偏角，在旋转运动的过程中对偏角进行纠正，并得到AGV小车的第一偏移量；

第二模块，用于在前后两个舵轮以相同速度同方向打舵时，AGV小车进行侧移运动，得到AGV小车的第二偏移量；在侧移的过程中对第一偏移量和第二偏移量进行纠正。