CN113252040A - 一种改进的agv小车二维码弧线导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进的AGV小车二维码弧线导航方法，包括：构建AGV小车偏移角度与左右驱动轮速度之间的数学模型；确定小车从当前站点至下一站点之间的至少一个弧线路径，并按照预设的路径优化规则从至少一个弧线路径中选取目标行驶路径；在小车沿目标行驶路径行驶过程中，每间隔单位时间计算小车的目标偏移角度；每间隔单位时间，利用角度传感器获取小车的实际偏移角度；根据小车在同一时间的目标偏移角度和实际偏移角度，判断小车是否脱离目标行驶路径；利用数学模型实时调整小车的左右驱动轮的速度差，使实际偏移角度与目标偏移角度相等。本发明可以实现AGV小车以弧线方式行驶，降低行驶路线，充分利用现场空间，并能够提高货物运输的吞吐量。

Description

一种改进的AGV小车二维码弧线导航方法

技术领域

本发明涉及AGV导航技术领域，更具体的说是涉及一种改进的AGV小车二维码弧线导航方法。

背景技术

自动引导式小车(AutomatedGuidedVehicle，缩写简称AGV)是一种新型的移动式机器人，是现代装备制造商和企业物流管理系统中存放和储运各种物料过程中重要的装置，为整个物流系统的柔性化、集成式、高效率地运行发展提供了重要的基础保障。

传统AGV小车以惯性导航、激光导航、二维码标签直线导航等为主，二维码标签因为简单易用、易部署以及成本低的优点，在AGV导航中得到广泛的应用。但目前应用比较多的还是二维码直线导航。然而，当物流场地面积比较大的时候，直线导航会因为转弯太多而导致滚轮磨损、移动距离长、锂电池耗电等问题，特别是在运送的货物比较重的时候，例如几吨，这种问题尤为明显。

目前，基于二维码弧线导航的研究很少，但事实上，弧线导航相较于传统的直线导航方式可以节省更多的时间和成本，并且在物流系统中可以有更大的运行效率。使用弧线导航后将会大大提高物流效率并且可以提高场地的利用率节省能源的消耗。

因此，如何提供一种运行效率高的二维码AGV小车弧线导航方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种改进的AGV小车二维码弧线导航方法，可以实现AGV小车以弧线方式行驶，降低行驶路线，充分利用现场空间，并能够提高货物运输的吞吐量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种改进的AGV小车二维码弧线导航方法，包括：

构建AGV小车偏移角度与左右驱动轮速度之间的数学模型；

确定AGV小车从当前站点至下一站点之间的至少一个弧线路径，并按照预设的路径优化规则从所述至少一个弧线路径中选取目标行驶路径；

在AGV小车沿所述目标行驶路径行驶过程中，每间隔单位时间计算AGV小车的目标偏移角度；

每间隔单位时间，利用角度传感器获取AGV小车的实际偏移角度；

根据AGV小车在同一时间的所述目标偏移角度和所述实际偏移角度，判断AGV小车是否脱离所述目标行驶路径；

利用所述数学模型实时调整AGV小车的左右驱动轮的速度差，使所述实际偏移角度与所述目标偏移角度相等。

优选的，在上述一种改进的AGV小车二维码弧线导航方法中，所述预设的路径优化规则为：

在相邻站点之间存在多个弧线路径时，选取不存在其他AGV小车的弧线路径作为初始优选路径；

在所述初始优选路径的数量为多个时，选取弧线距离最短的作为目标行驶路径。

优选的，在上述一种改进的AGV小车二维码弧线导航方法中，所述目标行驶路径中包含至少一段弧线，每段弧线的圆心均不相同；AGV小车自当前站点行驶至下一站点的过程中，需以至少一个圆心进行至少一次偏移。

