CN111830980B - 一种激光导航路径跟随方法 - Google Patents

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Abstract

一种激光导航路径跟随方法，包括位置环PID算法和角度环PID算法，角度环PID算法用于控制AVG的行驶方向与规划路径一致，位置环PID算法用于控制AVG的行驶位置在规划路径上面；本发明通过双PID算法共同控制AGV，达到控制系统稳定，实现精准控制的目的，从而保证AGV沿着规划路径行驶。

Description

一种激光导航路径跟随方法
技术领域
本发明涉及激光导航AGV技术领域，具体涉及一种激光导航路径跟随方法。
背景技术
随着我国的制造业企业纷纷推行自动化升级，自动化搬运设备AGV成为越来越多企业实现自动化物流的必备工具。激光导航AGV在大型工厂中可见，它的出现大大减少了人工劳动力；线路柔性变化、无需改变现场环境，得到了广大客户的一致认可。在应用现场环境中，可以清晰的看到激光导航AGV沿着虚拟路径实现前进、后退、左分叉、右分叉、加速、减速、遇到障碍物自主减速停车等动作。
激光导航AGV实现路径跟随功能，主要是把控制算法的运算结果输出到执行结构(伺服电机)，从而保证AGV沿着规划好的路径行驶。
在目前的激光导航AGV控制系统中，主要使用单个PID控制算法，控制起来将会出现若干问题，导致控制系统不稳定、控制精度误差大等。
发明内容
针对目前的激光导航AGV控制系统的单个PID控制算法，容易导致控制系统不稳定且控制精度误差大的问题，本发明的目的是提供一种激光导航路径跟随方法，旨在解决现有的控制系统单个PID控制算法导致系统不稳定且控制精度误差大的问题，本发明通过双PID算法共同控制AGV，达到控制系统稳定，实现精准控制的目的，从而保证AGV沿着规划路径行驶。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种激光导航路径跟随方法，用于AGV沿着规划路径行驶，所述AGV的车体类型为三轮车，所述AGV包括第一定向轮、第二定向轮以及舵轮，所述舵轮位于所述AGV的车头，所述第一定向轮和所述第二定向轮位于所述AGV的车尾，所述舵轮为执行机构，所述舵轮为所述AGV提供牵引及方向；
所述AGV的控制点定义为SO，所述SO为所述第一定向轮和所述第二定向轮连线的中点，所述SO的垂直线指向所述舵轮的方向为所述AGV的控制点角度值；所述SO在全局地图中产生X坐标值、Y坐标值以及当前角度值，所述X坐标值定位为VX，所述Y坐标值定义为VY，所述当前角度值定义为Vθ；所述规划路径为第一点和第二点组成的线段，所述第一点定义为SA，所述第二点定义为SB，所述线段定义为SAB，所述SAB在全局地图中的角度定义为Sθ，所述SO到所述SAB的垂直位移定位为SD，所述SAB与所述AVG当前角度的夹角定义为α；
所述跟随方法包括位置环PID算法和角度环PID算法，所述角度环PID算法用于控制所述AVG的行驶方向与所述线段方向一致，所述位置环PID算法用于控制所述AVG的行驶位置在所述线段上面；
所述位置环PID算法的目标值定义为SVD，所述位置环PID算法的输入值定义为PVD，所述位置环PID算法的输出值定义为MVD，所述位置环PID算法的比例参数定义为PD，所述位置环PID算法的积分参数定义为ID，所述位置环PID算法的微分参数定义为DD；所述角度环PID算法的目标值定义为SVH，所述角度环PID算法的输入值定义为PVH，所述角度环PID算法的输出值定位为MVH，所述角度环PID算法的比例参数定义为PH，所述角度环PID算法的积分参数定义为IH，所述角度环PID算法的微分参数定义为DH；
假设所述位置环PID算法的所述SVD等于零，所述位置环PID算法的所述PVD等于所述SD，所述角度环PID算法的所述SVH等于所述Sθ；
