CN115933673A - 一种双差速轮组驱动型agv的轨迹跟踪方法及agv - Google Patents

Abstract

本发明涉及移动机器人运动控制领域，具体涉及一种双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法及AGV。该方法通过确定AGV当前车体在全局坐标系下的位姿坐标；根据AGV所需的行驶角度进行纠偏控制。本发明提供的双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法及AGV，在偏轴设置的AGV中，在执行转弯的时候，车体无需等待，提高了AGV的运行效率；在轨迹追踪过程中，车体可实时根据当前的轨迹追踪误差实时追踪轨迹；计算的过程中通过采用正弦定理，无需计算车体的瞬时旋转中心，简化了计算，降低编程量；还能够使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，提高了车体的使用寿命和工作可靠性。

Description

一种双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法及AGV

技术领域

本发明涉及移动机器人运动控制领域，尤其涉及一种偏轴设置的双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法及AGV。

背景技术

AGV(Automated Guided Vehicle，自动引导车)为装备有自动导航装置，能够沿规定的导航路径行驶的运输车，在仓储业，制造业以及码头装货等领域起着举足轻重的作用。

偏轴设置的双差速轮组AGV因为具有底盘小，底盘结构低，载重量更大的优点而取得更广泛的应用。现有技术中，控制偏轴双差速轮组驱动型AGV跟踪预设轨迹的方法是先停车，然后给每个差速轮组的两个驱动轮设置大小相等，方向相反的速度，使每个差速轮组转动到固定的角度上，然后给定每个差速轮组的两个驱动轮大小相等，方向相同的速度，使其沿直线行驶或弧线行驶。

然而，上述跟踪控制方法跟踪效率低，车体行驶轨迹不够灵活，无法充分满足工业生产中的需要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种偏轴设置的双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法及AGV。

为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

第一方面，在本发明提供的一个实施方案中，提供了一种双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法，包括以下步骤：

建立全局坐标系，确定AGV当前车体在全局坐标系下的位姿坐标；

获取AGV的每个差速轮组反馈的传感器的值，确定当前每个差速轮组的角度值，计算前差速轮组和后差速轮组的转弯半径和线速度；

基于前差速轮组和后差速轮组的转弯半径和线速度确定AGV所需的行驶角度；

获取AGV当前车体的前差速轮组和后差速轮组上驱动轮的速度，根据AGV所需的行驶角度对偏轴设置的双差速轮组的AGV进行纠偏控制。

作为本发明的进一步方案，所述全局坐标系由AGV导航仪的输出坐标输出，确定当前车体在全局坐标系下的位姿坐标。

作为本发明的进一步方案，所述导航仪为激光雷达、二维码或磁导航。

作为本发明的进一步方案，所述AGV当前车体在全局坐标系下的位姿坐标包括车体的位置坐标和姿态坐标。

作为本发明的进一步方案，计算前差速轮组和后差速轮组的转弯半径和线速度之前，设定单个差速轮组为单个舵轮。

作为本发明的进一步方案，获取AGV当前车体的前差速轮组和后差速轮组上驱动轮的速度，包括：获取前差速轮组的两个驱动轮的速度，以及后差速轮组的两个驱动轮的速度。

作为本发明的进一步方案，对偏轴设置的双差速轮组的AGV进行纠偏控制，纠偏控制的方法选取PID控制方法或PI控制方法，PID或PI的输出结果分别为前差速轮组和后差速轮组的两个驱动轮的速度差。

第二方面，本发明还提供了一种AGV，所述AGV应用上述的双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法。

作为本发明的进一步方案，所述AGV为偏轴设置的双差速轮组AGV，所述AGV包括：

坐标系建立模块，用于建立全局坐标系，基于建立的全局坐标系确定AGV当前车体的位姿坐标；

速度计算模块，用于通过获取AGV的每个差速轮组反馈的传感器的值，确定当前每个差速轮组的角度值，计算前差速轮组和后差速轮组的转弯半径和线速度；

行驶角度确定模块，用于基于前差速轮组和后差速轮组的转弯半径和线速度确定AGV所需的行驶角度；

纠偏控制模块，用于获取AGV当前车体的前差速轮组和后差速轮组上驱动轮的速度，根据AGV所需的行驶角度对偏轴设置的双差速轮组的AGV进行纠偏控制。

作为本发明的进一步方案，所述AGV还包括：

速度差计算模块，用于根据获取AGV当前车体的前差速轮组和后差速轮组上驱动轮的速度，计算前差速轮组和后差速轮组的两个驱动轮的速度差。

第三方面，在本发明提供的又一个实施方案中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器加载并执行所述计算机程序时实现双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法的步骤。

