CN111338349A - Agv的贝塞尔曲线控制方法及系统 - Google Patents

Agv的贝塞尔曲线控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种AGV的贝塞尔曲线控制方法及系统，方法包括以下步骤：使用贝塞尔曲线绘制所有预设路径；根据任务信息和AGV终端位置信息及状态信息生成调度信息并进行任务路径规划；将调度信息和任务路径下发执行任务的AGV终端；获取任务路径并读取各个任务路径段几何信息；对单个任务路径段进行轨迹跟踪。本发明基于贝塞尔曲线跟踪和定点停靠，在传统方案基础上从速度、精度和行车姿态平顺性三方面进行优化，与采用直线、圆弧的AGV轨迹跟踪方法相比，解决了路径规划时存在的路径不平顺问题，采用改进型的纯跟踪策略，适用多种不同AGV驱动机构类型，使得AGV能够在保证精度的基础上以较高速度平顺运行，极大提高了单机运行效率。

Description

AGV的贝塞尔曲线控制方法及系统
技术领域
本发明涉及一种AGV的贝塞尔曲线控制方法及系统，属于AGV轨迹跟踪控制技术领域。
背景技术
在过去的几十年间，AGV(Automated Guided Vehicle，自动导引运输车)轨迹跟踪控制技术一直是机器人领域大家研究的热点话题。传统的AGV，轨迹跟踪路线一般是直线、圆弧，此类方法带来的缺点：直线和圆弧，路径规划，图形单一，灵活性差；直线和圆弧组合路径，曲率不连续，路径不平滑，造成AGV跟踪路线时转向不平顺；导致传统轨迹跟踪方法效果不强。由于路径不平顺，运动受限。
现有纯跟踪法，普遍应用于无人驾驶汽车的路径跟踪控制，速度相对较高且跟踪误差比较大；对于AGV小车，根据现有了解，应用较少甚至无；经应用实验，现有纯跟踪法应用于AGV小车，控制跟踪贝塞尔曲线，无法达到轨迹跟踪精度要求，且在轨迹相邻段间转角处，容易造成车辆抖动，同时误差放大。
由于无法保证轨迹跟踪精度，AGV运行速度较低，且跟踪效果不理想，现有AGV轨迹跟踪控制技术极大限制了AGV的搬运作业效率。。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种AGV的贝塞尔曲线控制方法及系统，能够在传统方案的基础上从速度、精度和行车姿态平顺性三个方面进行优化。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：
一方面，本发明实施例提供的一种AGV的贝塞尔曲线控制方法，包括以下步骤：
使用贝塞尔曲线绘制所有预设任务路径；
根据任务信息和AGV终端位置信息及状态信息生成调度信息并进行任务路径规划；
将调度信息和任务路径下发执行任务的AGV终端；
获取任务路径并读取各个任务路径段几何信息；
对单个任务路径段进行轨迹跟踪。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述使用贝塞尔曲线绘制所有预设路径的过程为根据实际运行路线所需，在全局坐标系下，通过组合基本图形元素和站台元素绘制所有可执行的路径，并标注站台信息。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述生成调度信息过程为：根据任务信息、站台信息和车载AGV终端提供的车辆位置及状态信息，进行车辆调度。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述进行任务路径规划的过程为：根据任务的实际需求及调度信息，采用最短路径规划算法并结合AGV终端位置信息从所有预设路径中选择最优路径作为任务路径。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述对单个任务路径段进行轨迹跟踪的过程包括以下步骤：
S1，根据当前AGV终端运行速度，计算预瞄距离Ld；
S2，找寻预瞄点；
S3，根据预瞄点坐标计算不同AGV机构类型的转向控制量，其中：单舵轮机构的转向控制量为舵轮转角；差速机构的转向控制量为角速度；
S4，通过控制转向控制量，控制AGV沿着经过预瞄点的圆弧行驶
作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤1中，预瞄距离Ld的计算公式为:
Ld＝K(A*V2+B*V+C)