所述SVD与所述PVD的偏差作为所述位置环PID控制的输入，经过所述PD、所述ID以及所述DD的调整计算得出的所述MVD与所述Vθ之和，作为所述角度环PID算法的所述PVH，所述角度环PID算法的所述SVH与所述PVH的偏差，作为所述角度环PID控制的输入，经过所述PH、所述IH以及所述DH的调整计算得出的所述MVH即为所述舵轮的转向坐标值，所述舵轮根据所述转向坐标值调整所述AGV的行驶方向。
进一步地，所述AVG的当前行驶方向与规划的路径方向一致，所述AVG的控制点SO与规划的路径距离为零。
进一步地，所述跟随方法包括以下步骤：
S1：设SVD＝0，PVD＝SD，将所述SVD与所述PVD的偏差作为所述位置环PID控制的输入；
S2：所述SVD与所述PVD的偏差经过所述PD、所述ID和所述DD进行调整计算，得到所述MVD；
S3:令PVH＝MVD+Vθ，SVH＝Sθ；
S4：将所述SVH与所述PVH的偏差作为所述角度环PID控制的输入；
S5：所述SVH与所述PVH的偏差经过所述PH、所述IH和所述DH进行调整计算，得到所述MVH；
S6：所述MVH即为所述舵轮的转向坐标值，所述舵轮依据该坐标值调整所述AGV的行驶方向。
进一步地，所述AGV与所述规划路径之间有一定的距离时，通过所述位置环PID算法和所述角度环PID算法的运算将会产生一定量的运动矢量，所述运动矢量用MV表示，所述MV控制所述舵轮的电机往靠近所述规划路径的方向运动。
进一步地，所述MV与所述MVH相互作用控制所述舵轮的角度，以使所述AGV沿着所述规划路径行驶。
进一步地，所述AGV的行驶方向与所述规划路径方向一致且所述AGV在所述规划路径上行驶，则保持所述角度环PID算法的输出值。
进一步地，所述AGV的行驶方向与所述规划路径方向不一致或所述AGV没有在所述规划路径上行驶，则改变所述角度环PID算法的输出值。
具体地，所述α＝Sθ－Vθ。
本发明提供的一种激光导航路径跟随方法，包括位置环PID算法和角度环PID算法，角度环PID算法用于控制AVG的行驶方向与规划路径一致，位置环PID算法用于控制AVG的行驶位置在规划路径上面；与现有技术使用单PID算法控制AGV相比，本发明通过双PID算法共同控制AGV，达到控制系统稳定，实现精准控制的目的，从而保证AGV沿着规划路径行驶。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种激光导航路径跟随方法的路径规划示意图。
图2是本发明实施例提供的一种激光导航路径跟随方法的算法原理图。
图3是本发明实施例提供的一种激光导航路径跟随方法的算法步骤流程图。
图4是本发明实施例提供的一种激光导航路径跟随方法的控制流程图。
图5是本发明实施例提供的一种激光导航路径跟随方法的全局地图示意图。
上述附图中的标记为：1、AGV；10、第一定向轮；11、第二定向轮；12、舵轮；110、位置环PID算法；111、角度环PID算法。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
以下结合附图与具体实施例，对本发明的技术方案做详细的说明。
参照图1至图5，为本发明的较佳实施例。
参照图1和图2，本发明提供的一种激光导航路径跟随方法，用于AGV1沿着规划路径行驶，AGV的车体类型为三轮车，AGV1包括第一定向轮10、第二定向轮11以及舵轮12，舵轮12位于AGV1的车头，第一定向轮10和第二定向轮11位于AGV1的车尾，舵轮12为执行机构，舵轮12为AGV1提供牵引及方向；
AGV1的控制点定义为SO，SO为第一定向轮10和第二定向轮11连线的中点，SO的垂直线指向舵轮12的方向为AGV1的控制点角度值；SO在全局地图中产生X坐标值、Y坐标值以及当前角度值，X坐标值定位为VX，Y坐标值定义为VY，当前角度值定义为Vθ；规划路径为第一点和第二点组成的线段，第一点定义为SA，第二点定义为SB，该线段定义为SAB，SAB在全局地图中的角度定义为Sθ，SO到SAB的垂直位移定位为SD，SAB与AVG1当前角度的夹角定义为α；
