AGV的贝塞尔曲线控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种AGV的贝塞尔曲线控制方法及系统，方法包括以下步骤：使用贝塞尔曲线绘制所有预设路径；根据任务信息和AGV终端位置信息及状态信息生成调度信息并进行任务路径规划；将调度信息和任务路径下发执行任务的AGV终端；获取任务路径并读取各个任务路径段几何信息；对单个任务路径段进行轨迹跟踪。本发明专利技术基于贝塞尔曲线跟踪和定点停靠，在传统方案基础上从速度、精度和行车姿态平顺性三方面进行优化，与采用直线、圆弧的AGV轨迹跟踪方法相比，解决了路径规划时存在的路径不平顺问题，采用改进型的纯跟踪策略，适用多种不同AGV驱动机构类型，使得AGV能够在保证精度的基础上以较高速度平顺运行，极大提高了单机运行效率。

Control method and system of Bezier curve of AGV

【技术实现步骤摘要】
AGV的贝塞尔曲线控制方法及系统
本专利技术涉及一种AGV的贝塞尔曲线控制方法及系统，属于AGV轨迹跟踪控制

技术介绍
在过去的几十年间，AGV(AutomatedGuidedVehicle，自动导引运输车)轨迹跟踪控制技术一直是机器人领域大家研究的热点话题。传统的AGV，轨迹跟踪路线一般是直线、圆弧，此类方法带来的缺点：直线和圆弧，路径规划，图形单一，灵活性差；直线和圆弧组合路径，曲率不连续，路径不平滑，造成AGV跟踪路线时转向不平顺；导致传统轨迹跟踪方法效果不强。由于路径不平顺，运动受限。现有纯跟踪法，普遍应用于无人驾驶汽车的路径跟踪控制，速度相对较高且跟踪误差比较大；对于AGV小车，根据现有了解，应用较少甚至无；经应用实验，现有纯跟踪法应用于AGV小车，控制跟踪贝塞尔曲线，无法达到轨迹跟踪精度要求，且在轨迹相邻段间转角处，容易造成车辆抖动，同时误差放大。由于无法保证轨迹跟踪精度，AGV运行速度较低，且跟踪效果不理想，现有AGV轨迹跟踪控制技术极大限制了AGV的搬运作业效率。。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种AGV的贝塞尔曲线控制方法及系统，能够在传统方案的基础上从速度、精度和行车姿态平顺性三个方面进行优化。本专利技术解决其技术问题采取的技术方案是：一方面，本专利技术实施例提供的一种AGV的贝塞尔曲线控制方法，包括以下步骤：使用贝塞尔曲线绘制所有预设任务路径；根据任务信息和AGV终端位置信息及状态信息生成调度信息并进行任务路径规划；将调度信息和任务路径下发执行任务的AGV终端；获取任务路径并读取各个任务路径段几何信息；对单个任务路径段进行轨迹跟踪。作为本实施例一种可能的实现方式，所述使用贝塞尔曲线绘制所有预设路径的过程为根据实际运行路线所需，在全局坐标系下，通过组合基本图形元素和站台元素绘制所有可执行的路径，并标注站台信息。作为本实施例一种可能的实现方式，所述生成调度信息过程为：根据任务信息、站台信息和车载AGV终端提供的车辆位置及状态信息，进行车辆调度。作为本实施例一种可能的实现方式，所述进行任务路径规划的过程为：根据任务的实际需求及调度信息，采用最短路径规划算法并结合AGV终端位置信息从所有预设路径中选择最优路径作为任务路径。作为本实施例一种可能的实现方式，所述对单个任务路径段进行轨迹跟踪的过程包括以下步骤：S1，根据当前AGV终端运行速度，计算预瞄距离Ld；S2，找寻预瞄点；S3，根据预瞄点坐标计算不同AGV机构类型的转向控制量，其中：单舵轮机构的转向控制量为舵轮转角；差速机构的转向控制量为角速度；S4，通过控制转向控制量，控制AGV沿着经过预瞄点的圆弧行驶作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤1中，预瞄距离Ld的计算公式为:Ld＝K(A*V2+B*V+C)其中，A＝1/(2*a_max)，a_max为车辆最大制动加速度；B为车辆遇到异常反应时反应行驶距离；C为最小转弯半径；V为AGV终端的运行速度。