其中，A＝1/(2*a_max)，a_max为车辆最大制动加速度；B为车辆遇到异常反应时反应行驶距离；C为最小转弯半径；V为AGV终端的运行速度。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤S2的具体过程为：根据AGV终端位置信息，得到控制点坐标(Cx,Cy)；以控制点坐标(Cx,Cy)为圆心，以预瞄距离Ld为半径画预瞄圆，求取预瞄圆与曲线交点，作为预瞄点。
作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤S2中，求取预瞄圆与曲线交点的过程为：
按照一定打散数量，将t在范围[0,1]间均匀打散，采用贝塞尔曲线方程分别求取对应B(t)点；
将B(t)点预存数组B[]中；
计算(Cx,Cy)与B(t)点间距，求取最短距离dmin，对应的点为垂足T；
如果最短距离dmin>120mm且当前车速大于0.35m/s,则减速为0.35m/s,如果dmin+>Ld,预瞄圆与跟踪曲线相离,则将dmin放大1.2倍,最大1000mm,继续求垂足；
返回T的数组B[]索引，生成新的数组，从T开始扫描，第一个和Ld插值最小的点为预瞄点，即控制点到B(n)的距离大于等于Ld的点，为预瞄点。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤S3的过程为：
根据正弦定理得曲率半径R：
R＝Ld/2*sinα
当AGV机构类型为单舵轮机构时，计算单舵轮机构的舵轮转角：
根据简化阿克曼车辆模型，舵轮转角δ表示为：
δ＝arctan(L/R)
联立曲率半径和舵轮转角公式得:
δ＝arctan(2*L*sinα/Ld)
其中，Ld为预瞄距离，α为车正方向与线CD的夹角，线CD为控制点与预瞄点连线，L为控制点到转向点距离；
当AGV机构类型为差速机构时，计算差速机构的角速度：
根据角速度与速度间关系：
ω＝V/R
联立曲率半径和角速度公式得：
ω＝2*sinα*V/Ld
其中，Ld为预瞄距离，α为车正方向与线CD的夹角，线CD为控制点与预瞄点连线，V为AGV终端的运行速度。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤S4的过程为：
对于单舵轮机构，以AGV终端两后轮轴线中心点为控制点，前舵轮中心点为转向点，通过控制舵轮转角δ，沿着经过预瞄点的圆弧行驶；
对于差速机构，以AGV终端两差速轮轴线中心点为控制点，通过控制角速度ω，沿着经过预瞄点的圆弧行驶。
作为本实施例一种可能的实现方式，在求取预瞄圆与曲线交点的过程中，如果单个任务路径段内无交点，提前转向，进行后瞻处理，计算求取下一任务路径内预瞄圆与曲线交点；如果在后一任务路径段末尾仍无交点，则后瞻后一段终点沿终点切线方向形成的射线。
第二方面，本发明实施例提供的一种贝塞尔曲线控制AGV终端，包括：
任务路径获取模块，用于获取任务路径并读取各个任务路径段几何信息；
轨迹跟踪模块，用于对单个任务路径段进行轨迹跟踪。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述轨迹跟踪模块包括：
预瞄距离计算模块，用于根据当前AGV终端运行速度，计算预瞄距离Ld；
预瞄点找寻模块，用于找寻预瞄点；
转向控制量计算模块，用于根据预瞄点坐标计算不同AGV机构类型的转向控制量，其中：单舵轮机构的转向控制量为舵轮转角；差速机构的转向控制量为角速度；
行驶控制模块，用于通过控制转向控制量，控制AGV沿着经过预瞄点的圆弧行驶。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述预瞄距离Ld的计算公式为:
Ld＝K(A*V2+B*V+C)
其中，A＝1/(2*a_max)，a_max为车辆最大制动加速度；B为车辆遇到异常反应时反应行驶距离；C为最小转弯半径；V为AGV终端的运行速度。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述预瞄点找寻模块根据AGV终端位置信息，得到控制点坐标(Cx,Cy)；以控制点坐标(Cx,Cy)为圆心，以预瞄距离Ld为半径画预瞄圆，求取预瞄圆与曲线交点，作为预瞄点。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述预瞄点找寻模块求取预瞄圆与曲线交点的过程为：
