CN111580520B - 基于二维码导航的四轮转向agv轨迹纠偏方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于二维码导航的四轮转向AGV轨迹纠偏方法，包括：获取二维码中的AGV姿态偏差数据；计算AGV控制转向电机进行偏角矫正时的第一角度偏移和位移矫正时的第一位移偏移；判断AGV姿态偏差数据和第一角度偏移判断是否保持转盘最大角度预设时间后转回，生成偏角纠正电机速度控制曲线；根据AGV姿态偏差数据和第一位移偏移判断是否保持转盘最大角度预设时间后转回，生成偏移纠正电机速度控制曲线；利用转向电机和驱动电机的速度曲线和偏移纠正电机速度控制曲线对电机进行速度控制。该方法能够根据初始偏移和AGV的固有参数规划一条合适的纠偏路径，并得到四个驱动电机和四个驱动电机的速度曲线，完成运动纠偏。

Description

基于二维码导航的四轮转向AGV轨迹纠偏方法

技术领域

本发明涉及移动机器人运动控制技术领域，特别涉及一种基于二维码导航的四轮转向AGV轨迹纠偏方法。

背景技术

目前AGV(Automated Guided Vehicle,自动引导小车)凭借其机动性强、可控性强、工作效率高、节约时间和人力资源等优势，已经广泛应用于仓储物流、智能泊车等领域。根据其转向驱动方式可分为差速驱动AGV、麦克拉姆轮AGV，舵轮驱动转向AGV等，其中舵轮驱动转向AGV与汽车转向方式相似，可分为前轮转向、后轮转向和四轮转向等方式，通过转动轮组来实现转向，由于AGV运动过程中角速度无法突变，其控制难度较大，尤其四轮转向四轮驱动AGV，其运动学模型复杂，运动控制难度更大。

而AGV常用的定位导航方式通常有磁导航、二维码导航、色带导航、激光雷达导航等，除二维码外，其他的导航方式基本可以连续获得导航数据，可通过PID反馈调节等方式来进行运动控制，而二维码导航方式只能通过布置的二维码点阵获得位置信息，其获得的位置信息不连贯，需要在二维码之间的无反馈区域对AGV进行运动纠偏，防止AGV走出下一个二维码视野丢失位置信息。

相关技术中，公开了一种基于二维码导航共线双舵轮AGV路线纠偏方法及系统，其采用前后两舵轮转向方式，通过先纠正偏角后纠正偏移的方式进行反馈纠正，其反馈数据为前后舵轮的速度和舵角，通过反馈数据得到AGV实时的角速度和速度，从而推算出AGV的运动情况，实时反馈完成纠偏。但此种方式对于四轮转向四轮驱动AGV并不适用，由于可能产生滑移，已知四轮状态也难以准确推算AGV的运动状态，故此种反馈矫正并不适用。

因此，四轮转向四轮驱动AGV采用二维码导航且无法实时且精确地得到位置信息反馈时，如何有效地完成运动纠偏，成为运动控制的一大难题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种基于二维码导航的四轮转向AGV轨迹纠偏方法，该方法能够在无法实时获得位置信息反馈的情况下，得到某时刻的位置偏置信息，开环完成运动纠偏。

为达到上述目的，本发明实施例提出了基于二维码导航的四轮转向AGV轨迹纠偏方法，包括以下步骤：步骤S101，获取二维码中的AGV姿态偏差数据，其中，所述AGV姿态偏差数据包括第一角度偏角Δα和第一位置偏角Δd；步骤S102，采用五次曲线作为转向电机控制曲线，根据所述转向电机控制曲线计算出AGV控制转向电机进行偏角矫正产生的第一角度偏移α₀和位移矫正产生的第一位移偏移d₀；步骤S103，根据所述第一角度偏角Δα和所述第一角度偏移α₀判断是否需要保持转盘最大角度θ_max预设时间后转回，生成相应的偏角纠正电机速度控制曲线，并计算偏角纠正后的第二位置偏移Δd'；步骤S104，根据所述第二位置偏移Δd'和所述第一位移偏移d₀判断是否需要保持转盘最大角度θ_max预设时间后转回，生成相应的偏移纠正电机速度控制曲线；步骤S105，利用所述转向电机和驱动电机的速度曲线和所述偏移纠正电机速度控制曲线对电机进行速度控制，完成运动纠偏。

本发明实施例的基于二维码导航的四轮转向AGV轨迹纠偏方法，采用二维码导航的AGV，能够在无法实时获得位置信息反馈的情况下，得到某时刻的位置偏置信息即可进行轨迹计算，开环完成运动纠偏；能够较为准确地计算AGV的纠偏轨迹和每个电机的速度曲线，在纠偏过程中同时完成AGV的状态预测。

