一种基于后驱前转向的搬运汽车控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于后驱前转向的搬运汽车控制系统，涉及自动导引技术领域。该搬运汽车控制系统包括：供电系统、车体控制系统、调度系统、无线通讯系统、驱动转向系统、组合导航系统、激光测量定位系统、安全防撞系统。本发明专利技术技术方案中，在控制系统中转向系统基于阿克曼建立数学模型，转向角度可以实现0.1°分辨率，后轮驱动轮可以实现电子差速运动；通过转向和驱动差速运动实现AGV直线行驶姿态调节和不同转弯半径下转弯行驶；相比其他轮系结构，后驱前转向控制系统控制简单、定位精度高、可靠性高。

A control system of the truck based on the front steering of the rear drive

【技术实现步骤摘要】
一种基于后驱前转向的搬运汽车控制系统
本专利技术涉及自动导引
，具体涉及一种基于后驱前转向的搬运汽车控制系统。
技术介绍
近年来，搬运汽车(AGV)作为柔性的自动化搬运设备越来越受到各行各业的关注，从工厂车间的物料转运到智能停车，但AGV室内应用案例较多，随着需求的发展室外或半室外AGV技术将逐步完善并进入应用阶段，从需求行业来看，港口AGV、巡检AGV、汽车搬运AGV需求旺盛。因此，针对港口、汽车厂等需要大量汽车转运的场合，我们提出一种想法：设计一款用于室外转运汽车AGV替代人工转运，解决人工转运效率低，成本高的难题。AGV传统的导航方式主要为磁导航和视觉导航，由地面上铺设的磁条或色带作为参考，AGV在行进过程中不断动态修正其与预定轨迹的偏差。然而这种导航方式，虽然使得AGV可以不受人的控制自动行走，但固定的轨迹极大地限制了运动。近年来，无轨导航技术的发展十分迅速，特别是GPS+惯导技术在室外无人驾驶汽车的应用，使得室外AGV在某些领域已有实际的应用案例。
技术实现思路
一种基于后驱前转向的搬运汽车(AGV)控制系统，应用于室外港口，汽车制造厂等无人搬运，属于智能物流搬运领域；汽车搬运AGV车采用卫星(GPS、北斗)+惯导组合导航方式应用在室外复杂环境进行导航，辅助激光雷达及视觉系统实现末端二次定位，基于无人驾驶平台控制思路开发，选用汽车成熟硬件，速度提升到6m/s。根据本专利技术，提供一种基于后驱前转向的搬运汽车控制系统，其特征在于，所述搬运汽车的车体采用4台驱动转向系统实现前端车轮转向、后端车轮驱动的车型架构，按照设定路线，搬运汽车从起点位置按照不同路线、不同转弯半径自主导航到达目标终点。进一步的，所述驱动转向系统为舵轮驱动转向系统。进一步的，所述搬运汽车控制系统包括：供电系统、车体控制系统、调度系统、无线通讯系统、驱动转向系统、组合导航系统、激光测量定位系统、安全防撞系统。进一步的，所述供电系统用于为车体控制系统、调度系统、无线通讯系统、驱动转向系统、组合导航系统、激光测量定位系统、安全防撞系统提供电力。进一步的，所述车体控制系统包括伺服运动控制器和信号扩展模块，其中，信号扩展模块用于接收调度系统的路径命令信息、组合导航系统的反馈信息以及安全防撞系统的反馈信息；运动控制器对信号扩展模块接收的信息进行数据接收并进行计算，根据计算结果向驱动转向系统发送运动指令，控制搬运汽车的运动。进一步的，所述运动控制器计算过程如下所示：左转情况下，左转差速：左前轮转角度：θ1＝arccot(cotθ-0.65714)；右前轮转角度：θ2＝θ；左后轮转速度：右后轮转速度：n4＝n，右转情况下，右转差速：左前轮转角度：θ1＝θ；右前轮转角度：θ2＝arccot(cotθ-0.65714)；左后轮转速度：n3＝n；右后轮转速度：直行情况下，等速度：左前轮转角度：θ1＝θ；右前轮转角度：θ2＝θ；左后轮转速度：n3＝n；右后轮转速度：n4＝n；其中，θ取值范围为0＜θ＜90°，n取值范围为大于0。进一步的，当搬运汽车直行时，组合导航系统实时反馈的车体中心左右偏移值d1和偏转角β1传送给车体运动控制系统，与左右偏移值的给定值d2和偏转角的给定值β2比较得出：d＝d1-d2，β＝β1-β2，其中d为左右偏差值，β为角度偏差值，进而对左右和角度分别进行PID控制。进一步的，根据车体稳定性分析，采用带死区PID控制：当-5mm<d<5mm时，左右偏差不需调节；当-35mm<d<35mm时，进行左右PID控制输出车体横向速度值vx和车体前进方向速度值vy，根据d的大小设置不同区间，给定不同的反向车体横向速度值vx，最终控制d在±5mm范围内；当d>35mm或d<-35mm时，车体超出轨道，停止运行；当β＝0°时，不进行车体角度调节；当β＞0°或β＜0°时，进行角度PID控制，输出车体中心相应的转向角度θ，根据车体速度与每个车轮角速度的关系，计算出每个车轮调节的速度，进而调节角度偏差。进一步的，所述反向车体横向速度值vx是指：当车体偏左时，给定向右的车体横向速度值vx；当车体偏右时，给定向左的车体横向速度值vx，车体前进方向速度值vy保持不变。进一步的，当车体的d和β都调节时，可以同时进行PID控制，车体进行复合运动调节。进一步的，所述调度系统包括上位机调度界面和调度系统无线收发通讯模块，调度系统通过调度系统无线收发通讯模块与车体无线通讯模块实时通信；上位机调度界面用于给出搬运汽车的最优路径，完成多台搬运汽车的调度规划。进一步的，所述无线通讯系统包括安装在调度系统内的调度系统无线收发通讯模块，以及安装在搬运汽车上的车体无线通讯模块，通信协议为TCP/IP协议。进一步的，所述驱动转向系统包括转向伺服系统、行走伺服系统，转向伺服系统包含转向伺服驱动器和转向电机，行走伺服系统包含行走伺服驱动器和行走电机，车体控制系统与转向伺服系统、行走伺服系统连接，并向伺服系统发送运动指令同时接收电机内部编码器反馈信号，伺服系统按照运动指令中给定速度和方向控制驱动电机进行驱动，电机通过减速器与车轮连接。进一步的，所述组合导航系统为GPS+惯导组合导航系统。进一步的，所述组合导航系统包括GPS卫星定位系统、惯性导航系统、里程计、RTK基站、数据融合控制器，所述GPS卫星定位系统与RTK基站实现差分定位，所述惯性导航系统实现角度数据输出，经过数据融合控制器把位置数据和角度数据进行滤波信号处理后通过RS422接口传输给车体控制系统，车体控制系统处理后得到车体的姿态信息、减速命令信息或转弯位置信息。进一步的，所述姿态信息包括左右偏移值和偏转角度。进一步的，所述激光雷达测量定位系统包括2台激光雷达、数据处理控制器，所述激光雷达扫描前方10米范围内汽车轮廓数据，实时上传到数据处理器进行轮廓建模，经过计算得到汽车的中心点与搬运汽车的中心点的左右偏差和角度偏差，搬运汽车通过左右偏差和角度偏差提前调节AGV车体姿态进行精确定位。进一步的，所述安全防撞系统包括2个安全扫描仪，安装在搬运汽车前后两端，用于检测行进中前后方6米范围内是否有障碍物。进一步的，当所述安全防撞系统检测前方6米处出现障碍物时，安全扫描仪反馈信号到车体控制系统中，控制搬运汽车开始减速，当所述安全防撞系统检测前方2米处出现障碍物时，搬运汽车停止运动，直到障碍物消除。本专利技术的有益效果：基于后驱前转向方式实现汽车搬运，在控制系统中转向系统基于阿克曼建立数学模型，转向角度可以实现0.1°分辨率，后轮驱动轮可以实现电子差速运动；通过转向和驱动差速运动实现AGV直线行驶姿态调节和不同转弯半径下转弯行驶；相比其他轮系结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于后驱前转向的搬运汽车控制系统，其特征在于，所述搬运汽车控制系统包括：供电系统、车体控制系统、调度系统、无线通讯系统、驱动转向系统、组合导航系统、激光测量定位系统、安全防撞系统，/n所述搬运汽车的车体采用多台驱动转向系统实现前端车轮转向、后端车轮驱动的车型架构，按照设定路线，搬运汽车从起点位置按照不同路线、不同转弯半径自主导航到达目标终点。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于后驱前转向的搬运汽车控制系统，其特征在于，所述搬运汽车控制系统包括：供电系统、车体控制系统、调度系统、无线通讯系统、驱动转向系统、组合导航系统、激光测量定位系统、安全防撞系统，
所述搬运汽车的车体采用多台驱动转向系统实现前端车轮转向、后端车轮驱动的车型架构，按照设定路线，搬运汽车从起点位置按照不同路线、不同转弯半径自主导航到达目标终点。


