CN116859917A - 一种承载超长货物移动机器人双车主从联动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于智能物流装备技术领域,尤其涉及一种承载超长货物移动机器人双车主从联动控制方法,移动机器人调度平台收到双车主从联动任务后,查询已登录移动机器人的个数;如果已登录移动机器人个数少于两台,将自动取消任务;如果已登录移动机器人的个数大于等于两台,调度系统将距离指定运载区域最近的两台移动机器人调到指定位置。到达指定位置后,将货物吊装到两车上装上,锁死前车上装,解锁后车上装;如果反向行走,锁死后车上装,解锁前车上装,配置界面上各自配置好主从关系;之后执行双车主从联动任务,任务结束后,取消主从关系,等待移动机器人调度平台的其他任务。本发明可以运输不同型号长度的产品,特别在承载超长产品领域上优势明显。
Description
技术领域
本发明属于智能物流装备技术领域,尤其涉及一种承载超长货物移动机器人双车主从联动控制方法。
背景技术
随着工业4.0的不断发展,在运输箱货产品领域,既需要运输体积小、速度快运动灵活的小型移动机器人来完成箱货产品运输,同时在一些长、直、重、大型工件的运输上,也要有足够的负载能力来完成。此时用两辆移动机器人联合运输的控制策略可解决上述难题。
在仓储项目中,运输的产品尺寸不一,如果根据产品尺寸设计移动机器人,将面临出现多种移动机器人的窘境,不管在工作效率上,还是资源使用上,都造成了极大的浪费,满足不了工业4.0的发展要求。
通过上述分析,现有技术存在的问题及缺陷为:
1.限制于特定尺寸的移动机器人:现有技术通常会设计特定尺寸的移动机器人来适应不同尺寸的货物运输,这会导致在处理不同尺寸的货物时需要使用不同的机器人,从而增加了成本和资源浪费。
2.缺乏灵活性:现有技术的移动机器人通常被设计为需要遵循固定的路径和规则,这限制了它们在运输过程中的灵活性和适应性。在处理复杂的仓储场景时,这可能会导致机器人无法适应环境变化和不同的运输需求。
3.无法满足不同的运输需求:现有技术的移动机器人通常只能处理轻量级和小尺寸的货物,而不能处理长、直、重、大型工件等具有较高负载要求的货物,这限制了它们在各个行业中的应用范围。
4.控制策略不足:现有技术的移动机器人通常缺乏有效的控制策略,以实现多个机器人的协同工作和任务分配,这可能会导致效率低下和资源浪费。
以上这些问题和缺陷可能会影响现有技术在工业4.0时代的应用和发展,因为随着工业4.0的不断发展,越来越多的企业需要运用高效的技术来提高生产效率和降低成本。因此,需要新的技术和创新来解决这些问题和缺陷。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种承载超长货物移动机器人双车主从联动控制方法。
本发明是这样实现的,一种承载超长货物移动机器人双车主从联动控制方法包括:
步骤一,当移动机器人调度平台收到双车主从联动任务后,会查询已登录移动机器人的个数;如果已登录移动机器人的个数少于两台,将自动取消任务;
步骤二,如果已登录移动机器人的个数大于等于1台,调度系统会将距离指定运载区域最近的两台移动机器人调到指定位置;
步骤三,到达指定位置后,将货物吊装到两车上装上,锁死前车上装,解锁后车上装;如果需要反向行走,锁死后车上装,解锁前车上装,配置界面上各自配置好主车和从车关系;之后开始执行双车主从联动任务,其中主从车采用路径跟踪算法;
步骤四,任务结束后,取消主从关系,等待移动机器人调度平台的其他任务。
进一步,配置界面上各自配置好主车和从车关系具体为:指定行进方向的头车作为主车,锁死其上装;指定行进方向的尾车作为从车,解锁其上装;主车和从车之间通讯上采用双通道双收双发的模式,传送的信息包括姿态信息和运行状态信息,此时从车在控制方面开启的是跟随模式。
进一步,跟随模式具体为:将主车上装上的刚性体产品作为主车末端;设定该刚性体末端为参考基点;当进行直线、转弯和侧移时,以基点为中心,分别加上从车上装的横向相对位置、纵向相对位置,结合旋转角度,会得到从车相对于基点的目标移动位置;从车会根据目标移动位置跟随着基点运行。
进一步,所述路径跟踪算法具体为:AGV采用的是差速驱动轮,差速驱动控制中心线为基准,通过正弦定理推导:
即:
则可推导出转弯圆弧的曲率k:
还可以得到:
sina=e/Ld;
即可推导出:
其中r为车体中心(小圆)转弯半径,R为车轮(大圆)转弯半径,L为轴距,δ(为前轮转角,α为车身与预瞄点夹角,Ld为预瞄距离,e为与预瞄点的横向偏差,Xr为预瞄点横坐标,Yr为预瞄点纵坐标;
由上式可知,本控制器的本质是对转角进行控制,以减少横向误差为目标的横向控制器;其中可视为控制器的P参数,L为车辆的轴距,Ld为设定的预瞄距离;控制器的控制效果主要取决于预瞄距离的选取,一般来说预瞄距离越长,控制效果会越平滑,预瞄距离越短,控制效果会越精确(同时也会带来一定的震荡)。预瞄距离的选取也和当前车速有关,通常来说ld被认为是车速的函数,在不同的车速下需要选择不同的前视距离。