第四方面，在本发明提供的再一个实施方案中，提供了一种存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器加载并执行时实现所述双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法的步骤。

本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：

本发明提供的双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法及AGV，在偏轴设置的AGV中，在执行转弯的时候，车体无需等待，提高了AGV的运行效率；在轨迹追踪过程中，车体可实时根据当前的轨迹追踪误差实时追踪轨迹；计算的过程中通过采用正弦定理，无需计算车体的瞬时旋转中心，简化了计算，降低编程量；本发明的轨迹跟踪方法能够使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，提高了车体的使用寿命和工作可靠性。

本发明的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

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。在附图中：

图1为本发明实施例中双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法的流程图；

图2为本发明实施例中单个差速轮组简化为单个舵轮的半径和线速度求解示意图；

图3为本发明实施例中偏轴设置的双差速组AGV确定跟踪轨迹的示意图；

图4为本发明实施例中AGV的结构框图。

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行，操作的序号如101、102等，仅仅是用于区分开各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。需要说明的是，本文中的“第一”、“第二”等描述，是用于区分不同的消息、设备、模块等，不代表先后顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。

下面将结合本发明示例性实施例中的附图，对本发明示例性实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的示例性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，本领域技术人员在没有作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。

由于现有技术中，控制偏轴双差速轮组驱动型AGV跟踪预设轨迹的方法是先停车，然后给每个差速轮组的两个驱动轮设置大小相等，方向相反的速度，使每个差速轮组转动到固定的角度上，然后给定每个差速轮组的两个驱动轮大小相等，方向相同的速度，使其沿直线行驶或弧线行驶。现有的跟踪控制方法跟踪效率低，车体行驶轨迹不够灵活，无法充分满足工业生产中的需要。

有鉴于此，本发明提供了一种偏轴设置的双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法及AGV。

具体地，下面结合附图，对本申请实施例作进一步阐述。

参见图1所示，本发明的一个实施例提供一种双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法，该双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法包括如下步骤：

S10、建立全局坐标系，确定AGV当前车体在全局坐标系下的位姿坐标；

S20、获取AGV的每个差速轮组反馈的传感器的值，确定当前每个差速轮组的角度值，计算前差速轮组和后差速轮组的转弯半径和线速度；

S30、基于前差速轮组和后差速轮组的转弯半径和线速度确定AGV所需的行驶角度；

S40、获取AGV当前车体的前差速轮组和后差速轮组上驱动轮的速度，根据AGV所需的行驶角度对偏轴设置的双差速轮组的AGV进行纠偏控制。

在本实施例中，所述全局坐标系由AGV导航仪的输出坐标输出，确定当前车体在全局坐标系下的位姿坐标。

其中，所述导航仪为激光雷达、二维码或磁导航，所述AGV当前车体在全局坐标系下的位姿坐标包括车体的位置坐标(x，y)和姿态坐标δ。

在一些实施例中，根据每个差速轮组反馈的传感器的值，确定当前每个差速轮组的角度值。其中，参见图2所示，计算前差速轮组和后差速轮组的转弯半径和线速度之前，设定单个差速轮组为单个舵轮。然后，获取前差速轮组和后差速轮组的转弯半径和线速度，整体过程中无需求解AGV的旋转中心。具体的，在图2中，设定车体行进的直线方向为纵向，垂直于纵向的方向为横向，实施例描述的双差速轮组驱动型AGV包括第一差速轮组和第二差速轮组，当第一轮组为前差速轮组时，则第二轮组为后差速轮组，反之第一差速轮组为后差速轮组时，则第二差速轮组为前差速轮组。A点为第一差速轮组的几何中心，P点为实施例所述的AGV的车体底盘的几何中心，B点为第二差速轮组的几何中心，0点为实施例所述的AGV在当前时刻下的瞬时旋转中心。I1为第一差速轮组的几何中心与实施例所述的AGV的车体底盘中心在横向上的距离，d1为第一差速轮组的几何中心与车体底盘中心在纵向上的距离，L1为第一差速轮组的几何中心与实施例所述AGV的车体底盘中心之间的直线距离；I2为第二差速轮组的几何中心与车体底盘中心在横向上的距离，d2为第二差速轮组的几何中心与车体底盘中心在纵向上的距离，L2为第二差速轮组的几何中心与实施例所述的AGV的车体底盘中心之间的直线距离。δf为第一差速轮组与纵向之间的夹角，δr为第二差速轮组与纵向上的车体，δ为车体几何中心与纵向之间的夹角；设置rf为第一差速轮组的几何中心与瞬时旋转中心0之间的直线距离，rr为第二差速轮组的几何中心与瞬时旋转中心0之间的直线距离，r为实施例所述的AGV的底盘中心与瞬时旋转中心0之间的直线距离；v为实施例所述的AGV的底盘中心的速度，vf为第一差速轮组几何中心的速度，vr为第二差速轮组的几何中心的速度。第一差速轮组和第二差速轮组均包括有第一驱动轮和第二驱动轮，设置vf1为第一差速轮组的第一驱动轮的速度，vf2为第一差速轮组的第二驱动轮的速度，vr1为第二差速轮组的第一驱动轮的速度，vr2为第二差速轮组的第二驱动轮的速度。

