本發(fā)明涉及自動導(dǎo)航車控制領(lǐng)域，尤其是一種基于磁帶導(dǎo)引agv的多曲率圓周路徑循跡控制方法。

背景技術(shù)：

在自動導(dǎo)航車控制領(lǐng)域，agv(automatedguidedvehicle)，即自動導(dǎo)引小車，是指配備有電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)引裝置，能夠沿設(shè)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護和各種移載功能且在實際應(yīng)用中不需要駕駛員的運輸車。近幾年，隨著電子商務(wù)的迅速發(fā)展，倉儲物流自動化越來越受到重視，而agv在自動倉儲中占據(jù)了相當(dāng)重要的位置。agv按導(dǎo)引方式的不同，可分為固定路徑導(dǎo)引和自由路徑導(dǎo)引，其中，固定路徑導(dǎo)引方式有：電磁導(dǎo)引、磁帶導(dǎo)引、光學(xué)導(dǎo)引等，自由路徑導(dǎo)引方式有：激光導(dǎo)引、慣性導(dǎo)引、視覺導(dǎo)引、gps導(dǎo)引等。磁帶導(dǎo)引作為固定路徑導(dǎo)引中應(yīng)用最廣泛的一種導(dǎo)引方式，普遍應(yīng)用在倉儲物流、汽車生產(chǎn)、柔性制造及裝配等行業(yè)。

磁帶導(dǎo)引agv采用在地面上粘貼磁帶的方式，通過安裝在agv上的磁導(dǎo)引傳感器感應(yīng)磁帶的磁場信號實現(xiàn)小車的自動導(dǎo)引功能。在磁帶導(dǎo)引agv的轉(zhuǎn)彎控制策略中，一般采用直角路徑或多次路徑調(diào)整等方法實現(xiàn)agv的轉(zhuǎn)彎，直角路徑轉(zhuǎn)彎策略使得agv轉(zhuǎn)彎運行時間過長，多次路徑調(diào)整轉(zhuǎn)彎策略使agv在路徑調(diào)整處會出現(xiàn)抖動的現(xiàn)象。為了提高磁帶導(dǎo)引agv的運行效率，以及提升循跡的平穩(wěn)性，提出基于圓周路徑實現(xiàn)磁帶導(dǎo)引agv的轉(zhuǎn)彎，但由于agv車體結(jié)構(gòu)和磁導(dǎo)引傳感器安裝位置的影響，使得agv轉(zhuǎn)彎時出現(xiàn)抖動的現(xiàn)象，在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)提出了一種多曲率圓周路徑循跡控制方法，即分析agv姿態(tài)與圓周路徑的位置關(guān)系，得出磁導(dǎo)引傳感器、agv與圓周路徑的幾何關(guān)系，通過調(diào)整磁導(dǎo)引傳感器中心點相對于圓周路徑中心線的距離值，來實現(xiàn)磁帶導(dǎo)引agv對不同曲率圓周路徑的循跡控制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服已有磁帶導(dǎo)引agv轉(zhuǎn)彎控制中運行效率低、循跡抖動的不足，本發(fā)明在保證agv循跡精度及快速響應(yīng)能力的前提下，提出了一種基于多曲率圓周路徑循跡的控制方法，該方法可操作性強、易實現(xiàn)，可提高磁帶導(dǎo)引agv運行效率、以及其轉(zhuǎn)彎平穩(wěn)性和靈活性。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種基于磁帶導(dǎo)引agv的多曲率圓周路徑循跡控制方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1)針對兩輪差速驅(qū)動agv，當(dāng)agv差速運動時，agv質(zhì)心運動軌跡為圓周軌跡，建立agv左右驅(qū)動輪移動線速度與圓周軌跡半徑之間的運動關(guān)系；

步驟2)根據(jù)選取的磁導(dǎo)引傳感器和磁帶，確定磁導(dǎo)引傳感器安裝位置，并采集agv中軸線相對于磁帶中心線左右不同程度偏轉(zhuǎn)下磁導(dǎo)引傳感器的信號值，且agv中軸線相對于磁帶左偏或右偏均有m個信號值，即共有2m個信號值；

步驟3)建立磁導(dǎo)引傳感器中心點與agv質(zhì)心的距離l、磁導(dǎo)引傳感器中心點相對于磁帶中心線的偏差距離s與圓周路徑半徑r之間的幾何關(guān)系；

步驟4)根據(jù)鋪設(shè)的不同曲率的圓周路徑，設(shè)互不相同的圓周路徑半徑有z個，由圓周路徑的半徑ri得出對應(yīng)的偏差距離si，i∈n+,i≤z；