调整前视距离的方法就是将前视距离表示成车辆纵向速度的线形函数,即Ld=k*Vx,前轮的转角公式变为:δ=tan-1(eL/(kVx)2),纯追踪控制器的参数调整变为调整前视系数k;使用最大、最小前视距离来约束前视距离,越大的前视距离意味着轨迹的追踪越平滑,小的前视距离会使得追踪更加精确(当然也会带来控制的震荡);而两轮转角对应的角速度W,根据当前控制速度V可得:
W=v/r=V*k。
进一步,主车为激光slam导航,依据前期规划,完成地图建立,之后地图回传到控制台,之后控制台即可根据地图坐标信息下达控制指令及目标位置;
主从车运行时采用曲线运动,曲线运动是全向AGV运动控制中最复杂的一种状态,良好的运动控制模型可以减少各驱动间的运动干涉。
进一步,双通道双收双发的模式具体为:双车联动过程中(自动或者手动)均采用主从双车双发双收机制。主从双车发送方均按控制器控制周期进行发送。主从双车接收方均采用事件机制或者新线程10ms循环接受机制进行接收,从而保障双车安全及响应速度。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述的承载超长货物移动机器人双车主从联动控制方法的承载超长货物移动机器人双车主从联动控制系统,承载超长货物移动机器人双车主从联动控制系统包括:
任务接收模块,用于双车主从联动任务;
查询模块,用于对已登录的移动机器人的数量进行查询;
调度模块,用于将离指定运载区域最近的两台移动机器人调度到指定位置;
配置模块,用于对主车和从车关系进行配置;
重置模块,用于在任务结束后重置主从关系。
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备,计算机设备包括存储器和处理器,存储器存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时,使得处理器执行所述的承载超长货物移动机器人双车主从联动控制方法的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质,存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时,使得处理器执行所述的承载超长货物移动机器人双车主从联动控制方法的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端,信息数据处理终端用于实现所述的承载超长货物移动机器人双车主从联动控制系统。
结合上述的技术方案和解决的技术问题,本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为:
第一,针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度,紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等,详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题,解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下:
本发明方法可提高移动机器人的使用效率,不同产品在长度、质量上存在很大差异,在运输箱货产品领域,既需要运输体积小、速度快运动灵活的小型移动机器人来完成箱货产品运输,同时在一些大型工件的运输上,也要有足够的负载能力来完成,此时用两辆移动机器人联合运输的控制策略可解决上述难题。
第二,把技术方案看做一个整体或者从产品的角度,本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点,具体描述如下:
本发明方法可以运输不同型号长度的产品,特别在承载超长产品领域上优势明显。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍,显而易见地,下面所描述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AGV车体路径跟踪模型图;
图2是本发明实施例提供的承载超长货物移动机器人双车主从联动控制方法工作流程图;
图3是本发明实施例提供的双车联动直线与转弯效果图;
图4是本发明实施例提供的AGV纠偏曲线运动示意图。
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。
针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种承载超长货物移动机器人双车主从联动控制方法,下面结合附图对本发明作详细的描述。
一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现,该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。