按照一定打散数量，将t在范围[0,1]间均匀打散，采用贝塞尔曲线方程分别求取对应B(t)点；
将B(t)点预存数组B[]中；
计算(Cx,Cy)与B(t)点间距，求取最短距离dmin，对应的点为垂足T；
如果最短距离dmin>120mm且当前车速大于0.35m/s,则减速为0.35m/s,如果dmin>Ld,预瞄圆与跟踪曲线相离,则将dmin放大1.2倍,最大1000mm,继续求垂足；
返回T的数组B[]索引，生成新的数组，从T开始扫描，第一个和Ld插值最小的点为预瞄点，即控制点到B(n)的距离大于等于Ld的点，为预瞄点。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述转向控制量计算模块包括：
曲率半径计算模块，用于根据正弦定理得曲率半径R：
R＝Ld/2*sinα
舵轮转角计算模块，用于当AGV机构类型为单舵轮机构时，计算单舵轮机构的舵轮转角：
根据简化阿克曼车辆模型，舵轮转角δ表示为：
δ＝arctan(L/R)
联立曲率半径和舵轮转角公式得:
δ＝arctan(2*L*sinα/Ld)
其中，Ld为预瞄距离，α为车正方向与线CD的夹角，线CD为控制点与预瞄点连线，L为控制点到转向点距离；
角速度计算模块，用于当AGV机构类型为差速机构时，计算差速机构的角速度：
根据角速度与速度间关系：
ω＝V/R
联立曲率半径和角速度公式得：
ω＝2*sinα*V/Ld
其中，V为AGV终端的运行速度。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述行驶控制模块包括：
单舵轮机构行驶控制模块，以AGV终端两后轮轴线中心点为控制点，前舵轮中心点为转向点，通过控制舵轮转角δ，沿着经过预瞄点的圆弧行驶；
差速机构行驶控制模块，以AGV终端两差速轮轴线中心点为控制点，通过控制角速度ω，沿着经过预瞄点的圆弧行驶。
第三方面，本发明实施例提供的一种AGV的贝塞尔曲线控制系统，包括：
路径绘制软件，用于使用贝塞尔曲线绘制所有预设路径；
监控端，用于创建任务、显示调度信息和地图信息；
服务器，用于根据任务信息和AGV终端位置信息及状态信息生成调度信息并进行任务路径规划；
服务器，还用于将调度信息和任务路径下发给执行任务的AGV终端；
AGV终端，采用上述所述的任意一种贝塞尔曲线控制AGV终端。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述服务器生成调度信息的过程为：根据任务信息、站台信息和车载AGV终端提供的车辆位置及状态信息，进行车辆调度。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述服务器进行任务路径规划的过程为：根据任务的实际需求及调度信息，采用最短路径规划算法并结合AGV终端位置信息从所有预设路径中选择最优路径作为任务路径。
本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：
本发明实施例的技术方案基于贝塞尔曲线跟踪和定点停靠，在传统方案的基础上从速度、精度和行车姿态平顺性三个方面进行优化，与现有AGV轨迹跟踪采用直线、圆弧的方法相比，解决了路径规划时存在的路径不平顺(曲率不连续)问题，采用改进型的纯跟踪策略，使得AGV能够在保证精度的基础下，已较高的速度平顺运行，极大提高了单机运行效率。同样，改进型的纯跟踪策略适用于多种不同AGV驱动机构类型。
本发明使用平滑性更强的贝塞尔曲线进行路径绘制，AGV终端接收到任务路径后，对任务路径(目标曲线)进行跟踪控制，控制周期为50ms左右，单周期内根据定位、车辆、目标路径等信息，采用改进型的纯跟踪法方法，针对不同的驱动机构类型，调整单舵轮机构的舵轮转向角度或差速机构的角速度，保证单段内跟踪精度，并且采用段间后瞻处理，提前转角策略，保证了整个任务路径下的跟踪误差小，速度高和行车姿态平顺，进而提高了单车效率。
附图说明：
图1是根据一示例性实施例示出的一种AGV的贝塞尔曲线控制方法的流程图；
图2是根据一示例性实施例示出的一种单舵轮机构AGV曲线控制的示意图；
图3是根据一示例性实施例示出的一种差速机构AGV曲线控制的示意图；