作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤S2的具体过程为：根据AGV终端位置信息，得到控制点坐标(Cx,Cy)；以控制点坐标(Cx,Cy)为圆心，以预瞄距离Ld为半径画预瞄圆，求取预瞄圆与曲线交点，作为预瞄点。作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤S2中，求取预瞄圆与曲线交点的过程为：按照一定打散数量，将t在范围[0,1]间均匀打散，采用贝塞尔曲线方程分别求取对应B(t)点；将B(t)点预存数组B[]中；计算(Cx,Cy)与B(t)点间距，求取最短距离dmin，对应的点为垂足T；如果最短距离dmin>120mm且当前车速大于0.35m/s,则减速为0.35m/s,如果dmin+>Ld,预瞄圆与跟踪曲线相离,则将dmin放大1.2倍,最大1000mm,继续求垂足；返回T的数组B[]索引，生成新的数组，从T开始扫描，第一个和Ld插值最小的点为预瞄点，即控制点到B(n)的距离大于等于Ld的点，为预瞄点。作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤S3的过程为：根据正弦定理得曲率半径R：R＝Ld/2*sinα当AGV机构类型为单舵轮机构时，计算单舵轮机构的舵轮转角：根据简化阿克曼车辆模型，舵轮转角δ表示为：δ＝arctan(L/R)联立曲率半径和舵轮转角公式得:δ＝arctan(2*L*sinα/Ld)其中，Ld为预瞄距离，α为车正方向与线CD的夹角，线CD为控制点与预瞄点连线，L为控制点到转向点距离；当AGV机构类型为差速机构时，计算差速机构的角速度：根据角速度与速度间关系：ω＝V/R联立曲率半径和角速度公式得：ω＝2*sinα*V/Ld其中，Ld为预瞄距离，α为车正方向与线CD的夹角，线CD为控制点与预瞄点连线，V为AGV终端的运行速度。作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤S4的过程为：对于单舵轮机构，以AGV终端两后轮轴线中心点为控制点，前舵轮中心点为转向点，通过控制舵轮转角δ，沿着经过预瞄点的圆弧行驶；对于差速机构，以AGV终端两差速轮轴线中心点为控制点，通过控制角速度ω，沿着经过预瞄点的圆弧行驶。作为本实施例一种可能的实现方式，在求取预瞄圆与曲线交点的过程中，如果单个任务路径段内无交点，提前转向，进行后瞻处理，计算求取下一任务路径内预瞄圆与曲线交点；如果在后一任务路径段末尾仍无交点，则后瞻后一段终点沿终点切线方向形成的射线。第二方面，本专利技术实施例提供的一种贝塞尔曲线控制AGV终端，包括：任务路径获取模块，用于获取任务路径并读取各个任务路径段几何信息；轨迹跟踪模块，用于对单个任务路径段进行轨迹跟踪。作为本实施例一种可能的实现方式，所述轨迹跟踪模块包括：预瞄距离计算模块，用于根据当前AGV终端运行速度，计算预瞄距离Ld；预瞄点找寻模块，用于找寻预瞄点；转向控制量计算模块，用于根据预瞄点坐标计算不同AGV机构类型的转向控制量，其中：单舵轮机构的转向控制量为舵轮转角；差速机构的转向控制量为角速度；行驶控制模块，用于通过控制转向控制量，控制AGV沿着经过预瞄点的圆弧行驶。作为本实施例一种可能的实现方式，所述预瞄距离Ld的计算公式为:Ld＝K(A*V2+B*V+C)其中，A＝1/(2*a_max)，a_max为车辆最大制动加速度；B为车辆遇到异常反应时反应行驶距离；C为最小转弯半径；V为AGV终端的运行速度。作为本实施例一种可能的实现方式，所述预瞄点找寻模块根据AGV终端位置信息，得到控制点坐标(Cx,Cy)；以控制点坐标(Cx,Cy)为圆心，以预瞄距离Ld为半径画预瞄圆，求取预瞄圆与曲线交点，作为预瞄点。作为本实施例一种可能的实现方式，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种AGV的贝塞尔曲线控制方法，其特征是，包括以下步骤：/n使用贝塞尔曲线绘制所有预设路径；/n根据任务信息和AGV终端位置信息及状态信息生成调度信息并进行任务路径规划；/n将调度信息和任务路径下发执行任务的AGV终端；/n获取任务路径并读取各个任务路径段几何信息；/n对单个任务路径段进行轨迹跟踪。/n