为了解决货物移动机器人在运输超长货物时效率不高的问题,本发明提供一种承载超长货物移动机器人双车主从联动控制方法,既提高了运输安全,又提高了运行效率。
本发明所采用的技术方案是:一种承载超长货物移动机器人双车主从联动控制方法,包括以下步骤:
当移动机器人调度平台收到双车主从联动任务后,首先会查询已登录移动机器人的个数;如果已登录移动机器人的个数少于两台,将自动取消任务;
如果已登录移动机器人的个数大于等于1台,调度系统会将距离指定运载区域最近的两台移动机器人调到指定位置。到达指定位置后,将货物吊装到两车上装上,锁死前车上装,解锁后车上装;如果需要反向行走,锁死后车上装,解锁前车上装,配置界面上各自配置好主车和从车关系;之后开始执行双车主从联动任务;
任务结束后,取消主从关系,等待移动机器人调度平台的其他任务。
所述配置界面上各自配置好主车和从车关系具体为:指定行进方向的头车作为主车,锁死其上装;指定行进方向的尾车作为从车,解锁其上装;主车和从车之间通讯上采用双通道双收双发的模式,传送的信息包括姿态信息和运行状态信息,此时从车在控制方面开启的是跟随模式。
路径跟踪算法具体为:AGV采用的是差速驱动轮,差速驱动控制中心线为基准,可以描绘出在中心线上的其他驱动的运动学模型。
如图1所示,其中r(m)为车体中心(小圆)转弯半径,R(m)为车轮(大圆)转弯半径,L(m)为轴距,δ(rad)为前轮转角,α(rad)为车身与预瞄点夹角,Ld(m)为预瞄距离,e(m)为与预瞄点的横向偏差,Xr(m)为预瞄点横坐标,Yr(m)为预瞄点纵坐标。
通过正弦定理推导:
即:
则可推导出转弯圆弧的曲率k:
还可以得到:
sina=e/Ld
即可推导出:
由上式可知,本控制器的本质是对转角进行控制,以减少横向误差为目标的横向控制器。其中可视为控制器的P参数。L为车辆的轴距,Ld为设定的预瞄距离。本控制器的控制效果主要取决于预瞄距离的选取,一般来说预瞄距离越长,控制效果会越平滑,预瞄距离越短,控制效果会越精确(同时也会带来一定的震荡)。预瞄距离的选取也和当前车速有关。通常来说ld被认为是车速的函数,在不同的车速下需要选择不同的前视距离。
一种最常见的调整前视距离的方法就是将前视距离表示成车辆纵向速度的线形函数,即
Ld=k*Vx,那么前轮的转角公式就变成了:δ=tan-1(eL/(kVx)2),于是纯追踪控制器的参数调整就变成了调整前视系数k。常来说,会使用最大、最小前视距离来约束前视距离,越大的前视距离意味着轨迹的追踪越平滑,小的前视距离会使得追踪更加精确(当然也会带来控制的震荡)。而两轮转角对应的角速度W,根据当前控制速度V可得:
W=v/r=V*k
本算法选择的是最接近预瞄距离的那个点来近似跟踪,这样做的好处是可以不需要目标轨迹的函数方程来求解真实预瞄距离坐标,极大地提升了算法的效率。纵向控制Vx使用一个简单的P控制器,横向控制(即转角控制)我们使用纯追踪控制器。
所述跟随模式具体为:将主车上装上的刚性体产品作为主车末端;设定该刚性体末端为参考基点;当进行直线、转弯和侧移时,以基点为中心,分别加上从车上装的横向相对位置、纵向相对位置,结合旋转角度,会得到从车相对于基点的目标移动位置;从车会根据目标移动位置跟随着基点运行,效果如图3所示。主从车运行时采用曲线运动,曲线运动是全向AGV运动控制中最为复杂的一种状态,良好的运动控制模型可以减少各驱动间的运动干涉,以四组驱动为例,效果如图4所示。本系统AGV采用两组差速驱动,各驱动单元之间独立控制,由主控单元将逻辑运算的结果下发给各个轮的驱动器,实现对全向AGV的控制。AGV运动学模型涉及两个坐标系,分别是全局坐标系XOY和车体坐标系xoy,AGV的运动可以理解为绕某一点进行回转运动,其回转半径为r,回转中心为I,各参数符号界定为逆时针为正。定义AGV前后两舵轮之间的距离为轴距L,左右两轮之间的距离为左右轮间距D。运动参数列表如下表所示。
AGV参数说明表
AGV在运行过程中出现偏离轨迹现象需要进行纠偏时,AGV的采用的运动方式是曲线运动,运动状态如图2所示。
假设AGV从上位机获取车体中心点的速度v,角速度ω,中心点速度在x轴和y轴的分量分别为vx和vy,各个驱动的分速度为vix和viy(i=1,2,3,4),则车体中心点的滑移角为:
δ=arctan(vy/vx)
根据刚体运动学可得中心点的速度与各个驱动速度之间的关系为:
各个驱动的速度和滑移角分别为:
双车进行自动(手动)联动时,会根据产品尺寸和移动机器人尺寸重新定义安全避障距离,两车采用双车双发双收机制进行信号共享,两车中任一个报警,双车报警停车。
本发明的优点:
本发明方法可提高移动机器人的使用效率,不同产品在长度、质量上存在很大差异,在运输箱货产品领域,既需要运输体积小,速度快运动灵活的小型移动机器人来完成箱货产品运输,同时在一些大型工件的运输上,也要有足够的负载能力来完成。此时用两辆移动机器人联合运输的控制策略将解决上述难题。