图4是根据一示例性实施例示出的一种贝塞尔曲线控制AGV终端的结构图；
图5是根据一示例性实施例示出的一种AGV的贝塞尔曲线控制系统的结构图；
图6是根据一示例性实施例示出的一种利用本发明方法执行运动型任务的流程图；
图7是根据一示例性实施例示出的一种对单个任务路径段进行轨迹跟踪的流程图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
图1是根据一示例性实施例示出的一种AGV的贝塞尔曲线控制方法的流程图。如图1所示，本发明实施例提供的一种AGV的贝塞尔曲线控制方法，包括以下步骤：
使用贝塞尔曲线绘制所有预设路径；
根据任务信息和AGV终端位置信息及状态信息生成调度信息并进行任务路径规划；
将调度信息和任务路径下发执行任务的AGV终端；
获取任务路径并读取各个任务路径段几何信息；
对单个任务路径段进行轨迹跟踪。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述使用贝塞尔曲线绘制所有预设路径的过程为根据实际运行路线所需，在全局坐标系下，通过组合基本图形元素和站台元素绘制所有可执行的路径，并标注站台信息。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述生成调度信息过程为：根据任务信息、站台信息和车载AGV终端提供的车辆位置及状态信息，进行车辆调度。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述进行任务路径规划的过程为：根据任务的实际需求及调度信息，采用最短路径规划算法并结合AGV终端位置信息从所有预设路径中选择最优路径作为任务路径。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述对单个任务路径段进行轨迹跟踪的过程包括以下步骤：
S1，根据当前AGV终端运行速度，计算预瞄距离Ld；
S2，找寻预瞄点；
S3，根据预瞄点坐标计算不同AGV机构类型的转向控制量，其中：单舵轮机构的转向控制量为舵轮转角；差速机构的转向控制量为角速度；
S4，通过控制转向控制量，控制AGV沿着经过预瞄点的圆弧行驶
作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤1中，预瞄距离Ld的计算公式为:
Ld＝K(A*V2+B*V+C)
其中，A＝1/(2*a_max)，a_max为车辆最大制动加速度；B为车辆遇到异常反应时反应行驶距离；C为最小转弯半径；V为AGV终端的运行速度。参数A、B、C均为定值，改进型纯跟踪法中，K(0～1)为预瞄距离补偿系数，针对不同最小曲率半径Rmax的贝线，采用不同数值和不同最高速度Vmax限制。Rmax越大，K、Vmax越大。实际应用取值，已Rmax＝1000mm为界限，比之大K取值0.39，最高速限制取值1m/s；比之小，K取值0.2,最高速限制0.35m/s；Rmax、K、Vmax-根据复杂环境变化微调。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤S2的具体过程为：根据AGV终端位置信息，得到控制点坐标(Cx,Cy)；以控制点坐标(Cx,Cy)为圆心，以预瞄距离Ld为半径画预瞄圆，求取预瞄圆与曲线交点，作为预瞄点。
作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤S2中，求取预瞄圆与曲线交点的过程为：
按照一定打散数量，将t在范围[0,1]间均匀打散，以三阶贝塞尔曲线举例(此例为更好理解判断，不作为限定本发明的条件)，采用三阶贝塞尔曲线方程分别求取对应B(t)点：
B(t)＝P0*(1-t)^3+3*P1*t*(1-t)^2+3*P2*t^2*(1-t)+P3*t^3
其中，t为曲线长度比例，t∈[0,1]，p0为起始点，p1为控制点1，p2为控制点2，p3为终止点；
将B(t)点预存数组B[]中；
计算(Cx,Cy)与B(t)点间距，求取最短距离dmin，对应的点为垂足T；
如果最短距离dmin>120mm且当前车速大于0.35m/s,则减速为0.35m/s,如果dmin+>Ld,预瞄圆与跟踪曲线相离,则将dmin放大1.2倍,最大1000mm,继续求垂足；如果无垂足,轨迹跟踪误差超限，则停车制动，不进行后续计算。
