无人自走车的导引控制方法技术

本发明专利技术提供一种无人自走车的导引控制方法，该无人自走车包括车体、自动导引装置及转向驱动系统，并于车体包含一个驱动与控制转向的舵轮及至少两个转轮，该路径导引方法为自动导引装置先取得车体中心的位置建立车辆坐标系，并进行坐标系转换建立本地坐标系，即可计算车体中心至预定规划的目标路径其中一目标点的最短距离，车体中心与目标点间的夹角，以及车体中心至目标点的旋转半径，再计算车体的舵轮转向至目标点所需的旋转半径及转角，使转向驱动系统根据计算得到的转角控制舵轮转向至对应的位置，从而实现对无人自走车依循预定规划的目标路径运行的导引控制，且不需大量复杂的运算或较长的处理周期，可有效提升整体的导航效率。导航效率。导航效率。

【技术实现步骤摘要】
无人自走车的导引控制方法


[0001]本专利技术提供一种路径导引方法，特别是指一种单舵轮无人自走车的导引控制方法。

技术介绍

[0002]现今全球少子化浪潮所导致的劳动力资源短缺与人力成本逐年提升，并逐渐由劳力密集转型成技术密集的产业，基于各项营运成本不断升高，要如何降低各项的成本，已成为企业是否能获利的关键，而随着自动化科技的导入、物联网和人工智能的快速发展，使智能制造与智能工厂已逐渐应用于工业生产端与制造端，也有越来越多的任务被工业机器人所取代，以解决劳动力资源短缺的问题。
[0003]然而，自动导引车(Automatic Guided Vehicle；AGV)或称无人搬运车，指的是配置有电磁式或光学式等自动导引装置，并集合了环境感知、路径规划决策及无人自动操控等功能的运输车，属于轮式移动机器人(WMR
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Wheeled Mobile Robot)的范畴，主要功能表现为在计算机或车载系统的监控下，按照路径规划和作业要求，自动行走并停靠到指定地点或工作站，并完成一系列作业功能，一般自动导引车可通过车载系统或计算机控制其行进的路线，或是可利用墙壁、支柱或地面上沿着其行进的路线设立的指示标记(如电磁道道、具有反光特性的反光片、涂漆或色带等定位标志)作为导引，并在自动导引车上装设电磁式或光学式传感器(如电磁传感器、视觉传感器、超声波传感器或激光传感器等)，以侦测指示标记作为车辆运行的定位及位置修正，除了可使车体沿着预定规划的导引路径自动行驶之外，且因活动区域内无需铺设轨道、支架等固定装置，不会受到场地、道路和空间的限制，故自动导引车被广泛地应用于物料的自动运输、仓库的监视巡逻与有害场所的作业等。
[0004]传统的自动导引车大多数的路径规划为网格式点对点间相连接的线所组成的路径，并利用上述的导引方式使自动导引车能沿着预定的路径前进，不过上述的导引方式需使用大量复杂的运算来撷取环境中的实体标记或特征物，才能确定自动导引车应走的方向与速度，运算处理周期较长，反而降低了整体的导航效率，且该路径规划也并非平滑曲线，导致自动导引车在行进的过程中会有较不平顺的转弯，其实际行进的路径会与预定的路径产生偏离，便需要不断地进行位置及航向的比对与修正，即为此行业所亟欲研究改善的方向所在。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于无人自走车的车体包含一个用于驱动与控制转向的舵轮及至少两个辅助转轮，并由自动导引装置对车体进行位置与姿态的定位，以及生成预定规划的目标路径，当自动导引装置取得车体中心的位置(如坐标与姿态角等)建立车辆坐标系，并进行坐标系转换建立本地坐标系，以计算车体中心至预定规划的目标路径其中一目标点的最短距离，车体中心与目标点间的夹角，以及车体中心至目标点的旋转半径后，再计算出舵轮转向至目标点所需的旋转半径及转角，使转向驱动系统可根据该转角来控制舵轮
转向至对应的位置，从而实现对无人自走车依循预定规划的目标路径运行的导引控制，且不需大量复杂的运算或较长的处理周期，可有效提升整体的导航效率。
[0006]本专利技术的次要目的在于当转向驱动系统完成舵轮转角的控制转向，可由自动导引装置计算出车体的当前位置、旋转半径与目标路径间的误差量，并根据该误差量采用PID控制可得到车体修正后的速度及旋转半径，再采用逆运动学以反推的方式计算车体移动至目标路径所需的速度或加速度，使转向驱动系统可控制舵轮来修正调整车体的当前位置与旋转半径，直到完成该车体的路径导引控制。
附图说明
[0007]图1为本专利技术无人自走车系统的示意图。
[0008]图2为本专利技术较佳实施例的步骤流程图。
[0009]图3为本专利技术车体的位置与姿态进行坐标系转换的示意图。
[0010]图4为本专利技术车体控制舵轮转向驱动的算法示意图。
[0011]图5为本专利技术目标路径闭回路导引控制的方块图。
[0012]图6为本专利技术修正车体转弯的旋转半径的示意图(一)。
[0013]图7为本专利技术修正车体转弯的旋转半径的示意图(二)。
[0014]图8为本专利技术车体进行直线控制的示意图。
[0015]图9为本专利技术车体相对于目标路径的姿态方向的示意图。
[0016]图10为本专利技术车体导引至下一个目标点的示意图(一)。
[0017]图11为本专利技术车体导引至下一个目标点的示意图(二)。