该跟随方法包括位置环PID算法110和角度环PID算法111，角度环PID算法111用于控制AVG1的行驶方向与该线段方向一致，位置环PID算法110用于控制AVG1的行驶位置在该线段上面；
位置环PID算法110的目标值定义为SVD，位置环PID算法110的输入值定义为PVD，位置环PID算法110的输出值定义为MVD，位置环PID算法110的比例参数定义为PD，位置环PID算法110的积分参数定义为ID，位置环PID算法110的微分参数定义为DD；角度环PID算法111的目标值定义为SVH，角度环PID算法111的输入值定义为PVH，角度环PID算法111的输出值定位为MVH，角度环PID算法111的比例参数定义为PH，角度环PID算法111的积分参数定义为IH，角度环PID算法111的微分参数定义为DH；
假设位置环PID算法110的SVD等于零，位置环PID算法110的PVD等于SD，角度环PID算法111的SVH等于Sθ；
SVD与PVD的偏差作为位置环PID控制的输入，经过PD、ID以及DD的调整计算得出的MVD与Vθ之和，作为角度环PID算法111的PVH，角度环PID算法111的SVH与PVH的偏差，作为角度环PID控制的输入，经过PH、IH以及DH的调整计算得出的MVH即为舵轮12的转向坐标值，舵轮12根据转向坐标值调整AGV1的行驶方向。
上述提供的技术方案，包括位置环PID算法110和角度环PID算法111，角度环PID算法111用于控制AVG1的行驶方向与规划路径一致，位置环PID算法110用于控制AVG1的行驶位置在规划路径上面；与现有技术使用单PID算法控制AGV相比，本发明通过双PID算法共同控制AGV，达到控制系统稳定，实现精准控制的目的，从而保证AGV1沿着规划路径行驶。
具体地，α＝Sθ－Vθ。
具体地，全局地图坐标系(位置+角度)如图5所示，AGV1在当前位置信息示意值：X＝120，Y＝100，θ＝30°
作为本发明的一种实施方式，AVG1的当前行驶方向与规划的路径方向一致，AVG1的控制点SO与规划的路径距离为零。
作为本发明的一种实施方式，参照图2和图3，该跟随方法包括以下步骤：
S1：设SVD＝0，PVD＝SD，将SVD与PVD的偏差作为位置环PID控制的输入；
S2：SVD与PVD的偏差经过PD、ID和DD进行调整计算，得到MVD；
S3:令PVH＝MVD+Vθ，SVH＝Sθ；
S4：将SVH与PVH的偏差作为角度环PID控制的输入；
S5：SVH与PVH的偏差经过PH、IH和DH进行调整计算，得到MVH；
S6：MVH即为舵轮12的转向坐标值，舵轮12依据该坐标值调整AGV1的行驶方向。
作为本发明的一种实施方式，AGV1与规划路径之间有一定的距离时，通过位置环PID算法110和角度环PID算法111的运算将会产生一定量的运动矢量，该运动矢量用MV表示，MV控制舵轮12的电机往靠近规划路径的方向运动。
作为本发明的一种实施方式，MV与MVH相互作用控制舵轮12的角度，以使AGV1沿着规划路径行驶。
参照图4，该跟随方法的控制流程如下：
如果AGV1的行驶方向与规划路径方向一致且AGV1在规划路径上行驶，则保持角度环PID算法111的输出值；
如果AGV1的行驶方向与规划路径方向不一致或AGV1没有在规划路径上行驶，则改变角度环PID算法111的输出值。
优选地，本发明涉及的PID算法均采用经典PID控制算法公式，本领域技术人员可以轻易通过现有的软件程序按照本发明的算法原理图、算法步骤流程图以及控制流程图实现本发明。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种激光导航路径跟随方法，其特征在于，用于AGV沿着规划路径行驶，所述AGV的车体类型为三轮车，所述AGV包括第一定向轮、第二定向轮以及舵轮，所述舵轮位于所述AGV的车头，所述第一定向轮和所述第二定向轮位于所述AGV的车尾，所述舵轮为执行机构，所述舵轮为所述AGV提供牵引及方向；
