CN112631309B - 一种用于双差速轮驱动型agv的循迹控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于双差速轮驱动型AGV的循迹控制方法,首先根据前、后两个差速轮组的转向角求出瞬时转向中心;再根据瞬时转向中心坐标计算前、后差速轮组和AGV的转向半径;进而计算AGV的角速度,然后根据AGV的期望行驶速度和转向中心到差速轮的距离计算差速轮的参考速度;根据横向偏差计算纠错速度差;最后将速度差叠加到参考速度上得到控制目标速度。本发明不仅能够保证AGV在多种曲率的路径上精确循迹,而且能够合理分配各车轮的速度,减少车轮内力,节省电能,该方法计算简单,方便在嵌入式控制器中编程实现。
Description
技术领域
本发明属于移动机器人运动控制领域,具体涉及一种用于双差速轮驱动型 AGV的循迹控制方法。
背景技术
AGV(自动导引车)是物流自动化中的关键设备,其核心功能是能够沿期望的导引路径行驶以实现物料的无人运输;循迹算法则是AGV运动控制中的核心算法模块,其特性直接决定了AGV的行驶精度和速度;AGV的驱动形式多样,其中差速轮由于结构简单、运动灵活、承载能力好等优点得到广泛的应用。
现有的差速轮循迹控制方法主要针对单组差速轮驱动的小型AGV,无法推广到两组或多组差速轮驱动的中大型AGV。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于双差速轮驱动型AGV的循迹控制方法,基于差速轮运动学模型的纠偏策略和参考速度计算方法,使得AGV可以精确、高效地沿导引路径行驶。
实现本发明目的的技术方案是:一种用于双差速轮驱动型AGV的循迹控制方法,包括以下步骤:
步骤1,将前、后差速轮组中心连线,以连线线段的中点O为原点建立AGV 的局部坐标系OXY,X轴与中心连线平行,正方向指向AGV车头的方向,Y轴与中心连线垂直并指向外侧;
步骤2,基于局部坐标系OXY和差速轮组的转角传感器反馈的偏转角度计算AGV的瞬时转向中心坐标;
步骤3,根据瞬时转向中心坐标计算前、后差速轮组和AGV的转向半径;
步骤4,根据设定的AGV的期望行驶速度和AGV的转向半径计算AGV的角速度;
步骤5,根据AGV的角速度和前、后差速轮组的转向半径计算前、后差速轮组车轮的参考速度;
步骤6,通过纠偏控制策略计算前、后差速轮组车轮的纠错速度差;
步骤7,根据参考速度和纠错速度差计算前、后差速轮组车轮的控制目标速度。
进一步的,所述步骤2中AGV的瞬时转向中心坐标(xs,ys)为:
其中:α1为前差速轮组的偏转角度,α2为后差速轮组的偏转角度,L为前、后差速轮组中心连线的长度。
进一步的,所述步骤3中前、后差速轮组和AGV的转向半径为:
其中:R为AGV的转向半径,RF为前差速轮组的转向半径,RB为后差速轮组的转向半径。
进一步的,所述步骤4中AGV的角速度ω=vc/R,vc为AGV的期望行驶速度。
进一步的,所述步骤6中纠偏控制策略采用比例控制函数或比例积分控制函数。
进一步的,所述步骤6中前差速轮组的纠错速度差ΔvF=f(d1),后差速轮组的纠错速度差ΔvB=f(d2),其中,f(x)=kPx+kI∫xdt,kp 为比例系数,kI为积分系数,d1为前差速轮组的导航传感器与导引路径的相对位置,d2为后差速轮组的导航传感器与导引路径的相对位置。
进一步的,所述步骤7中的控制目标速度为:
其中:v1和v2分别为前差速轮组左侧和右侧车轮的控制目标速度,v3和v4分别为后差速轮组左侧和右侧车轮的控制目标速度。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
(1)本发明的方法能够使AGV在精确地沿导引路径行驶的同时使差速轮的速度协调一致,消除了由于速度不协调导致的内部应力,提高了AGV的工作效率;
(2)本发明的循迹控制方法基于PID比例或比例积分控制能快速响应跟踪误差,实现精确循迹;
(3)本发明的方法采用纯几何计算,只需知道差速轮组的偏转角度和横向偏差等反馈信号以及差速轮组的纵向轴距和横向轮距等结构参数,计算步骤简单,易于编程实现。
附图说明
图1是本发明实施例的差速轮组的结构示意图。
图2是本发明导航传感器与导引路径的相对位置对导航传感器输出的影响示意图。
图3是本发明双差速轮AGV沿圆弧形导引路径循迹时的状态示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
为了更清楚地说明本发明专利实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述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所示是现有技术中的一个差速轮组,其中差速轮1和差速轮2平行安装在回转支撑上,轮间距记为W。导航传感器也固定在回转支撑上与差速轮一同转向,其检测方向与差速轮轴线平行,测量零位处于左右轮对称轴线上。回转支撑通过悬挂与AGV车体相连,可以绕自身回转中心旋转,旋转角度可通过角度传感器读出;