另外，根据本发明上述实施例的基于二维码导航的四轮转向AGV轨迹纠偏方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S102进一步包括：结合电机最大加速度a_max、电机最大速度ω_max和所述转盘最大角度θ_max计算所述转向电机控制曲线和所述五次曲线达到的最大转盘转角θ_t；判断所述最大转盘转角θ_t是否大于转盘最大角度α_max，若是，则使用所述电机最大加速度a_max和所述转盘最大角度θ_max计算新的转向电机控制曲线；若不是，则在所述五次曲线加速完成后，先保持所述电机最大速度ω_max，后达到转角，所述转向电机控制曲线分为加速-匀速-减速的过程。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S103进一步包括：判断所述第一角度偏角Δα是否大于两倍的所述第一角度偏移α₀；若是，则所述步骤S101中转向电机控制曲线纠偏过度，根据所述第一角度偏角Δα重新规划所述转向电机控制曲线；若不是，则所述步骤S101中转向电机控制曲线恰好或不足以完成纠偏，根据所述第一角度偏角Δα、所述第一角度偏移α₀和转盘最大角度θ_max计算最大速度保持时间，生成所述偏角纠正电机速度控制曲线。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在偏角纠正过程中，AGV四个轮组的实时角度和速度大小方向不一致。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S103还包括：根据所述转向电机控制曲线的实时积分得到转盘实时角度；处理所述转盘实时角度、AGV几何参数和AGV预设线速度，得到驱动电机实时速度以及AGV的实时角速度，根据所述AGV的实时角速度得到整车实时角度以及实时坐标位置，以计算完成偏角纠正后的第二位置偏移Δd'。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S104进一步包括：判断所述第二位置偏差Δd'是否大于两倍的所述第一位置偏移d₀；若是，则所述步骤S101中转向电机控制曲线纠偏过度，根据所述第二位置偏移Δd'重新规划所述转向电机控制曲线；若不是，则所述步骤S101中转向电机控制曲线恰好或不足以完成纠偏，根据所述第二位置偏移Δd'、所述第一位移偏移d₀和转盘最大角度θ_max计算最大速度保持时间，生成所述偏移纠正电机速度控制曲线。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在偏移纠正过程中，AGV的四个轮组的实时角度和速度大小方向一致。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S104还包括：根据所述转向电机控制曲线的实时积分得到转盘实时角度；处理所述转盘实时角度、AGV几何参数和AGV预设线速度，得到AGV沿x轴和y轴方向的速度，对所述AGV预设线速度积分得到AGV实时坐标位置。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的基于二维码导航的四轮转向AGV轨迹纠偏方法的流程图；

图2为步骤S102中未达最大转速的转向电机控制曲线示意图；

图3为步骤S102中达到最大转速的转向电机控制曲线示意图；

图4为步骤S103中的AGV状态示意图；

图5为步骤S103中的计算流程图；

图6为步骤S104中的AGV状态示意图；

图7为步骤S104中的计算流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于二维码导航的四轮转向AGV轨迹纠偏方法。

图1是本发明一个实施例的基于二维码导航的四轮转向AGV轨迹纠偏方法的流程图。

如图1所示，该基于二维码导航的四轮转向AGV轨迹纠偏方法包括以下步骤：

在步骤S101中，获取二维码中的AGV姿态偏差数据，其中，AGV姿态偏差数据包括第一角度偏角Δα和第一位置偏角Δd。

也就是说，步骤S101为获取AGV姿态偏差数据，优选地，采用摄像头扫描地面布置的二维码得到AGV的姿态偏差数据，包括第一角度偏差Δα和第一位置偏差Δd。

在步骤S102中，采用五次曲线作为转向电机控制曲线，根据转向电机控制曲线计算出AGV控制转向电机进行偏角矫正产生的第一角度偏移α₀和位移矫正产生的第一位移偏移d₀。

也就是说，步骤S102为计算转向电机控制曲线，其中，采用五次曲线作为电机的控制曲线，其曲线方程为：

其中，θ为角度，w为角速度，a为角加速度，t为时间，a₀～a₅为多项式系数。

步骤S102具体执行过程为：首先结合结合电机最大加速度a_max、电机最大速度ω_max和转盘最大角度θ_max计算转向电机控制曲线，得到五次曲线中的系数a₀～a₅、时间t和曲线可达到的最大转盘转角θ_t。

再判断是否需要保持速度一段时间才能转到最大角度：

若最大转盘转角θ_t大于转盘最大角度α_max，则改用电机最大加速度a_max和转盘最大角度θ_max计算电机曲线，得到曲线方程中的系数a₀～a₅、时间t和曲线最大速度