优选的，在上述一种改进的AGV小车二维码弧线导航方法中，所述数学模型的表达式为：

其中，所述数学模型应用于所述目标行驶路径中的任一弧线段，v_l表示AGV小车左驱动轮速度，v_r表示AGV小车右驱动轮速度，R表示AGV小车沿目标行驶路径行驶的转弯半径，θ表示AGV小车的的实际偏移角度，β表示AGV小车的目标偏移角度，d表示目标行驶路径中的某一段弧线的始末端点之间的直线距离，ΔX表示AGV小车在目标行驶路径中某一段弧线的水平方向上的变化量，ΔY表示AGV小车在目标形式路径中某一段弧线的竖直方向上的变化量，Δt表示间隔单位时间。

优选的，在上述一种改进的AGV小车二维码弧线导航方法中，所述目标偏移角度β的计算公式为：

其中，n表示将目标行驶路径中的某一弧线按照Δt的间隔划分成n个位置，

表示第n个位置至第n-1个位置之间的竖直方向上的变化量，

表示第n个位置至第n-1个位置之间的水平方向上的变化量，β_n表示第n个位置处的目标偏移角度。

优选的，在上述一种改进的AGV小车二维码弧线导航方法中，AGV小车在所述目标行驶路径中的某一弧线上自当前位置行驶至下一位置时，其行驶姿态按照以下公式进行调整：

Δn＝β_n-β_n-1；

其中，Δn表示AGV小车在目标行驶路径中的某一弧线上相邻位置的目标偏移角度的调整量，β_n表示当前位置的目标偏移角度，β_n-1表示下一位置的目标偏移角度。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种改进的AGV小车二维码弧线导航方法，采用二维码弧线导航，在导航过程中实时计算AGV小车的偏移角度，并对其姿态进行动态调整，以确保其一直处于目标行驶路径中，相较于传统的直线导航方式可以节省更多的时间和成本，并且在物流系统中可以有更大的运行效率，还能够大大提高物流效率，提高场地的利用率，减少能源消耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的改进的AGV小车二维码弧线导航方法的流程图；

图2附图为本发明提供的在目标行驶路径存在一段弧线的情况下，AGV小车在该段弧线上的轨迹模型；

图3附图为本发明提供的AGV小车在多个站点间进行路径选择的示意图；

图4附图为本发明提供的AGV小车在一段弧线中不同位置间的目标偏移角度的计算过程示意图；

图5附图为本发明提供的在目标行驶路径存在多段弧线的情况下，AGV小车的运动路径示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例公开了一种改进的AGV小车二维码弧线导航方法，包括以下步骤：

S1、构建AGV小车偏移角度与左右驱动轮速度之间的数学模型；

S2、确定AGV小车从当前站点至下一站点之间的至少一个弧线路径，并按照预设的路径优化规则从至少一个弧线路径中选取目标行驶路径；

S3、在AGV小车沿目标行驶路径行驶过程中，每间隔单位时间计算AGV小车的目标偏移角度；

S4、每间隔单位时间，利用角度传感器获取AGV小车的实际偏移角度；

S5、根据AGV小车在同一时间的目标偏移角度和实际偏移角度，判断AGV小车是否脱离目标行驶路径；

S6、利用数学模型实时调整AGV小车的左右驱动轮的速度差，使实际偏移角度与目标偏移角度相等。

AGV小车在某一站点需要计算下一个站点的时候(且需要弧线运行)，首先需要计算出弧线路径，弧线路径可能会存在多个，此时，需要选取最优的一个弧线路径作为目标行驶路径，后续的行进过程按照目标行驶路径运行，这是一种比较理想的情况。但是AGV小车在行进过程中，由于每一个时刻的方向是按照法线向量进行，如果一次性调整角度过大，所需的扭矩也就会很大，此时，可能会出现角度偏差，可以使用角度传感器获取每个时刻实际偏移角度θ。为了限制每次调整的偏移角度过大，需要利用上述数学模型实时计算目标偏移角度与实际偏移角度之间的偏差，实时调整AGV小车的左右驱动轮速度差，以实现实时调整AGV小车方向的目的。