返回T的数组B[]索引，生成新的数组，从T开始扫描，第一个和Ld插值最小的点为预瞄点，即控制点到B(n)的距离大于等于Ld的点为预瞄点，即控制点到B(n)的距离大于等于Ld的点，为预瞄点。如果单段内无交点，为了更好的进行曲线与后端过渡，提前转向，进行后瞻处理。
作为本实施例一种可能的实现方式，在求取预瞄圆与曲线交点的过程中，如果单个任务路径段内无交点，提前转向，进行后瞻处理，计算求取下一任务路径内预瞄圆与曲线交点；如果在后一任务路径段末尾仍无交点，则后瞻后一段终点沿终点切线方向形成的射线。
如果当前曲线段(任务路径段)无交点，则进行后瞻处理，计算步骤与段内相同。如果在后一段末尾仍无交点，则后瞻后一段终点沿终点切线方向形成的射线。采用后瞻处理，使得轨迹跟踪控制时，段与段衔接更加平滑；进行提前转动舵轮或调整角速度，达到了整体平滑的控制效果。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤S3的过程为：已知条件(Dx,Dy)为规划路径上的预瞄点，(Cx,Cy)为车辆当前位置，Ld为预瞄距离，即控制点与预瞄点连线CD距离，α为车正方向与线CD的夹角，L为控制点到转向点距离。
下面针对AGV不同驱动机构，分别计算转向控制量。
根据正弦定理得曲率半径R：
R＝Ld/2*sinα
当AGV机构类型为单舵轮机构时，计算舵轮转角：
根据简化阿克曼车辆模型，舵轮转角δ表示为：
δ＝arctan(L/R)
联立公式得出:
δ＝arctan(2*L*sinα/Ld)
其中，Ld为预瞄距离，α为车正方向与线CD的夹角，线CD为控制点与预瞄点连线，L为控制点到转向点距离。
当AGV机构类型为差速机构时据，计算角速度：
根据角速度与速度间关系：
ω＝V/R
联立公式得：
ω＝2*sinα*V/Ld
其中，Ld为预瞄距离，α为车正方向与线CD的夹角，线CD为控制点与预瞄点连线，V为AGV终端的运行速度。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤S4的过程为：采用改进型纯跟踪法，适用于不同驱动机构：单舵轮机构，以AGV终端两后轮轴线中心点为控制点，前舵轮中心点为转向点，通过控制舵轮转角δ，沿着经过预瞄点的圆弧行驶，在几何学角度，控制模型如图2所示。差速机构，以AGV终端两差速轮轴线中心点为控制点，通过控制角速度ω，沿着经过预瞄点的圆弧行驶，在几何学角度，控制模型如图3所示。
采用改进型纯跟踪法优点:(1)满足AGV现有运行速度下得轨迹跟踪精度要求；实验数据：车速0～1m/s，曲线轨迹跟踪稳定距离误差满足±50mm，角度误差在±3°，低速曲线精确对接段位置误差满足±30mm，角度误差在±2°，定点停靠精度距离误差满足±10mm，角度误差在±1°；(2)实现AGV在整个跟踪轨迹，顺畅运行，无抖动。本发明采用改进型的纯跟踪法方法，针对不同的驱动机构类型，调整单舵轮机构的舵轮转向角度或差速机构的角速度，保证单段内跟踪精度，并且采用段间后瞻处理，提前转角策略，保证了整个任务路径下的跟踪误差小，速度高和行车姿态平顺，进而提高了单车效率。
图4是根据一示例性实施例示出的一种贝塞尔曲线控制AGV终端的结构图。如图4所示，本发明实施例提供的本发明实施例提供的一种贝塞尔曲线控制AGV终端，包括：
任务路径获取模块，用于获取任务路径并读取各个任务路径段几何信息；
轨迹跟踪模块，用于对单个任务路径段进行轨迹跟踪。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述轨迹跟踪模块包括：
预瞄距离计算模块，用于根据当前AGV终端运行速度，计算预瞄距离Ld；
预瞄点找寻模块，用于找寻预瞄点；
转向控制量计算模块，用于根据预瞄点坐标计算不同AGV机构类型的转向控制量，其中：单舵轮机构的转向控制量为舵轮转角；差速机构的转向控制量为角速度；
行驶控制模块，用于通过控制转向控制量，控制AGV沿着经过预瞄点的圆弧行驶。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述预瞄距离Ld的计算公式为:
Ld＝K(A*V2+B*V+C)
