一种重载双舵轮AGV车体的运动控制方法、系统及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种重载双舵轮AGV车体的运动控制方法、系统及装置，其通过修正车体的运动学模型的输入从而调整车体的运行，运动学模型的输入包括车体的转向电机输出的转向和车体的行走电机输出的速度；运动控制方法包括如下步骤：实时采集车体的实时位姿参数；在车体的路线轨迹上查找到与实时位姿参数相对应的参考位姿参数，并差值计算实时位姿参数和参考位姿参数之间的位姿偏差；根据位姿偏差修正转向和速度，修正后的转向和修正后的速度即为车体的运动学模型的修正后的输入。通过PID控制器和纯跟踪控制器共同作用得到车体两个舵轮的转向下发量；通过差速辅助控制得到两个舵轮的速度下发量，提高了车辆高速运行过程的稳定性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种重载双舵轮AGV车体的运动控制方法、系统及装置


[0001]本专利技术涉及AGV自动控制领域，特别是涉及一种重载双舵轮AGV车体的运动控制方法、系统及装置。

技术介绍

[0002]重载AGV，特别是卷料搬运AGV,由于载重大，一般采用背负式结构，只能进行高位举升动作，无法完成物料与生产线的直接对接，需要专用的中间设备完成相应的抬升及对接动作，在此意义上背负式AGV只能起到物料搬运的作用。采用堆高式双舵轮双定向轮的底盘结构，承载轮受力均匀，两组舵轮采用平行设计，并由舵轮桥连接，保证舵轮与地面接触，提高行走稳定性。传统AGV运动控制系统主要由纵向运动控制与横向运动控制组成，纵向运动控制主要通过加减速规划跟踪曲线目标速度，实现前进方向的位置跟踪；横向运动控制主要通过控制舵轮转向角实现垂直AGV行进方向的位置跟踪。
[0003]现有的AGV运动控制系统中，横向运动控制基本都是通过PID控制器进行控制调节。而单一的PID横向控制由于定位偏差，地面工况以及舵轮本身响应延时等因素存在抗干扰能力差，局部精度低，运行不平稳等缺点；同时，死板的纵向运动控制由于加减速时的轮子打滑也会对运行的平稳性以及精度造成不良影响。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对现有技术中单一的PID横向控制存在抗干扰能力差、局部精度低、运行不平稳等缺点，以及死板的纵向运动控制会对运行的平稳性以及精度造成不良影响的问题，提供一种重载双舵轮AGV车体的运动控制方法、系统及装置。
[0005]一种重载双舵轮AGV车体的运动控制方法，其通过修正所述车体的运动学模型的输入从而调整所述车体的运行，所述运动学模型的输入包括所述车体的转向电机输出的转向和所述车体的行走电机输出的速度；所述运动控制方法包括以下步骤：
[0006]实时采集所述车体的实时位姿参数；
[0007]在所述车体的路线轨迹上查找到与所述实时位姿参数相对应的参考位姿参数，并差值计算所述实时位姿参数和所述参考位姿参数之间的位姿偏差；
[0008]根据所述位姿偏差修正所述转向和所述速度，修正后的转向和修正后的速度即为所述车体的运动学模型的修正后的输入；
[0009]其中，修正后的转向为修正前的转向叠加转向修正量u
s
，所述转向修正量u
S
的计算方法包括以下步骤：
[0010]S1、将所述位姿偏差输入到所述车体的PID控制器中，得到所述车体的横向修正量u
l
和所述车体的航向修正量u
a
；
[0011]S2、计算第一转向修正量u
S1
；计算公式如下：
[0012]u
S1
＝Au
l
+Bu
a
，
[0013]S3、利用所述车体的纯跟踪控制器计算第二转向修正量u
S2
；计算公式如下：
[0014][0015]S4、通过第一转向修正量u
S1
和第二转向修正量u
S2
融合计算得到转向修正量u
S
；计算公式如下：
[0016]u
S
＝Cu
S1
+Du
S2
；
[0017]式中，A为横向修正量的权重系数，B为航向修正量的权重系数，C为所述PID控制的权重系数，D为所述纯跟踪控制的权重系数，L为车体的轴距，θ为当前点与一个预瞄点的连线方向和当前航向之间的航向差，l
d
为当前点和一个预瞄点之间的距离；
[0018]修正后的速度为修正前的速度叠加速度修正量v
d
，所述速度修正量v
d
的计算方法为：
[0019]v
d
＝EΔv
l
+FΔv
a
[0020]式中，Δv
l
为横向速度修正量，Δv
a
为航向速度修正量；E为横向速度修正量的权重系数，F为航向速度修正量权重系数。
[0021]上述重载双舵轮AGV车体的运动控制方法，通过PID控制器和纯跟踪控制器共同作用，得到车体运动学模型修正后的转向输入；通过基于位姿偏差及PD控制器形成的差速反馈控制，得到车体运动学模型修正后的速度输入，大大提高了车辆高速运行过程的稳定性，能够避免打滑造成的精度问题及安全隐患，且能够适应不同工况条件，满足高精度的性能要求。
[0022]在其中一个实施例中，所述车体的前端包括以所述车体的纵轴对称布置的两个舵轮，所述车体的后端包括以所述纵轴对称布置的两个定向轮。