具体的，采用数学模型对四轮伺服驱动电机实现的差速控制，实现一辆AGV小车的快速前进、后退和转向加减速，可以通过转速调整和转动改变AGV小车驱动轮之间的运动速度差，实现AGV驱动小车的前进转向及减速纠偏。如图2所示，虚线所示为AGV小车的初始姿态，实线所示的是AGV小车与初始姿态之间存在时差值的地方。

小车在水平方向上的变化量为Δx，在竖直方向的变化量为Δy，AGV小车中心点与驱动轮距离为l,本实施例以左右轮为参照对象，在小车偏移经过实际偏移角度θ之后的运动轨迹进行分析。AGV小车的左轮运动速度公式为v_l、右轮运动速度公式为v_r，AGV小车沿图2中圆心做一个圆弧形方向运动,转弯半径公式为R，始末端点之间的直线距离为d，可以得出：在它的x和y轴上的两个变化的向量分别也就是ΔX和ΔY，结合AGV小车左右驱动轮的速度，与它的转弯半径R之间的变化关系分别为：

可知，通过上述数学模型便得到了AGV小车偏移角度和左右两个驱动轮偏移速度的关系式，再结合AGV小车所做的圆弧运动，可以得到AGV小车在x轴和y轴的变化量与左右驱动轮的速度关系，通过改变v_r、v_l，即可实现AGV小车的纠偏。

如图3所示，AGV小车从当前站点至目标站点需要进行路径选择和角度计算。其中，路径选择过程为，在AGV小车收到运输物料指令后，通过场地面积得到目标距离，可由图3中的width和height得到，如图3中的1->13，表示AGV小车从1点的二维码开始，把货物运输到13点这里的目标位置。中间经历的过程包括二者之间的任何可达距离，例如：1->7->10->15->14->13,或者，1->2->3->4->5->12->13等。采用本发明的方法后，小车运行到3点时候，可以选择相应的路径，此时可以直接通过3->13的弧线运行方式，很显然，路径(标记为P)，P3->13(表示3到13的距离)小于3-6-14-13的距离。但是，当小车到达3点的时候，要对路径进行选择，需要解决当前在3-6-14-13-12-5-3这个闭合路径中的其他小车，如果路线中有碰撞冲突需要进行路径选择。选择的路径可为直线路径或者弧线路径，例如图中的l₈和l₇。

在一个具体实施例中：当AGV小车从1号站点向7号站点偏移时它会有一个偏转角度，这个角度会随着小车的左右轮的速度而发生一些改变，并且小车在向7号站点运动过程中，它会在运动轨迹的切线方向产生一个速度，这个速度的大小和方向也会随着小车的运动而产生改变。

当小车在3号站点向7号站点进行偏移时，它有几种移动路径可以选择：第一种路径则是进行对角移动，即路径l₂。如果我们假定小车需要做曲线偏移路径运动到7号站点时，有两种路径选择，分别为l₁和l₃，这两种路径的区别主要在于向上偏移和向下偏移，这两种偏移路径的选择主要取决于在大量AGV小车同时偏移运动过程中，选择不同的偏移路径来进行合理的碰撞规避，这样可以保证AGV小车的运行效率和整个物流系统的稳定。同理小车在向其它站点偏移时也会有对应的路径优化。

角度计算过程为：可由现场二维码之间的长度距离height和宽度距离width得到(为了方便说明，假设width和height相同)，如图3中13-9这条路径，出发角可以表示为