2.根据权利要求1所述的搬运汽车控制系统，其特征在于，所述车体控制系统包括伺服运动控制器和信号扩展模块，其中，
信号扩展模块用于接收调度系统的路径命令信息、组合导航系统的反馈信息、自动对接反馈数据信息以及安全防撞系统的反馈信息；
运动控制器对信号扩展模块接收的信息进行数据接收并进行计算，根据计算结果向驱动转向系统发送运动指令，控制搬运汽车的运动。


3.根据权利要求2所述的搬运汽车控制系统，其特征在于，所述运动控制器计算过程如下所示：
左转情况下，左转差速：
左前轮转角度：θ1＝arccot(cotθ-0.65714)；
右前轮转角度：θ2＝θ；
左后轮转速度：
右后轮转速度：n4＝n，
右转情况下，右转差速：
左前轮转角度：θ1＝θ；
右前轮转角度：θ2＝arccot(cotθ-0.65714)；
左后轮转速度：n3＝n；
右后轮转速度：
直行情况下，等速度：
左前轮转角度：θ1＝θ；
右前轮转角度：θ2＝θ；
左后轮转速度：n3＝n；
右后轮转速度：n4＝n，
其中，θ取值范围为0＜θ＜90°，n取值范围为大于0。


4.根据权利要求3所述的搬运汽车控制系统，其特征在于，当搬运汽车直行时，组合导航系统实时反馈的车体中心左右偏移值d1和偏转角β1传送给车体运动控制系统，与左右偏移值的给定值d2和偏转角的给定值β2比较得出：d＝d1-d2，β＝β1-β2，其中d为左右偏差值，β为角度偏差值，进而对左右和角度分别进行PID控制，
根据车体稳定性分析，采用带死区PID控制：
当-5mm<d<5mm时，左右偏差不需调节；
当-35mm<d<35mm时，进行左右PID控制输出车体横向速度值vx和车体前进方向速度值vy，根据d的大小设置不同距离区间，给定不同的反向车体横向速度值vx，最终控制d在±5mm范围内；
当d>35mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢扬扬，张志民，张丹丹，王娟，古今茂，孙庆阳，程喜臣，
申请(专利权)人：北京星航机电装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11