CN109375624B - 一种双舵轮agv圆弧路径生成方法、装置及介质 - Google Patents

一种双舵轮agv圆弧路径生成方法、装置及介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双舵轮AGV圆弧路径生成方法，包括步骤：S01、将AGV的圆弧路径规划为第一阶段、第二阶段和第三阶段，第一阶段为前后舵轮舵角等速反向旋转到角度θ；第二阶段为保持角度θ运行；第三阶段为前后舵轮舵角等速反向从角度θ旋转到0；S02、根据AGV转弯半径预设值R和前后舵轮之间的长度L，根据舵轮的偏转角速度ω转和前舵轮的速度V车，生成各阶段的圆弧路径；S03、将各圆弧路径首尾相接，生成AGV圆弧路径。本发明还公开了一种与方法相对应的装置。另外本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的方法。本发明的方法、装置及介质均具有精确性好、完整性好等优点。

Description

一种双舵轮AGV圆弧路径生成方法、装置及介质
技术领域
本发明主要涉及食品、医药包装技术领域，特指一种双舵轮AGV圆弧路径生成方法、装置及介质。
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、差速驱动和双舵轮驱动。各种驱动方式驱动轮分布各不相同。其中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。
双舵轮AGV的转弯是一个十分复杂的运动学过程，它与数学模型的建立有密切关系。在AGV的圆弧路径计算中，通常忽略了舵轮打角旋转的过程，默认此过程是瞬间完成的，会产生一定的误差，这样导致AGV的圆弧路径走完后，需要立马进行纠偏操作。AGV的速度分量是通过舵轮角度和车身角度叠加计算，当这两个角度和大于90时，计算出来的速度存在符号问题，从而产生误差，并且AGV整车速度是分别计算前舵轮和后舵轮速度后才能得到，有一定计算量。
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，本发明提供一种精确性高的双舵轮AGV圆弧路径生成方法，并相应提供一种双舵轮AGV圆弧路径生成装置以及计算机可读储存介质。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种双舵轮AGV圆弧路径生成方法，包括以下步骤：
S01、将双舵轮AGV的圆弧路径规划为三个阶段，三个阶段依次为第一阶段、第二阶段和第三阶段，其中第一阶段为前后舵轮舵角等速反向旋转到角度θ；第二阶段为前后舵轮保持角度θ运行；第三阶段为前后舵轮舵角等速反向从角度θ旋转到0；
S02、根据AGV圆弧转弯半径预设值R和AGV前后舵轮之间的长度L，计算舵轮预定角度
Figure BDA0001862150360000011
并根据前后舵轮的偏转角速度ω转和前舵轮的速度V车，生成各阶段所对应的圆弧路径；
S03、将步骤S02中的各阶段对应的圆弧路径首尾相接，生成双舵轮AGV圆弧路径。
优选地，步骤S02中第一阶段的圆弧路径生成的具体过程为：
S21、根据AGV圆弧转弯半径预设值R和AGV前后舵轮之间的长度L，计算舵轮预定的调整角度
Figure BDA0001862150360000021
然后根据θ和舵轮的偏转角速度W转，计算A阶段的舵轮打角所需时间
Figure BDA0001862150360000022
以及任意时刻t的舵轮偏转角β＝W转t；
S22、根据前舵轮的速度V车和偏转角β，计算AGV前进方向的速度V前＝V车cosβ和垂直方向的速度V转＝V车sinβ；
S23、根据V转和舵轮之间的长度L，计算出AGV的旋转角速度
Figure BDA0001862150360000023
然后对其进行积分，得到车身的偏转角度为