其中，A＝1/(2*a_max)，a_max为车辆最大制动加速度；B为车辆遇到异常反应时反应行驶距离；C为最小转弯半径；V为AGV终端的运行速度。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述预瞄点找寻模块根据AGV终端位置信息，得到控制点坐标(Cx,Cy)；以控制点坐标(Cx,Cy)为圆心，以预瞄距离Ld为半径画预瞄圆，求取预瞄圆与曲线交点，作为预瞄点。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述预瞄点找寻模块求取预瞄圆与曲线交点的过程为：
按照一定打散数量，将t在范围[0,1]间均匀打散，采用贝塞尔曲线方程分别求取对应B(t)点；
将B(t)点预存数组B[]中；
计算(Cx,Cy)与B(t)点间距，求取最短距离dmin，对应的点为垂足T；
如果最短距离dmin>120mm且当前车速大于0.35m/s,则减速为0.35m/s,如果dmin>Ld,预瞄圆与跟踪曲线相离,则将dmin放大1.2倍,最大1000mm,继续求垂足；
返回T的数组B[]索引，生成新的数组，从T开始扫描，第一个和Ld插值最小的点为预瞄点，即控制点到B(n)的距离大于等于Ld的点，为预瞄点。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述转向控制量计算模块包括：
曲率半径计算模块，用于根据正弦定理得曲率半径R：
R＝Ld/2*sinα
舵轮转角计算模块，用于当AGV机构类型为单舵轮机构时，计算单舵轮机构的舵轮转角：
根据简化阿克曼车辆模型，舵轮转角δ表示为：
δ＝arctan(L/R)
联立曲率半径和舵轮转角公式得:
δ＝arctan(2*L*sinα/Ld)
其中，Ld为预瞄距离，α为车正方向与线CD的夹角，线CD为控制点与预瞄点连线，L为控制点到转向点距离；
角速度计算模块，用于当AGV机构类型为差速机构时，计算差速机构的角速度：
根据角速度与速度间关系：
ω＝V/R
联立曲率半径和角速度公式得：
ω＝2*sinα*V/Ld
其中，V为AGV终端的运行速度。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述行驶控制模块包括：
单舵轮机构行驶控制模块，以AGV终端两后轮轴线中心点为控制点，前舵轮中心点为转向点，通过控制舵轮转角δ，沿着经过预瞄点的圆弧行驶；
差速机构行驶控制模块，以AGV终端两差速轮轴线中心点为控制点，通过控制角速度ω，沿着经过预瞄点的圆弧行驶。
图5是根据一示例性实施例示出的一种AGV的贝塞尔曲线控制系统的结构图。如图5所示，本发明实施例提供的本发明实施例提供的一种AGV的贝塞尔曲线控制系统，包括：
路径绘制软件，用于使用贝塞尔曲线绘制所有预设路径；
监控端，用于创建任务、显示调度信息和地图信息；
服务器，用于根据任务信息和AGV终端位置信息及状态信息生成调度信息并进行任务路径规划；
服务器，还用于将调度信息和任务路径下发给执行任务的AGV终端；
AGV终端，采用上述所述的任意一种贝塞尔曲线控制AGV终端。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述服务器生成调度信息的过程为：根据任务信息、站台信息和车载AGV终端提供的车辆位置及状态信息，进行车辆调度。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述服务器进行任务路径规划的过程为：根据任务的实际需求及调度信息，采用最短路径规划算法并结合AGV终端位置信息从所有预设路径中选择最优路径作为任务路径。
传统AGV路径绘制软件使用直线和圆规划路径，基本图形元素单一，且受直线、圆图形本身的条件限制；本发明采用贝塞尔曲线绘制图形，结合贝塞尔曲线本身优势，有效解决以下问题：
1、使用传统基本图形元素绘制复杂路径比较繁琐，尤其是圆弧，传统采用三点法、起点圆心角度法等，保证圆弧前后段相切，绘制图形比较困难增加现场人员路径规划周期；且圆弧和直线，绘制复杂的曲线非常复杂，降低了预设路径规划的灵活性、可行性；三阶贝塞尔曲线存在四个控制点，起点切线第一和第二连线，终点切线为第三、第四连线，可实现；贝塞尔曲线由于其绘制复杂曲线的优势，技术成熟应用于复杂图形绘制，可以有效解决上述问题。