[0018]图12为本专利技术车体切换目标点的长度的示意图。
[0019]附图标记说明：1
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无人自走车；11
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车体；111
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舵轮；112
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转轮；12
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自动导引装置；121
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传感器模块；122
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路径规划单元；13
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转向驱动系统。
具体实施方式
[0020]为达成上述的目的及其功效，本专利技术所采用的技术手段及详细构造，兹绘图就本专利技术的较佳实施例来详加说明其构造与功能如下，以利完全了解。
[0021]请参阅图1～图4所示，分别为本专利技术无人自走车系统的示意图、较佳实施例的步骤流程图、车体的位置与姿态进行坐标系转换的示意图及车体控制舵轮转向驱动的算法示意图，由图中可清楚看出，本专利技术的无人自走车1包括有车体11、自动导引装置12及转向驱动系统13，并于车体11下方车轮模块包含一个舵轮111(即驱动与控制转向的主动轮)及至少两个转轮112(即承载或辅助转向的从动轮)，且自动导引装置12以通讯接口接收到控制管理中心下达的任务指令后，可通过车载系统或车载控制器操控转向驱动系统13驱动车轮模块，使车体11依循预定规划的目标路径运行，以构成一自动导引车(AGV)、自主移动机器人(Automated Mobile Robot，AMR)或移动载具等。
[0022]在本实施例中，无人自走车1的车体11是以前方一个舵轮111用于驱动及控制转向，并配合车体11后方两个转轮(如货叉轮)112用于承载或辅助转向，为了使车体11具有更好的稳定性，亦可安装有两个以上的转轮112来提供承载的货叉起到支撑的作用，以构成一适用于重载货物搬运或移载的叉车式自动导引车，但并不以此为限，亦可为拖板式或堆高
机式的自动导引车。
[0023]此外，无人自走车1的车体11使用的舵轮111可为卧式舵轮或立式舵轮，并包含驱动轮、驱动单元(如驱动电机、齿轮箱等)及转向机构(如转向电机、编码器等)组成，同时带有驱动及控制转向，可以两个自由度来实现车体11的直线移动与转向功能，而自动导引装置12包含传感器模块121及路径规划单元122，其中传感器模块121包含装载在车体11上的内部传感器[如编码器、惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)等]及外部传感器[如激光传感器、光学雷达(Light Detection and Ranging，LiDAR)扫描仪、超声波(Sonar)传感器或3D视觉传感器(3D Camera)等]，并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人自走车的导引控制方法，其特征在于，该无人自走车包括车体、自动导引装置及转向驱动系统，并于该车体包含一个用于驱动与控制转向的舵轮及至少两个辅助转向的转轮，该自动导引装置用于对该车体进行位置与姿态的定位，并生成一预定规划的目标路径，以供该转向驱动系统驱动该车体的舵轮依循该目标路径运行，该路径导引方法包括下列的步骤：(A)该自动导引装置取得该车体中心的位置在全局坐标系中建立车辆坐标系，并取得该车体当前姿态角进行坐标系转换，以建立本地坐标系；(B)计算该车体中心至该目标路径其中一目标点的最短距离，并根据几何关系计算该车体中心与该目标点间的夹角，以及该车体中心至该目标点的旋转半径；(C)取得该车体中心的速度，并根据该最短距离计算该车体的舵轮转向至该目标点所需的旋转半径及转角：其中D为该最短距离；R为该舵轮转向至该目标点的旋转半径；l为该舵轮中心至该两个转轮中心联线的中点的距离；w为该两个转轮的中点至该舵轮的旋转半径的原点的距离；θ
S
为该舵轮转向至该目标点的转角；(D)该转向驱动系统根据该计算得到的转角控制该车体的舵轮转向至对应的位置。2.如权利要求1所述的无人自走车的导引控制方法，其特征在于，该自动导引装置包含用于对该车体的位置与姿态进行定位的传感器模块及用于生成该目标路径的路径规划单元。3.如权利要求1所述的无人自走车的导引控制方法，其特征在于，该步骤(A)为利用旋转...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明俊，张咏信，赖昇昊，
申请(专利权)人：阳程科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：