Figure BDA0001862150360000024
S24、根据V前和α，分别得到世界坐标系中X方向的分量VX＝V前sinα和Y方向的分量VY＝V前cosα；
S25、对VX和VY关于时间进行积分，分别得到X方向的位移
Figure BDA0001862150360000025
和Y方向的位移
Figure BDA0001862150360000026
优选地，在步骤S02中，第三阶段的圆弧路径生成的具体过程为：
S31、第三阶段持续时间和第一阶段持续时间相等，即TC＝TA，舵轮偏转角β＝θ-ωt；
S32、执行步骤S22～S25。
优选地，在步骤S02中，第二阶段的圆弧路径生成的具体过程为：
S41、计算第二阶段持续的时间
Figure BDA0001862150360000027
舵轮偏转角β＝θ；
S42、执行步骤S22～S25。
优选地，用MATLAB对步骤S01～S03进行仿真，补偿小车本身所带误差，根据仿真结果对θ进行调整，从而得到最终的圆弧路径。
优选地，对θ进行调整的角度小于1度。
本发明还公开了一种双舵轮AGV圆弧路径生成装置，包括
第一模块，用于将双舵轮AGV的圆弧路径规划为三个阶段，三个阶段依次为第一阶段、第二阶段和第三阶段，其中第一阶段为前后舵轮舵角等速反向旋转到角度θ；第二阶段为前后舵轮保持角度θ运行；第三阶段为前后舵轮舵角等速反向从角度θ旋转到0；
第二模块，用于根据AGV圆弧转弯半径预设值R和AGV前后舵轮之间的长度L，计算舵轮预定角度
Figure BDA0001862150360000028
并根据前后舵轮的偏转角速度ω转和前舵轮的速度V车，生成各阶段所对应的圆弧路径；
第三模块，用于将步骤S02中的各阶段对应的圆弧路径首尾相接，生成双舵轮AGV圆弧路径。
本发明还进一步公开了一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的方法。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的双舵轮AGV圆弧路径生成方法，将双舵轮AGV的圆弧路径规划为三个阶段，考虑了舵轮打角的过程，从而提高了生成的圆弧路径的完整性以及精确性，省去了圆弧路径后小车进行再次对准的过程，提高了AGV小车整体运行速度与稳定性；在路径生成过程中，采用前舵轮的速度代替AGV整车的速度，减少了计算量；用二次投影的方式计算AGV舵轮的速度，避免角度问题导致的速度误差；用MATLAB仿真对舵轮的打角进行补偿，进一步提高圆弧路径的精确性。
本发明的双舵轮AGV圆弧路径生成装置以及介质均具有如上方法所述的优点。
附图说明
图1为发明的坐标示意图。
图2为本发明的圆弧路径示意图。
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和图2所示，本实施例的双舵轮AGV圆弧路径生成方法，包括以下步骤：
S01、将双舵轮AGV的圆弧路径规划为三个阶段，三个阶段依次为第一阶段、第二阶段和第三阶段，其中第一阶段为前后舵轮舵角等速反向旋转到角度θ；第二阶段为前后舵轮保持角度θ运行；第三阶段为前后舵轮舵角等速反向从角度θ旋转到0；
S02、根据AGV圆弧转弯半径预设值R和AGV前后舵轮之间的长度L，计算舵轮预定角度
Figure BDA0001862150360000031
并根据前后舵轮的偏转角速度ω转和前舵轮的速度V车，生成各阶段所对应的圆弧路径；
S03、将步骤S02中的各阶段对应的圆弧路径首尾相接，生成双舵轮AGV圆弧路径。
本发明的双舵轮AGV圆弧路径生成方法，将双舵轮AGV的圆弧路径规划为三个阶段，考虑了舵轮打角的过程，从而提高了生成的圆弧路径的完整性以及精确性。
通常在AGV的转弯过程中，前后舵轮的速度相等，前后舵轮的转向方式是正反方向打角，AGV预定的偏转角度为90度。在AGV的转弯过程中，由于后舵轮一直处于跟随状态，所以只需对前舵轮的运动过程进行数学模型分析。