本发明实施例提供了一种承载超长货物移动机器人双车主从联动控制方法,包括以下步骤:
移动机器人分布于现场的不同位置,调度系统会按照距离由近及远的策略指定两台移动机器人调到指定位置。
移动机器人到达指定位置后,要重新分配移动机器人的工作模式,将主车上装上的刚性体产品作为主车末端;设定该刚性体末端为参考基点;当进行直线、转弯和侧移时,以基点为中心,分别加上从车上装的横向相对位置、纵向相对位置,结合旋转角度,会得到从车相对于基点的目标移动位置;从车会根据目标移动位置跟随着基点运行。
双车联动时,会根据产品尺寸和移动机器人尺寸重新定义安全避障距离,两车采用双车双发双收机制进行信号共享,两车中任一个报警,双车报警停车。
调度平台规划整个任务的行驶路线和避碰距离,双车联动任务优先级最高,其他移动机器人任务延后处理。
在直线行驶时,为了保证产品平稳运输,速度要限制在1m/s以内。在非直行路线时,为了保证产品平稳运输,速度要限制在0.5m/s以内。
如图2所示,当调度系统收到双车联动任务时,首先会查询已登录移动机器人的个数;如果已登录移动机器人的个数少于两台,将自动取消任务;如果已登录移动机器人的个数大于等于1台,调度系统会将距离指定运载区域最近的两台移动机器人调到指定位置。
当执行任务出现电量不足情况时,需要进行充电,充电规则按照先主后从原则,如果其中一台电量不少于60%,则忽略不充。充电电量达到100%时结束充电,继续执行任务。
到达任务结束点后,先执行产品移载,当产品移除上装平台后,解除双车联动模式,调度平台分别将两车调度到指定位置。
二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值,该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。
本发明的应用实施例提供了一种计算机设备,计算机设备包括存储器和处理器,存储器存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时,使得处理器执行承载超长货物移动机器人双车主从联动控制方法的步骤。
本发明的应用实施例提供了一种计算机可读存储介质,存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时,使得处理器执行承载超长货物移动机器人双车主从联动控制方法的步骤。
本发明的应用实施例提供了一种信息数据处理终端,信息数据处理终端用于实现承载超长货物移动机器人双车主从联动控制系统。
应当注意,本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现;软件部分可以存储在存储器中,由适当的指令执行系统,例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现,例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现,也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现,也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,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,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种承载超长货物移动机器人双车主从联动控制方法,其特征在于,承载超长货物移动机器人双车主从联动控制方法包括:
步骤一,当移动机器人调度平台收到双车主从联动任务后,会查询已登录移动机器人的个数;如果已登录移动机器人的个数少于两台,将自动取消任务;
步骤二,如果已登录移动机器人的个数大于等于1台,调度系统会将距离指定运载区域最近的两台移动机器人调到指定位置;
步骤三,到达指定位置后,将货物吊装到两车上装上,锁死前车上装,解锁后车上装;如果需要反向行走,锁死后车上装,解锁前车上装,配置界面上各自配置好主车和从车关系;之后开始执行双车主从联动任务,其中主从车采用路径跟踪算法;
步骤四,任务结束后,取消主从关系,等待移动机器人调度平台的其他任务。
2.如权利要求1所述的承载超长货物移动机器人双车主从联动控制方法,其特征在于,配置界面上各自配置好主车和从车关系具体为:指定行进方向的头车作为主车,锁死其上装;指定行进方向的尾车作为从车,解锁其上装;主车和从车之间通讯上采用双通道双收双发的模式,传送的信息包括姿态信息和运行状态信息,此时从车在控制方面开启的是跟随模式。
3.如权利要求1所述的承载超长货物移动机器人双车主从联动控制方法,其特征在于,跟随模式具体为:将主车上装上的刚性体产品作为主车末端;设定该刚性体末端为参考基点;当进行直线、转弯和侧移时,以基点为中心,分别加上从车上装的横向相对位置、纵向相对位置,结合旋转角度,会得到从车相对于基点的目标移动位置;从车会根据目标移动位置跟随着基点运行。