采用新的电机控制曲线，如图2所示。

更为具体地，曲线计算的方程组为：

若最大转盘转角θ_t小于最大转盘转角θ_t，则在五次曲线加速完成后保持电机最大速度ω_max一段时间以达到转角，则整段曲线时间t为：

其中等式右边t和θ_t为公式x中计算所得，

为加速到最大速度后保持最大速度的时间，其前后的速度曲线采用五次曲线的前后半段，整段速度曲线分为加速-匀速-减速三段，如图3所示。

最后，根据所得转向电机控制曲线计算出AGV采用该曲线控制转向电机进行偏角矫正产生的第一角度偏移α₀和位移矫正产生的第一位移偏移d₀。

在步骤S103中，根据第一角度偏角Δα和第一角度偏移α₀判断是否需要保持转盘最大角度θ_max预设时间后转回，生成相应的偏角纠正电机速度控制曲线，并计算偏角纠正后的第二位置偏移Δd'。

也就是说，步骤S103为计算偏角纠正过程，得到偏角纠正过程中转向电机和驱动电机的速度曲线。

具体地，如图4所示，预设AGV绕外部某点存在以角速度w旋转，同时其切线方向线速度为v。

根据第一角度偏角Δα和第一角度偏移α₀判断是否需要保持最大转角一段时间才能纠正到位，将纠正过程分为两种情况进行计算：

若Δα>2·a₀，则说明采用步骤S101中转向电机控制曲线会纠偏过度，即转向轮组转到某个小于转盘最大角度θ_max的角度再转回即可完成纠偏过程，则需要根据第一角度偏角Δα重新规划五次曲线。

若Δα≤2·a₀，则说明采用步骤S101中转向电机控制曲线能够刚好或者不足以完成纠偏，转向轮组转到最大角度保持一段时间后转回完成纠偏过程，转到最大角度和从最大角度回到初始位置均采用步骤S101中五次曲线，根据第一角度偏角Δα，第一角度偏移α₀以及转盘最大角度θ_max计算最大速度保持时间。

需要说明的是，整个角度纠正过程中AGV的四个轮组的实时角度和速度大小方向不一致，如图5所示，对转向电机速度曲线实时积分得转盘实时角度，根据转盘实时角度、AGV几何参数和AGV设定线速度计算可得驱动电机实时速度以及AGV的实时角速度，对AGV实时角速度和线速度积分可得整车实时角度以及实时坐标位置。最终计算出整个过程中结束后的第二位置偏差Δd'，此时第二角度偏差Δα‘＝0。

在步骤S104中，根据第二位置偏移Δd'和第一位移偏移d₀判断是否需要保持转盘最大角度θ_max预设时间后转回，生成相应的偏移纠正电机速度控制曲线。

简言之，步骤S104为计算偏移纠正过程，得到偏移纠正过程中转向电机和驱动电机的速度曲线。

具体地，如图6所示，预设AGV斜向形势，角速度为0，线速度为v。

根据第二位置偏差Δd'和第一位置偏移d₀判断是否需要保持最大转角一段时间才能纠正到位，将纠正过程分为两种情况进行计算：

若Δd'>2·d₀，则说明采用步骤S101中转向电机控制曲线纠偏过度，即转向轮组转到某个小于转盘最大角度θ_max的角度再转回即可完成纠偏过程，则需要根据第二位置偏移Δd'重新规划五次曲线。

若Δd'≤2·d₀，则说明采用步骤S101中转向电机控制曲线能够刚好或者不足以完成纠偏，转向轮组转到最大角度保持一段时间后转回完成纠偏过程，转到最大角度和从最大角度回到初始位置均采用步骤S101中五次曲线，保持时间根据第二位置偏移Δd'，第一位移偏移d₀以及转盘最大角度θ_max计算最大速度保持时间。

整个偏移纠正过程中AGV的四个轮组的实时角度和速度大小方向相同，如图5所示，速度为AGV设定线速度，对转向电机速度曲线实时积分得转盘实时角度，根据转盘实时角度、AGV几何参数和AGV设定线速度计算可得AGV沿x轴和y轴方向的速度，对速度积分可得AGV实时坐标位置。

在步骤S105中，利用转向电机和驱动电机的速度曲线和偏移纠正电机速度控制曲线对电机进行速度控制，完成运动纠偏。

综上，本发明实施例提出的基于二维码导航的四轮转向AGV轨迹纠偏方法，具有以下优点：

(1)本发明实施例针对采用二维码导航的AGV，能够在无法实时获得位置信息反馈的情况下，得到某时刻的位置偏置信息即可进行轨迹计算，能够开环完成运动纠偏；

(2)本发明实施例结合AGV的运动学分析和电机的速度曲线控制，能够较为准确地计算AGV的纠偏轨迹和每个电机的速度曲线，在纠偏过程中同时完成AGV的状态预测；

(3)本发明实施例本质上为开环的纠偏轨迹规划，但应用场景并不限制于二维码导航，同样也可适用于可获得实时位置信息反馈的场景，也可在实际应用过程中加入PID等反馈控制环节。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种基于二维码导航的四轮转向AGV轨迹纠偏方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S101，获取二维码中的AGV姿态偏差数据，其中，所述AGV姿态偏差数据包括第一角度偏角Δα和第一位置偏角Δd；