2、从运动学角度，车辆运动模型，单舵轮或差速车辆行走轨迹为圆弧；随着曲率变化，控制转向控制量随之调整，曲率变化性大会造成调整不及时，误差增大；直线、圆图形本身，曲率比较单一，直线曲率为无穷小，圆曲率为半径倒数，均为固定值，造成规划出路径，段间曲率变化大；贝塞尔曲线，曲率渐变，绘制灵活性高，段间曲率变化性小且连续。
AGV终端接收到任务路径后，进行轨迹跟踪。单个控制周期内，属于开环控制，根据定位反馈获取当前位置和行进角度，与跟踪轨迹、车辆当前线速度等结合，根据纯跟踪法计算舵轮转角或角速度，输出给底层驱动，实时控制舵轮转角或角速度，直到运动到指定目标点。
实现本发明所述曲线控制方法的完整的AGV软件系统，包含服务器、监控端、路径绘制软件和AGV终端。服务器根据实际运行路线所需，规划预设路径，形成解决方案。服务器加载解决方案，获取AGV运行轨迹，结合车辆反馈的位置、状态等信息，进行任务路径规划、车辆调度等，生成AGV从当前位置到目标位置，包括取放货的任务路径，并将方案路径图在监控端上显示。监控端创建任务，服务器根据任务信息，结合调度及最短路径规划算法，生成任务路径，通过以太网，下发给AGV终端。AGV终端获取任务路径读取各个任务路径段几何信息，并对单个任务路径段进行轨迹跟踪。
进行定位建图后，获取可运行区域，然后采点，使用路径绘制工具，使用贝塞尔曲线规划平顺的路径；通过路径绘制软件，在全局坐标系下，通过基本图形元素和站台等元素组合绘制，形成完整的AGV运行轨迹，导出成适用于服务器加载的解决方案，供服务器使用。
服务器根据解决方案中运行轨迹，站台等信息及AGV车载段提供的车辆位置、状态信息，完成AGV的调度，具体路径规划，任务派发等功能。
本发明主要用于改善跟踪曲线路径时得位姿误差，并保证跟踪路径跟踪得平滑、稳定。
任务包含各种子任务，子任务可以分为运动型、非运动型。非运动型类似，控制货叉移动、控制滚筒滚动等，车辆不移动；运动型任务包含曲线、直线等任务，车载控制车辆移动；
AGV终端依次执行单个任务路径段，首先获取当前任务段几何信息及下一段任务段几何信息(获取下一段几何信息，是为了在线路连接处提前转角)，然后进入当前段控制循环，直至离开当前任务段；任务段跟踪，直至停车。
单次控制循环(当前段控制循环)运算步骤如下：
根据自主研发的定位系统获取车辆位置信息，根据底层反馈获取车辆行驶速度等信息。
根据车辆位置信息、当前段任务段和下一任务段几何信息、车辆信息根据改进型纯跟踪法计算舵轮转角。
控制车辆高速平顺运行，实时转角。
执行运动型任务，具体流程如图6所示，本发明主要用于改善跟踪曲线路径时得位姿误差，并保证整个路径跟踪得平滑性。
在单个运动任务内，具体流程如图7所示，在改进型纯跟踪法中，改善预瞄距离计算公式，使得AGV在运行速度(0～1m/s)下，跟踪曲线，跟踪效果理想，曲线轨迹跟踪稳定距离误差满足±50mm，角度误差在±3°，低速曲线精确对接段位置误差满足±30mm，角度误差在±2°，定点停靠精度距离误差满足±10mm，角度误差在±1°的误差要求。
在相邻的任务间，在改进型纯跟踪法中，计算预瞄点时，采用后瞻处理的计算方法，使得AGV快速进行任务间的过渡，提前转动运行方向，减小由于任务之间，造成转向剧烈问题。消除由此带来的AGV不稳定，甚至抖动、脱离路线问题。达到任务整体运行的平顺、稳定要求。
以上所述只是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视作为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种AGV的贝塞尔曲线控制方法，其特征是，包括以下步骤：
使用贝塞尔曲线绘制所有预设路径；
根据任务信息和AGV终端位置信息及状态信息生成调度信息并进行任务路径规划；
将调度信息和任务路径下发执行任务的AGV终端；
获取任务路径并读取各个任务路径段几何信息；
对单个任务路径段进行轨迹跟踪。
2.根据权利要求1所述的AGV的贝塞尔曲线控制方法，其特征是，所述生成调度信息过程为：根据任务信息、站台信息和车载AGV终端提供的车辆位置及状态信息，进行车辆调度。
3.根据权利要求1所述的AGV的贝塞尔曲线控制方法，其特征是，所述进行任务路径规划的过程为：根据任务的实际需求及调度信息，采用最短路径规划算法并结合AGV终端位置信息从所有预设路径中确定最优路径作为任务路径。
4.根据权利要求1所述的AGV的贝塞尔曲线控制方法，其特征是，所述对单个任务路径段进行轨迹跟踪的过程包括以下步骤：
