一种基于双PID控制的AGV小车的路径纠偏方法技术

技术编号:20679592 阅读:49 留言:0更新日期:2019-03-27 18:27
本发明专利技术涉及一种基于双PID控制的AGV小车的路径纠偏方法,其新提出的双PID控制器结构和新提出的视觉传感器定位方法都能够大大提升控制精度,并能够增加AGV运行稳定性和运行灵活性,增强AGV直线运行和曲线运动精度,加强AGV复杂能力。且使得精度可以控制在5mm以内,灵活行可以准确跟踪任意变换的运动轨迹,稳定性方面可以实现长时间稳定运行,抑制了硬件传感器自身缺陷,误差小。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双PID控制的AGV小车的路径纠偏方法
本专利技术涉及自动导航领域,具体涉及一种基于双PID控制的AGV小车的路径纠偏方法。
技术介绍
自动导引小车(AGV)系统目前主要应用于仓储物流运输,工业现场存储区与生产区域的柔性工位物料连接,早期的AGV只是应用于车间的杂货运输,目前AGV被广泛应用于各行各业,包括非工业生产环境也在积极使用AGV来替代减少人工工作,包括邮件邮报运输,办公室内部包裹、信息等的递送,医院送餐送洗衣物等方面。AGV通常是采用磁导引和视觉导引等单一的可连续型纠偏的轨道引导方式,由于单一的惯性导航系统会随着时间累积导航误差,因此惯性导航需要结合其他诸如射频识别和二维码等室内定位技术。目前的纠偏主流还是使用PID进行,参见图1可知,现有技术中的PID控制器(比例-积分-微分控制器),由比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)组成。透过Kp,Ki和Kd三个参数的设定。PID控制器主要适用于基本上线性,且动态特性不随时间变化的系统。PID控制器的比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)分别对应目前误差、过去累计误差及未来误差,若是不知道受控系统的特性,一般认为PID控制器是最适用的控制器,借由调整PID控制器的三个参数,可以调整控制系统,设法满足设计需求,控制器的响应可以用控制器对误差的反应快慢、控制器过冲的程度及系统震荡的程度来表示。不过,使用PID控制器不一定保证可达到系统的最佳控制,也不保证系统稳定性。公开号为CN105180930A的专利提供了一种AGV惯性导航系统,它包括陀螺仪、磁钉、编码器、磁传感器、数据处理单元和运动控制单元,陀螺仪设置在AGV小车上,磁钉铺设在地面AGV航道上,磁传感器设置在AGV小车车头底部的中线上,陀螺仪、磁传感器、编码器和运动控制单元分别与数据处理单元连接,编码器、数据处理单元和运动控制单元设置在AGV小车上的控制盒内;所述的数据处理单元包括依次连接的陀螺仪采集模块、固定漂移处理模块、卡尔曼滤波处理模块、角度获取模块、磁钉校准模块、航迹推算模块和PID调节器,编码器与轨迹推算单元连接,PID调节器与运控控制单元连接。该系统角度精度为±0.1度,航迹推算精度为±5mm,导航精度为±10mm。该专利技术利用惯性传感器实现AGV纠偏功能,利用固定在地面上的磁钉实现AGV的粗略定位功能。该方法增加了外围辅助磁钉的配合定位作用,成本高,而且很难及逆行更改。当前AGV的纠偏控制往往只是仅仅单纯地停留于单个,单独的某个量,位置、角度、速度、加速度等单独的信息。但是这些变量和反馈量一般都是相互耦合,相互影响的。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对现有纠偏控制技术的不足,为了使得控制更加的精准与平滑,本文提出一种基于双PID控制的AGV小车的路径纠偏方法,该方法在于融合了惯导原件和视觉传感器的数据,在此基础之上进行对应新型自适应PID控制,自适应PID控制可以得到非常好的结果,纠偏过程进行快速、平滑,纠偏算法抗干扰性强,鲁棒性好。