CN110103998A - 非对称四舵轮agv转向及平移运动的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非对称四舵轮AGV转向及平移运动的控制方法，包括以下步骤：步骤1，四组舵轮机构非对称设置在AGV底盘；步骤2，确定一个圆心，AGV以较小的转弯半径绕该圆心转动，从而实现整车的转向控制，该转弯半径为AGV底盘的中心与圆心的垂线段距离；步骤3，给定一个左转或右转时前方的行走轮的旋转角度及速度，分别记作A1、V1，其他行走轮根据数学表达式计算出旋转的角度和速度，控制AGV的每个行走轮按计算出的角度和速度围绕圆心转动，来实现AGV整车的任意转向控制。本发明实现了空间的最大利用率，提高了AGV的适用范围，同时能保证原地旋转时各个轮子之间无滑动摩擦，有效提升了车轮的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及AGV设备技术领域，尤其涉及一种非对称四舵轮AGV的转向及平移运动控制方法。
背景技术
在现代物流分拣、配送和运输领域中，例如AGV(Automated Guided Vehicle，自动导引运输车)的输送机构得到广泛应用。AGV小车需要适应复杂的工厂环境，传统的AGV小车一般采用双差速驱动或单轮驱动，双差速驱动的方式完全靠内外轮之间的速度差来实现转向，小车在转向及平移的过程中就存在车轮滑移、震动等情况，进而容易使车轮磨损，差速控制的本质也造成了能量损耗大的特点；单轮驱动则是仅使用一个驱动轮来实现行驶和转向的功能，另外再利用两个从动轮作为支撑，这种驱动方式的小车双向运动性能差，转向时容易使小车脱离预定轨道，造成安全事故，且其转弯半径大；在转弯的行驶通道上由于其转弯半径较大往往需要较大的转弯空间，当面对车间的设计空间有限时，常规四轮系AGV是无法完成角度较大的转弯，从而限制了AGV的使用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非对称四舵轮AGV转向及平移运动的控制方法，实现四组任意布置舵轮的AGV的运动控制，实现空间的最大利用率，大幅提高了AGV的适用范围，同时能保证各个舵轮在行走过程中无滑动摩擦，有效提升行走轮的使用寿命。
为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案，一种非对称四舵轮AGV转向及平移运动的控制方法，包括AGV底盘、PLC控制系统、以及设置在AGV底座前后方的四组舵轮机构，舵轮机构包括行走轮、行走电机、角度传感器、转向电机，行走轮以及行走电机用于驱动AGV小车车身行走，转向电机用于控制单个行走轮相对于车体的旋转角度，同时，其转向角度值可以通过舵轮机构上安装的角度传感器获取，通过PLC控制系统来独立控制行走轮的速度和转向的角度，实现控制四舵轮AGV平移、转向运动，四舵轮AGV的运动控制包括以下步骤：
步骤1，四组舵轮机构非对称设置在AGV底盘，由于AGV现场工况及工艺需求，存在舵轮不能对称的情况；
步骤2，确定一个圆心，AGV以较小的转弯半径绕该圆心转动，从而实现整车的转向控制，该转弯半径为AGV底盘的中心与圆心的垂线段距离，其数学表达式如下：
其中，B为前方两组舵轮机构中心点之间的横向距离，L为同侧前后方两舵轮机构中心点之间的距离，D为后方两舵轮机构中心点的垂直距离；
步骤3，给定一个左转或右转时前方的行走轮的旋转角度及速度，分别记作A1、V1，其他行走轮根据以下数学表达式(一)、(二)、(三)、(四)、(五)、(六)计算出旋转的角度和速度，控制AGV的每个行走轮按计算出的角度和速度围绕圆心转动，来实现AGV整车的任意转向控制：
进一步的，所述步骤3实现转向控制之前还包括AGV转向时发生偏移后的纠偏过程，具体为：设导引传感器能检测到的偏移量k的最大最小值为Kmax和Kmin，其需求的舵轮旋转角度对应为Amax和Amin，若当前偏移量为k，需求的当前舵轮旋转角度A1通过下述计算公式计算得出：
进一步的，所述步骤3实现转向控制之前，还包括如下控制过程：四组舵轮机构往右或往左旋转同样角度，同时给出相同的行走速度V1实现整车的平移控制过程。
所述的PLC控制系统包括伺服驱动器、PLC控制器，伺服驱动器与PLC控制器通讯连接，伺服驱动器通过增量编码器检测驱动轮行走电机的实时转速来实现速度的精确控制，伺服驱动器的需求控制速度由PLC控制器通过以太网接口给出；角度编码器可以实时获取每个转向架相对于车体的绝对角度，其角度值通过以太网供PLC控制器读取。
本发明提供的这种非对称四舵轮AGV转向及平移运动的控制方法，可以实现四舵轮AGV车体能以理论最小转弯半径完成转向动作，实现空间的最大利用率，大幅提高了AGV的适用范围，同时能保证原地旋转时各个轮子之间无滑动摩擦，有效提升了车轮的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的AGV右转向控制的结构示意图。