参见图2所示，在▲OAP中，∠A＝δf+90°-arctan(I1/d1)，∠P＝180°-δ-arctan(d1/I1)，∠0＝δ-δf，L1＝sqrt(I1²+d1²)。

根据正弦定理，可得：

根据余弦定理可得：

同理，在□OPB中，∠B＝∠2+∠1＝(90°-δr)+arctan(L2/d2)，∠P＝δ+arctan(d2/L2)，

∠0＝180°-((90°-δr)+arctan(L2/d2))-(δ+arctan(d2/L2))＝δr-δ，

L2＝sqrt(I2²+d2²)。

根据正弦定理：

所以有：

根据根据车整体角速度相同的关系，以及余弦定理，求取各个舵轮(差速轮组)的角度和速度。

因此，vf＝rf*v/r。vr＝rr*v/r。

在一些实施例中，基于前差速轮组和后差速轮组的转弯半径和线速度，确定AGV前差速轮组和后差速轮组所需的行驶角度。

根据车体沿x轴的方向的速度相等可得：

δf＝arccos(vcosδ/vf)

δr＝arccos(vcosδ/vr)。

在一些实施例中，根据图3所示，获取AGV当前车体的前差速轮组和后差速轮组上驱动轮的速度，包括：获取前差速轮组的两个驱动轮的速度vf1和vf2，以及后差速轮组的两个驱动轮的速度vr1和vr2。

在已知δf，δr，vf和vr的前提下。

δf＝arctan((vf1-vf2)/d)

即，vf1-vf2＝tanδf*d.

又因为：vf1+vf2＝2vf。

从而可求得vf1和vf2.

vf1＝tanδf*d+vf。

vf2＝tanδf*d-vf。

同理，可获取得到AGV后轮的速度vr1和vr2。

vr1＝tanδr*d+vf。

vr2＝tanδr*d-vf。

对偏轴设置的双差速轮组的AGV进行纠偏控制，纠偏控制的方法选取PID控制方法或PI控制方法，PID或PI的输出结果分别为前差速轮组和后差速轮组的两个驱动轮的速度差。

应该理解的是，上述虽然是按照某一顺序描述的，但是这些步骤并不是必然按照上述顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，本实施例的一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

参见图4所示，在本发明的一个实施例中还提供了一种AGV，所述AGV应用上述双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法。在本实施例中，所述AGV为偏轴设置的双差速轮组AGV，所述AGV包括坐标系建立模块100、速度计算模块200、行驶角度确定模块300、纠偏控制模块400以及速度差计算模块500。

所述坐标系建立模块100用于建立全局坐标系，基于建立的全局坐标系确定AGV当前车体的位姿坐标；

所述速度计算模块200用于通过获取AGV的每个差速轮组反馈的传感器的值，确定当前每个差速轮组的角度值，计算前差速轮组和后差速轮组的转弯半径和线速度；

所述行驶角度确定模块300用于基于前差速轮组和后差速轮组的转弯半径和线速度确定AGV所需的行驶角度；

所述纠偏控制模块400用于获取AGV当前车体的前差速轮组和后差速轮组上驱动轮的速度，根据AGV所需的行驶角度对偏轴设置的双差速轮组的AGV进行纠偏控制。

所述速度差计算模块500用于根据获取AGV当前车体的前差速轮组和后差速轮组上驱动轮的速度，计算前差速轮组和后差速轮组的两个驱动轮的速度差。

需要特别说明的是，AGV在执行时采用如前述的一种双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法的步骤，因此，本实施例中对AGV的运行过程不再详细介绍。

在一个实施例中，在本发明的实施例中还提供了一种计算机设备，包括至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行所述的双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法，该处理器执行指令时实现上述双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法的步骤：