同理可以根据上述公式得出小车在不同站点进行对角偏移时所需要调整的偏移角度。

当AGV小车进行曲线偏移时，它在运动过程中的切线方向会产生一个速度，且这个速度与运动轨迹之间的夹角β_n会随着小车的运动而不断改变，如图4所示：

假定P₀点为小车初始的状态位点，P₁、P₂、P₃……P_n为小车下一位置的状态位点，每间隔单位时间，AGV小车对应一个位置。设定

为小车从状态位点p_n-1到p_n的纵坐标的位移变化，

为小车从状态位点p_n-1到p_n的横坐标的位移变化，因此可以得出目标偏移角度β_n的计算公式：

利用上式，便可以得出不同位置的夹角β₁、β₂、β₃......β_n，当得出不同状态位点的夹角时，因此可以分别计算得出不同位置的目标偏移角度的调整量Δn：

Δn＝β_n-β_n-1；

结合上述公式，便可以得出小车在进行偏移过程中不同位置的偏移角度调整量，便于对AGV小车的姿态进行实时调整。

在AGV小车作曲线运动时，实际情况小车并不一定能够完全从p₀点偏移到p₁点，因此在作圆弧运动的过程中，小车可能需要以不同的圆心多次偏移才能到达p₁点。如图5所示，我们假定小车需要三次偏移到p₁点，第一次以圆心0₁为圆心偏移角度α，然后以圆心0₂为新圆心作圆弧运动，最后以圆心0₃为圆心偏移一段距离到达p₁点。在这种情况下，AGV小车在每段弧线中的偏移均按照上述方式进行角度纠偏。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种改进的AGV小车二维码弧线导航方法，其特征在于，包括：

构建AGV小车偏移角度与左右驱动轮速度之间的数学模型；

确定AGV小车从当前站点至下一站点之间的至少一个弧线路径，并按照预设的路径优化规则从所述至少一个弧线路径中选取目标行驶路径；

在AGV小车沿所述目标行驶路径行驶过程中，每间隔单位时间计算AGV小车的目标偏移角度；

每间隔单位时间，利用角度传感器获取AGV小车的实际偏移角度；

根据AGV小车在同一时间的所述目标偏移角度和所述实际偏移角度，判断AGV小车是否脱离所述目标行驶路径；

利用所述数学模型实时调整AGV小车的左右驱动轮的速度差，使所述实际偏移角度与所述目标偏移角度相等。

2.根据权利要求1所述的一种改进的AGV小车二维码弧线导航方法，其特征在于，所述预设的路径优化规则为：

在相邻站点之间存在多个弧线路径时，选取不存在其他AGV小车的弧线路径作为初始优选路径；

在所述初始优选路径的数量为多个时，选取弧线距离最短的作为目标行驶路径。

3.根据权利要求1所述的一种改进的AGV小车二维码弧线导航方法，其特征在于，所述目标行驶路径中包含至少一段弧线，每段弧线的圆心均不相同；AGV小车自当前站点行驶至下一站点的过程中，需以至少一个圆心进行至少一次偏移。

4.根据权利要求3所述的一种改进的AGV小车二维码弧线导航方法，其特征在于，所述数学模型的表达式为：

其中，所述数学模型应用于所述目标行驶路径中的任一弧线段，v_l表示AGV小车左驱动轮速度，v_r表示AGV小车右驱动轮速度，R表示AGV小车沿目标行驶路径行驶的转弯半径，θ表示AGV小车的的实际偏移角度，β表示AGV小车的目标偏移角度，d表示目标行驶路径中的某一段弧线的始末端点之间的直线距离，ΔX表示AGV小车在目标行驶路径中某一段弧线的水平方向上的变化量，ΔY表示AGV小车在目标形式路径中某一段弧线的竖直方向上的变化量，Δt表示间隔单位时间。

5.根据权利要求4所述的一种改进的AGV小车二维码弧线导航方法，其特征在于，所述目标偏移角度β的计算公式为：

其中，n表示将目标行驶路径中的某一弧线按照Δt的间隔划分成n个位置，H_pnpn-1表示第n个位置至第n-1个位置之间的竖直方向上的变化量，W_pnpn-1表示第n个位置至第n-1个位置之间的水平方向上的变化量，β_n表示第n个位置处的目标偏移角度。

6.根据权利要求5所述的一种改进的AGV小车二维码弧线导航方法，其特征在于，AGV小车在所述目标行驶路径中的某一弧线上自当前位置行驶至下一位置时，其行驶姿态按照以下公式进行调整：

Δn＝β_n-β_n-1；

其中，Δn表示AGV小车在目标行驶路径中的某一弧线上相邻位置的目标偏移角度的调整量，β_n表示当前位置的目标偏移角度，β_n-1表示下一位置的目标偏移角度。

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