[0023]在其中一个实施例中，所述横向修正量u
l
和所述航向修正量u
a
由以下计算公式获得：
[0024][0025][0026]其中，是e
l
的微分项，是e
a
的微分项，k
p0
和k
p1
为比例系数，k
i0
和k
i1
为积分系数，k
d0
和k
d1
为微分系数，e
l
为横向位姿偏差，e
a
为航向位姿偏差，所述位姿偏差包括横向位姿偏差e
l
和航向位姿偏差e
a
。
[0027]在其中一个实施例中，所述横向速度修正量Δv
l
和航向速度修正量Δv
a
由以下计算公式获得：
[0028][0029][0030]其中，k
pv0
和k
pv1
为差速纠偏比例系数，k
dv0
和k
dv1
为差速纠偏微分系数。
[0031]在其中一个实施例中，车体的运动学模型包括以下参数：
[0032][0033]R1＝(R0‑
L
D
)/sin(θ1)，
[0034][0035]R2＝(R0+L
D
)/sin(θ2)，
[0036][0037][0038]其中，θ1和θ2为两个舵轮的理论转向角，R1和R2为两个舵轮的理论旋转半径，R0为车体的旋转半径，L
D
为两个舵轮与车体中心轴之间的距离，L
W
为车体的轴距，v0为车体中心的速度，v1和v2为两个舵轮的理论速度。
[0039]在其中一个实施例中，所述权重系数A和所述权重系数B分别满足如下公式：
[0040]A＝a
·
v0[0041]B＝b
·
v0[0042]其中，a、b满足saturation函数，表达式如下：
[0043][0044][0045]其中，a
上限
、a
下限
、b
上限
和b
下限
为saturation函数的预设值。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种重载双舵轮AGV车体的运动控制方法，其特征在于，其通过修正所述车体的运动学模型的输入从而调整所述车体的运行，所述运动学模型的输入包括所述车体的转向电机输出的转向和所述车体的行走电机输出的速度；所述运动控制方法包括以下步骤：实时采集所述车体的实时位姿参数；在所述车体的路线轨迹上查找到与所述实时位姿参数相对应的参考位姿参数，并差值计算所述实时位姿参数和所述参考位姿参数之间的位姿偏差；根据所述位姿偏差修正所述转向和所述速度，修正后的转向和修正后的速度即为所述车体的运动学模型的修正后的输入；其中，修正后的转向为修正前的转向叠加转向修正量u
s
，所述转向修正量u
S
的计算方法包括以下步骤：S1、将所述位姿偏差输入到所述车体的PID控制器中，得到所述车体的横向修正量u
l
和所述车体的航向修正量u
a
；S2、计算第一转向修正量u
S1
；计算公式如下：u
S1
＝Au
l
+Bu
a
，S3、利用所述车体的纯跟踪控制器计算第二转向修正量u
S2
；计算公式如下：S4、通过第一转向修正量u
S1
和第二转向修正量u
S2
融合计算得到转向修正量u
S
；计算公式如下：u
S
＝Cu
S1
+Du
S2
；式中，A为横向修正量的权重系数，B为航向修正量的权重系数，C为所述PID控制的权重系数，D为所述纯跟踪控制的权重系数，L为车体的轴距，θ为当前点与一个预瞄点的连线方向和当前航向之间的航向差，l
d
为当前点和一个预瞄点之间的距离；修正后的速度为修正前的速度叠加速度修正量v
d
，所述速度修正量v
d
的计算方法为：v
d
＝EΔv
l
+FΔv
a
式中，Δv
l
为横向速度修正量，Δv
a
为航向速度修正量；E为横向速度修正量的权重系数，F为航向速度修正量权重系数。2.根据权利要求1所述的重载双舵轮AGV车体的运动控制方法，其特征在于，所述车体的前端包括以所述车体的纵轴对称布置的两个舵轮，所述车体的后端包括以所述纵轴对称布置的两个定向轮。3.根据权利要求2所述的重载双舵轮AGV车体的运动控制方法，其特征在于，所述横向修正量u
l
和所述航向修正量u
a
由以下计算公式获得：由以下计算公式获得：其中，是e
l
的微分项，是e
a
的微分项，k
p0
和k
p1
为比例系数，k
i0
和k
i1
为积分系数，k
d0
和k
d1
为微分系数，e
l
为横向位姿偏差，e
a
为航向位姿偏差，所述位姿偏差包括横向位姿偏差e
l
和航向位姿偏差e
a
。4.根据权利要求1所述的重载双舵轮AGV车体的运动控制方法，其特征在于，所述横向
速度修正量Δv
l
和航向速度修正量Δv
a
由以下计算公式获得：由以下计算公式获得：其中，k
pv
和k
pv1
为差速纠偏比例系数，k
dv0
和k
dv1
为差速纠偏微分系数。5.根据权利要求1所述的重载双舵轮AGV车体的运动控制方法，其特征在于，所述车体的运动学模型包括以下参数：R1＝(R0‑
L
D
)/sin(θ1)，R2＝(R0+L
D
)/sin(θ...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈欣炜，姚志坚，
申请(专利权)人：合肥井松智能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：