所述AGV的控制点定义为SO，所述SO为所述第一定向轮和所述第二定向轮连线的中点，所述SO的垂直线指向所述舵轮的方向为所述AGV的控制点角度值；所述SO在全局地图中产生X坐标值、Y坐标值以及当前角度值，所述X坐标值定位为VX，所述Y坐标值定义为VY，所述当前角度值定义为Vθ；所述规划路径为第一点和第二点组成的线段，所述第一点定义为SA，所述第二点定义为SB，所述线段定义为SAB，所述SAB在全局地图中的角度定义为Sθ，所述SO到所述SAB的垂直位移定位为SD，所述SAB与所述AGV当前角度的夹角定义为α；
所述跟随方法包括位置环PID算法和角度环PID算法，所述角度环PID算法用于控制所述AGV的行驶方向与所述线段方向一致，所述位置环PID算法用于控制所述AGV的行驶位置在所述线段上面；
所述位置环PID算法的目标值定义为SVD，所述位置环PID算法的输入值定义为PVD，所述位置环PID算法的输出值定义为MVD，所述位置环PID算法的比例参数定义为PD，所述位置环PID算法的积分参数定义为ID，所述位置环PID算法的微分参数定义为DD；所述角度环PID算法的目标值定义为SVH，所述角度环PID算法的输入值定义为PVH，所述角度环PID算法的输出值定位为MVH，所述角度环PID算法的比例参数定义为PH，所述角度环PID算法的积分参数定义为IH，所述角度环PID算法的微分参数定义为DH；
假设所述位置环PID算法的所述SVD等于零，所述位置环PID算法的所述PVD等于所述SD，所述角度环PID算法的所述SVH等于所述Sθ；
所述SVD与所述PVD的偏差作为所述位置环PID控制的输入，经过所述PD、所述ID以及所述DD的调整计算得出的所述MVD与所述Vθ之和，作为所述角度环PID算法的所述PVH，所述角度环PID算法的所述SVH与所述PVH的偏差，作为所述角度环PID控制的输入，经过所述PH、所述IH以及所述DH的调整计算得出的所述MVH即为所述舵轮的转向坐标值，所述舵轮根据所述转向坐标值调整所述AGV的行驶方向。
2.根据权利要求1所述的一种激光导航路径跟随方法，其特征在于，所述AGV的当前行驶方向与规划的路径方向一致，所述AGV的控制点SO与规划的路径距离为零。
3.根据权利要求1所述的一种激光导航路径跟随方法，其特征在于，所述跟随方法包括以下步骤：
S1：设SVD＝0，PVD＝SD，将所述SVD与所述PVD的偏差作为所述位置环PID控制的输入；
S2：所述SVD与所述PVD的偏差经过所述PD、所述ID和所述DD进行调整计算，得到所述MVD；
S3:令PVH＝MVD+Vθ，SVH＝Sθ；
S4：将所述SVH与所述PVH的偏差作为所述角度环PID控制的输入；
S5：所述SVH与所述PVH的偏差经过所述PH、所述IH和所述DH进行调整计算，得到所述MVH；
S6：所述MVH即为所述舵轮的转向坐标值，所述舵轮依据该坐标值调整所述AGV的行驶方向。
4.根据权利要求3所述的一种激光导航路径跟随方法，其特征在于，所述AGV与所述规划路径之间有一定的距离时，通过所述位置环PID算法和所述角度环PID算法的运算将会产生一定量的运动矢量，所述运动矢量用MV表示，所述MV控制所述舵轮的电机往靠近所述规划路径的方向运动。
5.根据权利要求3所述的一种激光导航路径跟随方法，其特征在于，所述MV与所述MVH相互作用控制所述舵轮的角度，以使所述AGV沿着所述规划路径行驶。
6.根据权利要求3所述的一种激光导航路径跟随方法，其特征在于，所述AGV的行驶方向与所述规划路径方向一致且所述AGV在所述规划路径上行驶，则保持所述角度环PID算法的输出值。
7.根据权利要求3所述的一种激光导航路径跟随方法，其特征在于，所述AGV的行驶方向与所述规划路径方向不一致或所述AGV没有在所述规划路径上行驶，则改变所述角度环PID算法的输出值。
8.根据权利要求1所述的一种激光导航路径跟随方法，其特征在于，所述α＝Sθ－Vθ。
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