S1，根据当前AGV终端运行速度，计算预瞄距离Ld；
S2，找寻预瞄点；
S3，根据预瞄点坐标计算不同AGV机构类型的转向控制量，其中：单舵轮机构的转向控制量为舵轮转角；差速机构的转向控制量为角速度；
S4，通过控制转向控制量，控制AGV沿着经过预瞄点的圆弧行驶。
5.根据权利要求4所述的AGV的贝塞尔曲线控制方法，其特征是，在步骤1中，预瞄距离Ld的计算公式为:
Ld＝K(A*V2+B*V+C)
其中，A＝1/(2*a_max)，a_max为车辆最大制动加速度；B为车辆遇到异常反应时反应行驶距离；C为最小转弯半径；V为AGV终端的运行速度。
6.根据权利要求5所述的AGV的贝塞尔曲线控制方法，其特征是，所述步骤S2的具体过程为：根据AGV终端位置信息，得到控制点坐标(Cx,Cy)；以控制点坐标(Cx,Cy)为圆心，以预瞄距离Ld为半径画预瞄圆，求取预瞄圆与曲线交点，作为预瞄点。
7.根据权利要求6所述的AGV的贝塞尔曲线控制方法，其特征是，在步骤S2中，求取预瞄圆与曲线交点的过程为：
按照一定打散数量，将t在范围[0,1]间均匀打散，采用贝塞尔曲线方程分别求取对应B(t)点；
将B(t)点预存数组B[]中；
计算(Cx,Cy)与B(t)点间距，求取最短距离dmin，对应的点为垂足T；
如果最短距离dmin>120mm且当前车速大于0.35m/s,则减速为0.35m/s,如果dmin>Ld,预瞄圆与跟踪曲线相离,则将dmin放大1.2倍,最大1000mm,继续求垂足；
返回T的数组B[]索引，生成新的数组，从T开始扫描，第一个和Ld插值最小的点为预瞄点，即控制点到B(n)的距离大于等于Ld的点，为预瞄点。
8.根据权利要求7所述的AGV的贝塞尔曲线控制方法，其特征是，所述步骤S3的过程为：
根据正弦定理得曲率半径R：
R＝Ld/2*sinα
当AGV机构类型为单舵轮机构时，计算单舵轮机构的舵轮转角：
根据简化阿克曼车辆模型，舵轮转角δ表示为：
δ＝arctan(L/R)
联立曲率半径和舵轮转角公式得:
δ＝arctan(2*L*sinα/Ld)
其中，Ld为预瞄距离，α为车正方向与线CD的夹角，线CD为控制点与预瞄点连线，L为控制点到转向点距离；
当AGV机构类型为差速机构时，计算差速机构的角速度：
根据角速度与速度间关系：
ω＝V/R
联立曲率半径和角速度公式得：
ω＝2*sinα*V/Ld
其中，V为AGV终端的运行速度。
9.根据权利要求8所述的AGV的贝塞尔曲线控制方法，其特征是，所述步骤S4的过程为：
对于单舵轮机构，以AGV终端两后轮轴线中心点为控制点，前舵轮中心点为转向点，通过控制舵轮转角δ，沿着经过预瞄点的圆弧行驶；
对于差速机构，以AGV终端两差速轮轴线中心点为控制点，通过控制角速度ω，沿着经过预瞄点的圆弧行驶。
10.根据权利要求7所述的AGV的贝塞尔曲线控制方法，其特征是，在求取预瞄圆与曲线交点的过程中，如果单个任务路径段内无交点，提前转向，进行后瞻处理，计算求取下一任务路径内预瞄圆与曲线交点；如果在后一任务路径段末尾仍无交点，则后瞻后一段终点沿终点切线方向形成的射线。
11.一种贝塞尔曲线控制AGV终端，其特征是，包括：
任务路径获取模块，用于获取任务路径并读取各个任务路径段几何信息；
轨迹跟踪模块，用于对单个任务路径段进行轨迹跟踪。
12.根据权利要求11所述的贝塞尔曲线控制AGV终端，其特征是，所述轨迹跟踪模块包括：
预瞄距离计算模块，用于根据当前AGV终端运行速度，计算预瞄距离Ld；
预瞄点找寻模块，用于找寻预瞄点；
转向控制量计算模块，用于根据预瞄点坐标计算不同AGV机构类型的转向控制量，其中：单舵轮机构的转向控制量为舵轮转角；差速机构的转向控制量为角速度；
行驶控制模块，用于通过控制转向控制量，控制AGV沿着经过预瞄点的圆弧行驶。
13.一种AGV的贝塞尔曲线控制系统，其特征是，包括：
路径绘制软件，用于使用贝塞尔曲线绘制所有预设路径；
监控端，用于创建任务、显示调度信息和地图信息；
服务器，用于根据任务信息和AGV终端位置信息及状态信息生成调度信息并进行任务路径规划；
服务器，还用于将调度信息和任务路径下发给执行任务的AGV终端；
AGV终端，包括如权利要求11或12所述的贝塞尔曲线控制AGV终端。
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