如附图1所示，前舵轮的速度为V车，前舵轮打角为β，前舵轮预定的调整角度为θ，舵轮的偏转角速度ω转，AGV车体的旋转角速度ω车，V车在车身前进方向上的投影分量为V前，V车在垂直车身方向上的投影分量为V转，AGV车身的偏转角度为α，在世界坐标系中，V前在X轴方向上的投影分量为VX，V前在Y轴方向上的投影分量为VY。整个圆弧转弯过程包括三个阶段，如图2中A、B、C所示：
A.前后舵轮舵角等速反向旋转到调整角度θ；
B.前后舵轮保持θ舵角运行；
C.前后舵轮舵角等速反向从调整角度θ旋转到0。
本实施例中，步骤S02中第一阶段的圆弧路径生成的具体过程为：
S21、根据AGV圆弧转弯半径预设值R和AGV前后舵轮之间的长度L，计算舵轮预定的调整角度
Figure BDA0001862150360000041
然后根据θ和舵轮的偏转角速度ω转，计算A阶段的舵轮打角所需时间
Figure BDA0001862150360000042
以及任意时刻t的舵轮偏转角β＝W转t；
S22、根据前舵轮的速度V车和偏转角β，计算AGV前进方向的速度V前＝V车cosβ和垂直方向的速度V转＝V车sinβ；如图1中的图框1所示；
S23、根据V转和舵轮之间的长度L，计算出AGV的旋转角速度
Figure BDA0001862150360000043
然后对其进行积分，得到车身的偏转角度为
Figure BDA0001862150360000044
S24、根据V前和α，分别得到世界坐标系中X方向的分量VX＝V前sinα和Y方向的分量VY＝V前cosα；如图1中的图框2所示；
S25、对VX和VY关于时间进行积分，分别得到X方向的位移
Figure BDA0001862150360000045
和Y方向的位移
Figure BDA0001862150360000046
本实施例中，在步骤S02中，第三阶段的圆弧路径生成的具体过程为：
S31、第三阶段持续时间和第一阶段持续时间相等，即TC＝TA，舵轮偏转角β＝θ-ωt；
S32、执行步骤S22～S25。
本实施例中，在步骤S02中，第二阶段的圆弧路径生成的具体过程为：
S41、计算第二阶段持续的时间
Figure BDA0001862150360000051
舵轮偏转角β＝θ；
S42、执行步骤S22～S25。
本实施例中，由于θ的计算只是对舵轮预定调整角度的初始化估计，需要对θ进行补偿。因此，用MATLAB对整个计算过程进行仿真，补偿小车本身所带误差(机械传动、运动摩擦等)，根据仿真结果对θ进行调整，调整角度小于1度，从而得到最终的精确结果。
本发明的双舵轮AGV圆弧路径生成方法，用二次投影的方式计算AGV舵轮的速度，避免角度问题导致的速度误差；用前舵轮的速度代替AGV整车的速度，减少了计算量；优化计算结果，用MATLAB仿真对舵轮的打角进行补偿，得到精确的圆弧路径。
本发明还相应公开了一种一种双舵轮AGV圆弧路径生成装置，包括
第一模块，用于将双舵轮AGV的圆弧路径规划为三个阶段，三个阶段依次为第一阶段、第二阶段和第三阶段，其中第一阶段为前后舵轮舵角等速反向旋转到角度θ；第二阶段为前后舵轮保持角度θ运行；第三阶段为前后舵轮舵角等速反向从角度θ旋转到0；
第二模块，用于根据AGV圆弧转弯半径预设值R和AGV前后舵轮之间的长度L，计算舵轮预定角度
Figure BDA0001862150360000052
并根据前后舵轮的偏转角速度ω转和前舵轮的速度V车，生成各阶段所对应的圆弧路径；
第三模块，用于将步骤S02中的各阶段对应的圆弧路径首尾相接，生成双舵轮AGV圆弧路径。
本发明还进一步公开了一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如上所述的方法。
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 (7)