(二)技术方案为了达到上述目的,本专利技术提供了一种基于双PID控制的AGV小车的路径纠偏方法,所述纠偏方法包括直线行驶部分和转弯行驶部分的纠偏方法;所述小车配置有惯性导航元件和辅助定位设备,并限定其转弯行驶部分的行驶轨迹的拐角均为90度的折线,惯性导航元件能提供小车行驶时的实时行驶参数,通过结合运行时间能够推算出小车的实际坐标和姿态角;由于惯性导航随时间累积会有一定的漂移,需要辅助定位设备校正,辅助定位设备间隔一定的时间提供校正参数,校正后能得到更加准确的所述小车的实际坐标和姿态角;在AGV小车进行行驶时,其双PID控制器总表达式为:其中,u(t)为小车的横向纠偏控制量,Kpa、Kpd分别为两个PID控制器的PID参数,其中一个PID控制器是角度PID控制器,另外一个是位置PID控制器,且两个Kpa、Kpd作为因变量Kp分别与两个ea(t)、ed(t)作为自变量e之间存在Kp=Ae2+B的函数关系,ea(t)为惯性导航元件或辅助定位设备提供的所述小车的姿态角与目标角度的差值,ed(t)为惯性导航元件或辅助定位设备提供的所述小车的实际坐标与目标坐标的差值,TaD和TdD为小车使用前调试得到的参数,α、β为每个小车使用前调试得到的系数,其根据小车直线行驶或转弯行驶的行进方式、行进速度取不同的值,对于AGV小车来说,在不同速度或不同位置偏移量情况下,设置的PID参数均不同,同理两个PID控制器前面的系数也需要做相应调整,α、β的调整原则为:速度越快调整的幅值越小,即系数α,β值越小;当AGV小车直线行驶时,按照以下方式进行纠偏:(1)当ed(t)小于等于0.012m时,即位移偏差很小的情况下,需要两个PID控制器具有相同的控制作用,此时设置α=β;(2)当ed(t)大于0.012m时候,即位置偏移量较大情况下,位置PID控制器需要占据主要控制地位,角度PID控制器作为辅助进行纠偏,此时α<β;其中,α取值范围为[0,1],β取值范围为[1,2]。进一步的,ea(t)具体为辅助定位设备提供的小车角度与目标角度的差值,ed(t)具体为辅助定位设备提供的小车坐标与目标坐标的差值。进一步的,在直线行驶时位置偏移量较大情况下,AGV小车使用前调试得到的系数α,β设置条件如下:(1)在低速情况下,即速度小于等于0.6m/s时,设置α=0.4,β=1.6;(2)在高速情况下,即速度大于等于0.6m/s时,设置α=0.3,β=1.7。进一步的,转弯行驶时:当AGV小车转弯行驶时,无法得知实时目标角度值,无法计算角度偏差,因而不存在角度PID故α=0、β=1;其位置偏差ed(t)认定方法为:当AGV进行直角的弧线转弯行驶时,AGV会在进入弯道时在主控制器内部计算一条虚拟路径作为目标路径,这条虚拟路径是连接出弯点与入弯点的一段圆弧,在AGV进行圆弧转动的过程中,通过计算AGV小车的位置与圆弧圆心点的直线距离l减去圆弧的半径r得到AGV与圆弧的偏移量ed(t),即ed(t)=l-r,这个偏移量ed(t)为位置偏差;当AGV小车的位置位于圆弧内部时候,证明转弯角度过大,小车继续沿当前方向行驶,当AGV小车位于圆弧外部的时候,证明此时转弯角度过小,继续加大转向角进行打角转弯行驶。