4.如权利要求1所述的承载超长货物移动机器人双车主从联动控制方法,其特征在于,所述路径跟踪算法具体为:AGV采用的是差速驱动轮,差速驱动控制中心线为基准,通过正弦定理推导:
即:
则可推导出转弯圆弧的曲率k:
还可以得到:
sina=e/Ld;
即可推导出:
其中r为车体中心(小圆)转弯半径,R为车轮(大圆)转弯半径,L为轴距,δ(为前轮转角,α为车身与预瞄点夹角,Ld为预瞄距离,e为与预瞄点的横向偏差,Xr为预瞄点横坐标,Yr为预瞄点纵坐标;
由上式可知,本控制器的本质是对转角进行控制,以减少横向误差为目标的横向控制器;其中可视为控制器的P参数,L为车辆的轴距,Ld为设定的预瞄距离;控制器的控制效果主要取决于预瞄距离的选取,一般来说预瞄距离越长,控制效果会越平滑,预瞄距离越短,控制效果会越精确(同时也会带来一定的震荡);预瞄距离的选取也和当前车速有关,通常来说ld被认为是车速的函数,在不同的车速下需要选择不同的前视距离;
调整前视距离的方法就是将前视距离表示成车辆纵向速度的线形函数,即Ld=k*Vx,前轮的转角公式变为:δ=tan-1(eL/(kVx)2),纯追踪控制器的参数调整变为调整前视系数k;使用最大、最小前视距离来约束前视距离,越大的前视距离意味着轨迹的追踪越平滑,小的前视距离会使得追踪更加精确(当然也会带来控制的震荡);而两轮转角对应的角速度W,根据当前控制速度V可得:
W=v/r=V*k。
5.如权利要求1所述的承载超长货物移动机器人双车主从联动控制方法,其特征在于,主车为激光slam导航,依据前期规划,完成地图建立,之后地图回传到控制台,之后控制台即可根据地图坐标信息下达控制指令及目标位置;
主从车运行时采用曲线运动,曲线运动是全向AGV运动控制中最复杂的一种状态,良好的运动控制模型可以减少各驱动间的运动干涉。
6.如权利要求1所述的承载超长货物移动机器人双车主从联动控制方法,其特征在于,双通道双收双发的模式具体为:双车联动过程中(自动或者手动)均采用主从双车双发双收机制,主从双车发送方均按控制器控制周期进行发送;主从双车接收方均采用事件机制或者新线程10ms循环接受机制进行接收,从而保障双车安全及响应速度。
7.一种应用如权利要求1~6所述的承载超长货物移动机器人双车主从联动控制方法的承载超长货物移动机器人双车主从联动控制系统,承载超长货物移动机器人双车主从联动控制系统包括:
任务接收模块,用于双车主从联动任务;
查询模块,用于对已登录的移动机器人的数量进行查询;
调度模块,用于将离指定运载区域最近的两台移动机器人调度到指定位置;
配置模块,用于对主车和从车关系进行配置;
重置模块,用于在任务结束后重置主从关系。
8.一种计算机设备,计算机设备包括存储器和处理器,存储器存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时,使得处理器执行所述的承载超长货物移动机器人双车主从联动控制方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质,存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时,使得处理器执行所述的承载超长货物移动机器人双车主从联动控制方法的步骤。
10.一种信息数据处理终端,信息数据处理终端用于实现所述的承载超长货物移动机器人双车主从联动控制系统。
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CN (1) | CN116859917A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117519213A (zh) * | 2024-01-04 | 2024-02-06 | 上海仙工智能科技有限公司 | 一种多机器人协同货运控制方法及系统、存储介质 |
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2023
- 2023-06-28 CN CN202310783351.3A patent/CN116859917A/zh active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN117519213A (zh) * | 2024-01-04 | 2024-02-06 | 上海仙工智能科技有限公司 | 一种多机器人协同货运控制方法及系统、存储介质 |
CN117519213B (zh) * | 2024-01-04 | 2024-04-09 | 上海仙工智能科技有限公司 | 一种多机器人协同货运控制方法及系统、存储介质 |
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