图2为本发明的AGV平移控制的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例一，本发明提供的这种AGV，参见图1，此AGV共有4组舵轮机构，其包含一个行走轮用于驱动车身行走，一个转向电机用于控制单个行走轮相对于车体的旋转角度，同时，其转向角度值可以通过舵轮上安装的角度传感器获取。
四组舵轮在AGV本体上的布局如图2所示(俯视图)，为非对称布置，在此例中，由于AGV行进路线上存在沟壑，采用非对称布置方式，当有一个舵轮位于沟壑上方悬空时，剩下的三组舵轮仍能保证车体平稳运行，每组舵机可以独立控制其行走轮的速度和转向的角度，当需要控制AGV车辆往右转弯时，即保证每个舵机都以一定角度绕图中圆心CEN往前运动，此时，整车就会以较小的转弯半径R0绕圆心CEN转动，R0的运算公式如下，从而实现整车的右转控制，其具体控制过程如下：
确定左上舵轮旋转角度为A1，当AGV跟随磁条行进时遇到右弯道转向，此时通过导引传感器进行实时检测，车体相对于磁条发生了左偏移，因此需要整车往右转向以实现纠偏。
纠偏的计算具体过程为设导引传感器能检测到的偏移量k的最大最小值为Kmax和Kmin，其需求的舵轮旋转角度对应为Amax和Amin，若当前偏移量为k，需求的当前舵轮旋转角度为A1，则有线性对应关系：
根据纠偏后计算出的A1，则A2，A3，A4分别计算如下：
其中，L为左上舵轮中心与左下角舵轮中心的距离，D为左下舵轮中心与右下角舵轮中心的垂直距离，B为左上舵轮中心与右上角舵轮中心的横向距离。
以上，通过对四组舵机转向角度A及行走速度V的控制，即可实现AGV整车的转向控制，能根据导引传感器的偏移值实时纠偏，同时保证各行走轮无滑动摩擦。
某些情况下，AGV需要直接从一条轨道平行移动到另一条平行轨道，若采用转弯行走需要较大场地以达到转弯半径要求，此时，可以控制AGV采用平移方式行走，实现小场地切换行走轨迹，如图2所示，AGV从磁条一移动到磁条二，则将四个舵机往右旋转同样角度，同时给出相同的行走速度V1即可实现整车的平移运行。
本实施例采用的为磁导引实现纠偏及切轨等操作，采用其他导引方案，包括激光导航，惯性导航，二维码导航等同样适用此控制方案，只需要建立好不同导引模式下偏移值k与需求的转向角度A1的对应关系即可，根据不同的导引传感器获取车体相对预定路线的偏移值k，按前述计算公式求出需求的的转向角度A1，即可实现后续同样的转向控制。
Claims (4)
1.一种非对称四舵轮AGV转向及平移运动的控制方法，其特征在于，四舵轮AGV包括AGV底盘、PLC控制系统、以及设置在AGV底座前后方的四组舵轮机构，舵轮机构包括行走轮、行走电机、角度传感器、转向电机，通过设置的行走轮以及行走电机用于驱动AGV小车车身行走，转向电机用于控制单个行走轮相对于车体的旋转角度，同时，其转向角度值可以通过舵轮机构上安装的角度传感器获取，通过PLC控制系统来独立控制行走轮的速度和转向的角度，实现控制四舵轮AGV平移、转向运动，四舵轮AGV的运动控制包括以下步骤：
步骤1，四组舵轮机构非对称设置在AGV底盘；
步骤2，确定一个圆心，AGV以较小的转弯半径绕该圆心转动，从而实现整车的转向控制，该转弯半径为AGV底盘的中心与圆心的垂线段距离，其数学表达式如下：
其中，B为前方两组舵轮机构中心点之间的横向距离，L为同侧前后方两舵轮机构中心点之间的距离，D为后方两舵轮机构中心点的垂直距离；
步骤3，给定一个左转或右转时前方的行走轮的旋转角度及速度，分别记作A1、V1，其他行走轮根据以下数学表达式(一)、(二)、(三)、(四)、(五)、(六)计算出旋转的角度和速度，控制AGV的每个行走轮按计算出的角度和速度围绕圆心转动，来实现AGV整车的任意转向控制：
2.根据权利要求1所述的非对称四舵轮AGV转向及平移运动的控制方法，其特征在于，所述步骤3实现转向控制之前还包括AGV转向时发生偏移后的纠偏过程，具体为：设导引传感器能检测到的偏移量k的最大最小值为Kmax和Kmin，其需求的舵轮旋转角度对应为Amax和Amin，若当前偏移量为k，需求的当前舵轮旋转角度A1通过下述计算公式计算得出：
3.根据权利要求2所述的非对称四舵轮AGV转向及平移运动的控制方法，其特征在于，所述步骤3中，还包括如下控制过程：四组舵轮机构往右或往左旋转同样角度，同时给出相同的行走速度V1实现整车的平移控制过程。
4.根据权利要求1所述的非对称四舵轮AGV转向及平移运动的控制方法，其特征在于，所述PLC控制系统包括伺服驱动器、PLC控制器，伺服驱动器与PLC控制器通讯连接，伺服驱动器通过增量编码器检测驱动轮行走电机的实时转速来实现速度的精确控制，伺服驱动器的需求控制速度由PLC控制器通过以太网接口给出；角度编码器可以实时获取每个转向架相对于车体的绝对角度，其角度值通过以太网供PLC控制器读取。
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