步驟5)在所有的磁導(dǎo)引傳感器信號值中選取臨界信號值，作為直線路徑循跡控制與圓周路徑循跡控制的臨界點；

步驟6)選取si中的最大值與最小值，并與磁導(dǎo)引傳感器的最大信號值和臨界信號值建立映射關(guān)系，進而，建立最大信號值與臨界信號值之間信號值的映射關(guān)系；

進一步，所述步驟1)中，agv左右驅(qū)動輪移動線速度與圓周軌跡半徑之間的運動關(guān)系如式(1)所示。

又vc＝wr，則

其中，w為agv差速移動時的移動角速度，vl,vr分別為agv左右輪移動線速度，vc為agv質(zhì)心移動線速度，d為agv左右驅(qū)動輪輪距，r為圓周軌跡的半徑；

更進一步，所述步驟2)中，對于選取的磁導(dǎo)引傳感器和磁帶，會因其型號的不同，m的取值也會有所不同，進而會影響圓周路徑曲率的映射范圍；

所述步驟2)中，l的大小也會影響磁帶導(dǎo)引agv的循跡精度，l越小，agv中軸線相對于磁帶中心線的夾角θj(j∈n+,j≤m)的范圍(即agv相對于磁帶左右偏轉(zhuǎn)范圍)越大，但控制精度越差，相反，l越大，夾角θj的范圍越小，控制精度越高，此外，l的取值也應(yīng)符合實際的環(huán)境，不與環(huán)境相干涉；

所述步驟2)中，磁導(dǎo)引傳感器的信號值都有相對應(yīng)的θj，且θ1＜θ2＜···＜θm；

在步驟3)中，l,s,r之間的幾何關(guān)系如式(3)所示：

其中，當(dāng)s＝0,l≠0時，r→∞，此時agv循直線路徑，當(dāng)s≠0,l≠0時，r為有界常數(shù)，此時agv循圓周路徑；

由式(3)得以下不等式。

r≥l(4)

即l的取值不大于鋪設(shè)圓周路徑的最小半徑r1。

所述步驟3)中，將式(3)代入式(2)，得到

在步驟4)中，針對某一固定曲率的圓周路徑，在磁導(dǎo)引傳感器的安裝位置確定的情況下，ri只與唯一的si相對應(yīng)，且r1＜···＜ri＜···＜rz；

更進一步，在步驟5)中，為了保證磁帶導(dǎo)引agv對直線路徑的循跡精度，設(shè)置一個臨界角(臨界信號值)θ0，θj＜θ0時，通過磁導(dǎo)引傳感器信號值差值作為控制器的輸入，實現(xiàn)循跡誤差系統(tǒng)的負(fù)反饋控制，θj≥θ0時，建立磁導(dǎo)引傳感器信號值與si的映射關(guān)系，且s1＜···＜si＜···＜sz；

在步驟5)中，建立映射關(guān)系時，s1與θ0建立映射，sz與θm建立映射；

所述步驟6)中，針對步驟5)中建立的映射關(guān)系，假設(shè)小于臨界角θ0的θj共有n個(n的大小根據(jù)實際的控制要求選擇)，則大于θ0的θj共有m-n個，且z≤m-n；

在步驟6)中，還有m-n-2個磁導(dǎo)引傳感器信號值未映射si值，取平均值即相鄰的si的值彼此相差最后，建立的映射關(guān)系如式(6)所示。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：由于磁帶導(dǎo)引agv在傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)彎控制策略中存在運行效率低、運行不平穩(wěn)及靈活性不足等缺陷。針對以上問題，本發(fā)明提供了一種多曲率圓周路徑的磁帶導(dǎo)引agv轉(zhuǎn)彎控制方法。本發(fā)明改進了傳統(tǒng)的agv轉(zhuǎn)彎策略，采用圓周路徑，進而，提出了多曲率圓周路徑轉(zhuǎn)彎控制方法，使得磁帶導(dǎo)引agv能夠適應(yīng)不同曲率的圓周路徑，降低了agv轉(zhuǎn)彎所花費的時間，并且提高了agv轉(zhuǎn)彎循跡的平穩(wěn)性，此外，保證了磁帶導(dǎo)引agv的直線循跡精度，具有很強的實用性和應(yīng)用價值。