进一步的,其辅助定位设备是视觉传感器,视觉传感器的获取的信息为:二维码的ID号、二维码中心位置与视觉传感器视域中心的x,y轴偏移量中的像素点个数(xNum,yNum)、二维码正方向与视觉传感器正方向的夹角、二维码角点检测的三个参考点在视域中的三个坐标(xA,yA),(xB,yB),(xC,yC)、二维码中心点偏移量(xD,yD),根据二维码的ID号可以通过数据库查找的方式找到二维码对应的实际绝对坐标位置为(X,Y);根据二维码角点检测的三个参考点在视域中的位置和二维码实际边长L可以计算出二维码在视觉传感器当中的映射信息,即多长距离对应多少个像素点;那么映射关系可以计算为如下关系:其中k为映射值,根据映射关系可以推算出二维码中心位置和视觉传感器中心位置的相对位移xR和yR,其计算方式表述如下:根据上式得出的相对位移xR和yR,综合实际绝对坐标位置(X,Y)可以得到视觉传感器本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于双PID控制的AGV小车的路径纠偏方法,其特征在于:所述纠偏方法包括直线行驶部分和转弯行驶部分的纠偏方法;所述小车配置有惯性导航元件和辅助定位设备,并限定其转弯行驶部分的行驶轨迹的拐角均为90度的折线,惯性导航元件能提供小车行驶时的实时行驶参数,通过结合运行时间能够推算出小车的实际坐标和姿态角;由于惯性导航随时间累积会有一定的漂移,需要辅助定位设备校正,辅助定位设备间隔一定的时间提供校正参数,校正后能得到更加准确的所述小车的实际坐标和姿态角;在AGV小车进行行驶时,其双PID控制器总表达式为:

【技术特征摘要】
1.一种基于双PID控制的AGV小车的路径纠偏方法,其特征在于:所述纠偏方法包括直线行驶部分和转弯行驶部分的纠偏方法;所述小车配置有惯性导航元件和辅助定位设备,并限定其转弯行驶部分的行驶轨迹的拐角均为90度的折线,惯性导航元件能提供小车行驶时的实时行驶参数,通过结合运行时间能够推算出小车的实际坐标和姿态角;由于惯性导航随时间累积会有一定的漂移,需要辅助定位设备校正,辅助定位设备间隔一定的时间提供校正参数,校正后能得到更加准确的所述小车的实际坐标和姿态角;在AGV小车进行行驶时,其双PID控制器总表达式为:其中,u(t)为小车的横向纠偏控制量,Kpa、Kpd分别为两个PID控制器的PID参数,其中一个PID控制器是角度PID控制器,另外一个是位置PID控制器,且两个Kpa、Kpd作为因变量Kp分别与两个ea(t)、ed(t)作为自变量e之间存在Kp=Ae2+B的函数关系,ea(t)为惯性导航元件或辅助定位设备提供的所述小车的姿态角与目标角度的差值,ed(t)为惯性导航元件或辅助定位设备提供的所述小车的实际坐标与目标坐标的差值,TaD和TdD为小车使用前调试得到的参数,α、β为每个小车使用前调试得到的系数,其根据小车直线行驶或转弯行驶的行进方式、行进速度取不同的值,对于AGV小车来说,在不同速度或不同位置偏移量情况下,设置的PID参数均不同,同理两个PID控制器前面的系数也需要做相应调整,α、β的调整原则为:速度越快调整的幅值越小,即系数α,β值越小;当AGV小车直线行驶时,按照以下方式进行纠偏:(1)当ed(t)小于等于0.012m时,即位移偏差很小的情况下,需要两个PID控制器具有相同的控制作用,此时设置α=β;(2)当ed(t)大于0.012m时候,即位置偏移量较大情况下,位置PID控制器需要占据主要控制地位,角度PID控制器作为辅助进行纠偏,此时α<β;其中,α取值范围为[0,1],β取值范围为[1,2]。2.根据权利要求1所述的纠偏方法,其特征在于:ea(t)具体为辅助定位设备提供的小车角度与目标角度的差值,ed(t)具体为辅助定位设备提供的小车坐标与目标坐标的差值。3.根据权利要求1所述的纠偏方法,其特征在于:在直线行驶时位置偏移量较大情况下,AGV小...

【专利技术属性】
技术研发人员:周正张亦弛龙小军黄科科欧璐崔冠冠
申请(专利权)人:楚天智能机器人长沙有限公司
类型:发明
国别省市:湖南,43

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