1.一种双舵轮AGV圆弧路径生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01、将双舵轮AGV的圆弧路径规划为三个阶段，三个阶段依次为第一阶段、第二阶段和第三阶段，其中第一阶段为前后舵轮等速反向旋转到角度θ；第二阶段为前后舵轮保持角度θ运行；第三阶段为前后舵轮等速反向从角度θ旋转到0；
S02、根据AGV圆弧转弯半径预设值R和AGV前后舵轮之间的长度L，计算舵轮预定的调整角度
Figure FDA0003259853450000011
并根据前后舵轮的偏转角速度ω转和前舵轮的速度V车，生成各阶段对应的圆弧路径；
S03、将步骤S02中的各阶段对应的圆弧路径首尾相接，生成双舵轮AGV圆弧路径；
步骤S02中第一阶段的圆弧路径生成的具体过程为：
S21、根据AGV圆弧转弯半径预设值R和AGV前后舵轮之间的长度L，计算舵轮预定的调整角度
Figure FDA0003259853450000012
然后根据θ和舵轮的偏转角速度W转，计算第一阶段的舵轮打角所需时间
Figure FDA0003259853450000013
以及任意时刻t的舵轮偏转角β＝W转t；
S22、根据前舵轮的速度V车和舵轮偏转角β，计算AGV前进方向的速度V前＝V车cosβ和垂直方向的速度V转＝V车sinβ；
S23、根据V转和舵轮之间的长度L，计算出AGV的旋转角速度
Figure FDA0003259853450000014
然后对其进行积分，得到车身的偏转角度为
Figure FDA0003259853450000015
S24、根据V前和α，分别得到世界坐标系中X方向的分量VX＝V前sinα和Y方向的分量VY＝V前cosα；
S25、对VX和VY关于时间进行积分，分别得到X方向的位移
Figure FDA0003259853450000016
和Y方向的位移
Figure FDA0003259853450000017
2.根据权利要求1所述的双舵轮AGV圆弧路径生成方法，其特征在于，在步骤S02中，第三阶段的圆弧路径生成的具体过程为：
S31、第三阶段持续时间和第一阶段持续时间相等，即TC＝TA，舵轮偏转角β＝θ-ωt；
S32、执行步骤S22～S25。
3.根据权利要求1所述的双舵轮AGV圆弧路径生成方法，其特征在于，在步骤S02中，第二阶段的圆弧路径生成的具体过程为：
S41、计算第二阶段持续的时间
Figure FDA0003259853450000021
舵轮偏转角β＝θ；
S42、执行步骤S22～S25。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的双舵轮AGV圆弧路径生成方法，其特征在于，用MATLAB对步骤S01～S03进行仿真，补偿小车本身所带误差，根据仿真结果对θ进行调整，从而得到最终的圆弧路径。
5.根据权利要求4所述的双舵轮AGV圆弧路径生成方法，其特征在于，对θ进行调整的角度小于1度。
6.一种双舵轮AGV圆弧路径生成装置，其特征在于，包括
第一模块，用于将双舵轮AGV的圆弧路径规划为三个阶段，三个阶段依次为第一阶段、第二阶段和第三阶段，其中第一阶段为前后舵轮等速反向旋转到角度θ；第二阶段为前后舵轮保持角度θ运行；第三阶段为前后舵轮等速反向从角度θ旋转到0；
第二模块，用于根据AGV圆弧转弯半径预设值R和AGV前后舵轮之间的长度L，计算舵轮预定角度
Figure FDA0003259853450000022
并根据前后舵轮的偏转角速度ω转和前舵轮的速度V车，生成各阶段对应的圆弧路径；其中第一阶段的圆弧路径生成的具体过程为：
根据AGV圆弧转弯半径预设值R和AGV前后舵轮之间的长度L，计算舵轮预定的调整角度
Figure FDA0003259853450000023
然后根据θ和舵轮的偏转角速度W转，计算第一阶段的舵轮打角所需时间
Figure FDA0003259853450000024
以及任意时刻t的舵轮偏转角β＝W转t；
根据前舵轮的速度V车和舵轮偏转角β，计算AGV前进方向的速度V前＝V车cosβ和垂直方向的速度V转＝V车sinβ；
根据V转和舵轮之间的长度L，计算出AGV的旋转角速度
Figure FDA0003259853450000025
然后对其进行积分，得到车身的偏转角度为
Figure FDA0003259853450000026
根据V前和α，分别得到世界坐标系中X方向的分量VX＝V前sinα和Y方向的分量VY＝V前cosα；
对VX和VY关于时间进行积分，分别得到X方向的位移
Figure FDA0003259853450000027
和Y方向的位移
Figure FDA0003259853450000028
第三模块，用于将第二模块中的各阶段对应的圆弧路径首尾相接，生成双舵轮AGV圆弧路径。
7.一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1～5中任意一项所述的方法。
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Application publication date: 20190222

Assignee: TRUKING TECHNOLOGY Ltd.

Assignor: TRUKING INTELLIGENT ROBOT (CHANGSHA) Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023980047829

Denomination of invention: A method, device, and medium for generating circular arc paths of dual rudder AGVs

Granted publication date: 20220215

License type: Common License

Record date: 20231122