附圖說明

圖1是兩輪差速agv差速轉(zhuǎn)彎示意圖；

圖2是agv相對于磁帶中心線的右偏姿態(tài)示意圖；

圖3是agv、圓周路徑與磁導(dǎo)引傳感器之間的位置關(guān)系示意圖；

圖4是映射關(guān)系示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。

參照圖1～圖4，一種基于磁帶導(dǎo)引agv的多曲率圓周路徑循跡控制方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1)以四輪agv為研究對象，兩前輪作為驅(qū)動輪，實現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向，兩后輪作為從動輪，起支撐作用。假設(shè)agv驅(qū)動輪輪軸中心即為agv質(zhì)心，根據(jù)移動機器人的運動特性，可得到agv左右驅(qū)動輪移動線速度與agv質(zhì)心旋轉(zhuǎn)半徑之間的運動關(guān)系為：

其中vc為設(shè)定的常值，從式(2)的關(guān)系可知，若d為定值，r越大，左右輪的輪速差vl-vr越??；若r為定值，d越大，左右輪的輪速差vl-vr越大。式(2)以右轉(zhuǎn)彎為例建立的運動關(guān)系，r為正值；若左轉(zhuǎn)彎，r取負(fù)值。

步驟2)磁導(dǎo)引傳感器一般采用陣列排布的霍爾傳感器檢測點，每個霍爾傳感器檢測點檢測到磁場輸出為0，未檢測到磁場輸出為1，agv不同偏轉(zhuǎn)姿態(tài)下，磁導(dǎo)引傳感器的輸出信號各不相同，故磁導(dǎo)引傳感器輸出的信號必須經(jīng)過數(shù)字化處理才能使用。

保持agv質(zhì)心在磁帶中心線上，以質(zhì)心為圓心，不斷調(diào)整agv左右偏轉(zhuǎn)幅度，采集agv不同姿態(tài)下的磁導(dǎo)引傳感器輸出的信號值，且agv相對于磁帶中心線左偏和右偏各有m個信號值。設(shè)agv中軸線與磁帶中心線重合時，磁導(dǎo)引傳感器的信號值為0。

步驟3)磁帶導(dǎo)引agv平滑無抖動地經(jīng)過圓周路徑的理想姿態(tài)是，agv質(zhì)心始終保持在圓周路徑的中心線上，磁導(dǎo)引傳感器的中心點相對于圓周路徑中心線的偏差距離為定值，且agv左右驅(qū)動輪的輪速差保持為定值。

從圖3中的位置關(guān)系得到如下關(guān)系：

進而，得到r≥l，l的取值取決于鋪設(shè)的圓周路徑中的最小半徑的圓周路徑；

步驟4)針對步驟1)中的運動關(guān)系，得到s與agv左右驅(qū)動輪之間的關(guān)系如下式

步驟5)在建立映射關(guān)系時，給出的θj只是不同信號值對應(yīng)的實際角度，并不需要實際測量，大大降低了工作量。

在設(shè)定臨界角時，θ0必須滿足θ1＜θ0＜θm，且選取是不能偏大，也不能偏小，必須符合實際的應(yīng)用場景和應(yīng)用要求。實際操作時，只需選取磁導(dǎo)引傳感器的臨界信號值，即θ0對應(yīng)的信號值。

如圖1所示，agv右轉(zhuǎn)彎時的運動狀況，圖中各符號表示為：

o′---agv右轉(zhuǎn)彎時質(zhì)心的旋轉(zhuǎn)瞬心；

d---agv兩驅(qū)動輪輪距；

νl---agv左驅(qū)動輪移動線速度；

νr---agv右驅(qū)動輪移動線速度；

νc---agv質(zhì)心移動線速度；

α---agv周期時間內(nèi)質(zhì)心轉(zhuǎn)過的角度；

r---agv質(zhì)心旋轉(zhuǎn)半徑；

如圖2所示，agv相對于磁帶中心線右偏轉(zhuǎn)的最小幅度與最大幅度，圖中各符號表示為：

o---agv質(zhì)心；

1---磁導(dǎo)引傳感器；

2---磁帶；

θ1---agv右偏轉(zhuǎn)的最小角度；

θm---agv右偏轉(zhuǎn)的最大角度；

如圖3所示，agv右轉(zhuǎn)彎時，agv平滑且無抖動經(jīng)過圓周路徑的理想姿態(tài)，圖中各符號表示為：

o′---圓周路徑的圓心；

r---圓周路徑的半徑；

c---agv質(zhì)心；

m---磁導(dǎo)引傳感器中心點；

1---磁導(dǎo)引傳感器；

2---磁帶；

l---agv質(zhì)心與磁導(dǎo)引傳感器中心點的距離；

s---磁導(dǎo)引傳感器中心點相對于磁帶中心線的偏差距離。