步骤S102，采用五次曲线作为转向电机控制曲线，结合电机最大加速度a_max、电机最大速度ω_max和所述转盘最大角度θ_max计算所述转向电机控制曲线和所述五次曲线达到的最大转盘转角θ_t；根据所述转向电机控制曲线计算出AGV控制转向电机进行偏角矫正产生的第一角度偏移α₀和位移矫正产生的第一位移偏移d₀，所述五次曲线方程为：

其中θ为角度，v为角速度，a为角加速度，t为时间，a₀～a₅为多项式系数；

步骤S103，根据所述第一角度偏角Δα和所述第一角度偏移α₀判断是否需要保持转盘最大角度θ_max预设时间后转回，生成相应的偏角纠正电机速度控制曲线，并计算偏角纠正后的第二位置偏移Δd'；

步骤S104，根据所述第二位置偏移Δd'和所述第一位移偏移d₀判断是否需要保持转盘最大角度θ_max预设时间后转回，生成相应的偏移纠正电机速度控制曲线；以及

步骤S105，利用转向电机和驱动电机的速度曲线和所述偏移纠正电机速度控制曲线对电机进行速度控制，完成运动纠偏。

2.根据权利要求1所述的基于二维码导航的四轮转向AGV轨迹纠偏方法，其特征在于，所述步骤S102进一步包括：

判断所述最大转盘转角θ_t是否大于转盘最大角度α_max，若是，则使用所述电机最大加速度a_max和所述转盘最大角度θ_max计算新的转向电机控制曲线；若不是，则在所述五次曲线加速完成后，先保持所述电机最大速度ω_max，后达到转角，所述转向电机控制曲线分为加速-匀速-减速的过程。

3.根据权利要求1所述的基于二维码导航的四轮转向AGV轨迹纠偏方法，其特征在于，所述步骤S103进一步包括：

判断所述第一角度偏角Δα是否大于两倍的所述第一角度偏移α₀；

若是，则所述步骤S101中转向电机控制曲线纠偏过度，根据所述第一角度偏角Δα重新规划所述转向电机控制曲线；

若不是，则所述步骤S101中转向电机控制曲线恰好或不足以完成纠偏，根据所述第一角度偏角Δα、所述第一角度偏移α₀和转盘最大角度θ_max计算最大速度保持时间，生成所述偏角纠正电机速度控制曲线。

4.根据权利要求1所述的基于二维码导航的四轮转向AGV轨迹纠偏方法，其特征在于，在偏角纠正过程中，AGV四个轮组的实时角度和速度大小方向不一致。

5.根据权利要求4所述的基于二维码导航的四轮转向AGV轨迹纠偏方法，其特征在于，所述步骤S103还包括：

根据所述转向电机控制曲线的实时积分得到转盘实时角度；

处理所述转盘实时角度、AGV几何参数和AGV预设线速度，得到驱动电机实时速度以及AGV的实时角速度，根据所述AGV的实时角速度得到整车实时角度以及实时坐标位置，以计算完成偏角纠正后的第二位置偏移Δd'。

6.根据权利要求1所述的基于二维码导航的四轮转向AGV轨迹纠偏方法，其特征在于，所述步骤S104进一步包括：

判断所述第二位置偏差Δd'是否大于两倍的所述第一位置偏移d₀；

若是，则所述步骤S101中转向电机控制曲线纠偏过度，根据所述第二位置偏移Δd'重新规划所述转向电机控制曲线；

若不是，则所述步骤S101中转向电机控制曲线恰好或不足以完成纠偏，根据所述第二位置偏移Δd'、所述第一位移偏移d₀和转盘最大角度θ_max计算最大速度保持时间，生成所述偏移纠正电机速度控制曲线。

7.根据权利要求1所述的基于二维码导航的四轮转向AGV轨迹纠偏方法，其特征在于，在偏移纠正过程中，AGV的四个轮组的实时角度和速度大小方向一致。

8.根据权利要求7所述的基于二维码导航的四轮转向AGV轨迹纠偏方法，其特征在于，所述步骤S104还包括：

根据所述转向电机控制曲线的实时积分得到转盘实时角度；

处理所述转盘实时角度、AGV几何参数和AGV预设线速度，得到AGV沿x轴和y轴方向的速度，对所述AGV预设线速度积分得到AGV实时坐标位置。

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