建立全局坐标系，确定AGV当前车体在全局坐标系下的位姿坐标；

获取AGV的每个差速轮组反馈的传感器的值，确定当前每个差速轮组的角度值，计算前差速轮组和后差速轮组的转弯半径和线速度；

基于前差速轮组和后差速轮组的转弯半径和线速度确定AGV所需的行驶角度；

获取AGV当前车体的前差速轮组和后差速轮组上驱动轮的速度，根据AGV所需的行驶角度对偏轴设置的双差速轮组的AGV进行纠偏控制。

在本发明的一个实施例中还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法的步骤：

建立全局坐标系，确定AGV当前车体在全局坐标系下的位姿坐标；

获取AGV的每个差速轮组反馈的传感器的值，确定当前每个差速轮组的角度值，计算前差速轮组和后差速轮组的转弯半径和线速度；

基于前差速轮组和后差速轮组的转弯半径和线速度确定AGV所需的行驶角度；

获取AGV当前车体的前差速轮组和后差速轮组上驱动轮的速度，根据AGV所需的行驶角度对偏轴设置的双差速轮组的AGV进行纠偏控制。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。

综上所述，本发明提供的双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法及AGV，在偏轴设置的AGV中，在执行转弯的时候，车体无需等待，提高了AGV的运行效率；在轨迹追踪过程中，车体可实时根据当前的轨迹追踪误差实时追踪轨迹；计算的过程中通过采用正弦定理，无需计算车体的瞬时旋转中心，简化了计算，降低编程量；本发明的轨迹跟踪方法能够使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，提高了车体的使用寿命和工作可靠性。

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 (10)

1.一种双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法，其特征在于，所述双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法包括以下步骤：

建立全局坐标系，确定AGV当前车体在全局坐标系下的位姿坐标；

获取AGV的每个差速轮组反馈的传感器的值，确定当前每个差速轮组的角度值，计算前差速轮组和后差速轮组的转弯半径和线速度；

基于前差速轮组和后差速轮组的转弯半径和线速度确定AGV所需的行驶角度；

获取AGV当前车体的前差速轮组和后差速轮组上驱动轮的速度，根据AGV所需的行驶角度对偏轴设置的双差速轮组的AGV进行纠偏控制。

2.如权利要求1所述的双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法，其特征在于，所述全局坐标系由AGV导航仪的输出坐标输出，确定当前车体在全局坐标系下的位姿坐标。

3.如权利要求2所述的双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法，其特征在于，所述导航仪为激光雷达、二维码或磁导航。

4.如权利要求3所述的双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法，其特征在于，所述AGV当前车体在全局坐标系下的位姿坐标包括车体的位置坐标和姿态坐标。

5.如权利要求1所述的双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法，其特征在于，计算前差速轮组和后差速轮组的转弯半径和线速度之前，设定单个差速轮组为单个舵轮。

6.如权利要求5所述的双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法，其特征在于，获取AGV当前车体的前差速轮组和后差速轮组上驱动轮的速度，包括：获取前差速轮组的两个驱动轮的速度，以及后差速轮组的两个驱动轮的速度。

7.如权利要求6所述的双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法，其特征在于，对偏轴设置的双差速轮组的AGV进行纠偏控制，纠偏控制的方法选取PID控制方法或PI控制方法，PID或PI的输出结果分别为前差速轮组和后差速轮组的两个驱动轮的速度差。

8.一种AGV，其特征在于，所述AGV应用权利要求1-7任一所述的双差速轮组驱动型AGV的轨迹跟踪方法。

9.如权利要求8所述的AGV，其特征在于，所述AGV为偏轴设置的双差速轮组AGV，所述AGV包括：

坐标系建立模块，用于建立全局坐标系，基于建立的全局坐标系确定AGV当前车体的位姿坐标；

速度计算模块，用于通过获取AGV的每个差速轮组反馈的传感器的值，确定当前每个差速轮组的角度值，计算前差速轮组和后差速轮组的转弯半径和线速度；

行驶角度确定模块，用于基于前差速轮组和后差速轮组的转弯半径和线速度确定AGV所需的行驶角度；

纠偏控制模块，用于获取AGV当前车体的前差速轮组和后差速轮组上驱动轮的速度，根据AGV所需的行驶角度对偏轴设置的双差速轮组的AGV进行纠偏控制。

10.如权利要求8所述的AGV，其特征在于，所述AGV还包括：

速度差计算模块，用于根据获取AGV当前车体的前差速轮组和后差速轮组上驱动轮的速度，计算前差速轮组和后差速轮组的两个驱动轮的速度差。

Images