图2所示是导航传感器与引导路径的相对位置对导航传感器输出(用d表示) 的影响。根据相对位置,导航传感器的输出幅值为导引路径相对于导航传感器中心的横向距离|d|,输出符号分为两种情况,导引路径在导航传感器中心右侧,导航传感器的输出符号为正,即d>0。导引路径在导航传感器中心右侧,导航传感器的输出d符号为负,即d<0;
图3所示是双差速轮AGV沿圆弧形导引路径循迹时的状态,导引路径可以为磁条、电缆或色带。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将以圆弧路径循迹为例对本发明的技术方案进行详细的描述。显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式,都属于本发明所保护的范围。
基于差速轮运动学模型的纠偏策略和参考速度计算方法,提出一种用于双差速轮驱动型AGV的循迹控制方法使得AGV可以精确、高效地沿导引路径行驶。双差速轮AGV循迹时的状态参见图3,前后差速轮组轴线的延长线相较于一点,该点为AGV的瞬时旋转中心,记为Os。Os到前差速轮组中心点A的距离为前轮组的转向半径,记为RF。Os到后差速轮组中心点B的距离为后轮组的转向半径,记为RB。前后差速轮组中心连线(即线段AB)的长度记为L,将线段AB 的中点O作为AGV的参考点,AGV的速度即O点的速度。以O点为原点建立 AGV的局部坐标系OXY,X轴与线段AB平行,正方向指向车头的方向,Y轴与线段AB垂直。瞬时旋转中心Os到AGV参考点O的距离为AGV的转向半径,记为R。前差速轮组上的角度传感器实时测量并输出前轮组的偏转角度α1,偏转角度定义为差速轮组纵向方向相对于线段AB的夹角,导航传感器实时输出与导引路径的相对位置d1。同样的,后差速轮组上的传感器输出偏转角度α2和相对位置d2。前差速轮组左侧和右侧车轮的线速度分别记为v1和v2,后差速轮组左侧和右侧车轮的线速度分别记为v3和v4。总体控制目标是根据角度传感器的输出α1和α2以及偏差d1和d2,通过控制四个车轮的线速度v1、v2、v3、v4实现AGV 的循迹运动,具体计算过程如下。
步骤1:首先计算瞬时旋转中心Os在局部坐标系OXY中的坐标(xs,ys),
步骤2:然后根据Os的坐标计算转向半径R、RF和RB,见式(2)。
步骤3:AGV的期望行驶速度为外部输入,记为vc。根据AGV的转向半径 R可计算AGV的角速度ω=vc/R。
步骤4:差速轮的几何参数已知,根据瞬时旋转中心和AGV的角速度可计算四个差速轮的参考线速度,见式(3),其中s=sgn(α1-α2),sgn为符号函数。当α1==α2时属于特殊情况,此时两组差速轮平行,不采用式(3)计算,而是直接令
步骤5:单组差速轮纠偏控制策略采用比例或比例积分控制函数,当前差速轮导航传感器输出不为零时,前差速轮组的速度差为ΔvF=f(d1),其中控制策略f为比例积分函数,即f(x)=kPx+kI∫xdt,kp为比例系数,kI为积分系数。后差速轮组控制策略和参数相同。
步骤6:基于导航传感器反馈的相对于导引路径的横向偏差计算单组差速轮的速度差,将速度差叠加到参考速度上得到下发的速度控制指令,即根据参考速度和纠偏速度差得到最终的控制速度,见式(4)。
上述控制方法中,瞬时转向中心坐标和参考速度均表示在与AGV车体固定的局部坐标系中,不受AGV运动位姿的影响,以上控制方法既能够实时纠偏循迹,也能够满足各车轮轮速协调。
Claims (6)
1.一种用于双差速轮驱动型AGV的循迹控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,将前、后差速轮组中心连线,以连线线段的中点O为原点建立AGV的局部坐标系OXY,X轴与中心连线平行,正方向指向AGV车头的方向,Y轴与中心连线垂直并指向外侧;
步骤2,基于局部坐标系OXY和差速轮组的转角传感器反馈的偏转角度计算AGV的瞬时转向中心坐标;
步骤3,根据瞬时转向中心坐标计算前、后差速轮组和AGV的转向半径;
步骤4,根据设定的AGV的期望行驶速度和AGV的转向半径计算AGV的角速度;
步骤5,根据AGV的角速度和前、后差速轮组的转向半径计算前、后差速轮组车轮的参考速度;
步骤6,通过纠偏控制策略计算前、后差速轮组车轮的纠错速度差;所述纠偏控制策略采用比例控制函数或比例积分控制函数;前差速轮组的纠错速度差ΔvF=f(d1),后差速轮组的纠错速度差ΔvB=f(d2),其中,f(x)=kPx+kI∫xdt,kp为比例系数,kI为积分系数,d1为前差速轮组的导航传感器与导引路径的相对位置,d2为后差速轮组的导航传感器与导引路径的相对位置;
步骤7,根据参考速度和纠错速度差计算前、后差速轮组车轮的控制目标速度。
4.根据权利要求3所述的用于双差速轮驱动型AGV的循迹控制方法,其特征在于,所述步骤4中AGV的角速度ω=vc/R,vc为AGV的期望行驶速度。
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