【技术特征摘要】
1.一种AGV的贝塞尔曲线控制方法，其特征是，包括以下步骤：
使用贝塞尔曲线绘制所有预设路径；
根据任务信息和AGV终端位置信息及状态信息生成调度信息并进行任务路径规划；
将调度信息和任务路径下发执行任务的AGV终端；
获取任务路径并读取各个任务路径段几何信息；
对单个任务路径段进行轨迹跟踪。


2.根据权利要求1所述的AGV的贝塞尔曲线控制方法，其特征是，所述生成调度信息过程为：根据任务信息、站台信息和车载AGV终端提供的车辆位置及状态信息，进行车辆调度。


3.根据权利要求1所述的AGV的贝塞尔曲线控制方法，其特征是，所述进行任务路径规划的过程为：根据任务的实际需求及调度信息，采用最短路径规划算法并结合AGV终端位置信息从所有预设路径中确定最优路径作为任务路径。


4.根据权利要求1所述的AGV的贝塞尔曲线控制方法，其特征是，所述对单个任务路径段进行轨迹跟踪的过程包括以下步骤：
S1，根据当前AGV终端运行速度，计算预瞄距离Ld；
S2，找寻预瞄点；
S3，根据预瞄点坐标计算不同AGV机构类型的转向控制量，其中：单舵轮机构的转向控制量为舵轮转角；差速机构的转向控制量为角速度；
S4，通过控制转向控制量，控制AGV沿着经过预瞄点的圆弧行驶。


5.根据权利要求4所述的AGV的贝塞尔曲线控制方法，其特征是，在步骤1中，预瞄距离Ld的计算公式为:
Ld＝K(A*V2+B*V+C)
其中，A＝1/(2*a_max)，a_max为车辆最大制动加速度；B为车辆遇到异常反应时反应行驶距离；C为最小转弯半径；V为AGV终端的运行速度。


6.根据权利要求5所述的AGV的贝塞尔曲线控制方法，其特征是，所述步骤S2的具体过程为：根据AGV终端位置信息，得到控制点坐标(Cx,Cy)；以控制点坐标(Cx,Cy)为圆心，以预瞄距离Ld为半径画预瞄圆，求取预瞄圆与曲线交点，作为预瞄点。


7.根据权利要求6所述的AGV的贝塞尔曲线控制方法，其特征是，在步骤S2中，求取预瞄圆与曲线交点的过程为：
按照一定打散数量，将t在范围[0,1]间均匀打散，采用贝塞尔曲线方程分别求取对应B(t)点；
将B(t)点预存数组B[]中；
计算(Cx,Cy)与B(t)点间距，求取最短距离dmin，对应的点为垂足T；
如果最短距离dmin>120mm且当前车速大于0.35m/s,则减速为0.35m/s,如果dmin>Ld,预瞄圆与跟踪曲线相离,则将dmin放大1.2倍,最大1000mm,继续求垂足；
返回T的数组B[]索引，生成新的数组，从T开始扫描，第一个和Ld插值最小的点为预瞄点，即控制点到B(n)的距离大于等于Ld的点，为预瞄点。

【专利技术属性】
技术研发人员：马国强，徐光运，张贻弓，沈长鹏，张小艺，刘鹏，
申请(专利权)人：兰剑智能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37