一种双舵轮AGV路径跟踪控制方法及设备、存储介质技术

本发明专利技术公开了一种双舵轮AGV路径跟踪控制方法及设备、存储介质，方法包括:构建在随动坐标系下的运动学模型，通过引入新的控制变量，对运动学模型进行更新，并将更新后的运动学模型进行求解，得到不受两个舵轮的转角影响的控制变量。通过本发明专利技术中的方法，去获取双舵轮AGV的控制变量，从而不需要特殊处理AGV的奇异形态，可使AGV以任意姿态角沿路径运动。可使AGV以任意姿态角沿路径运动。可使AGV以任意姿态角沿路径运动。

【技术实现步骤摘要】
一种双舵轮AGV路径跟踪控制方法及设备、存储介质


[0001]本专利技术涉及AGV控制
，特别涉及一种双舵轮AGV路径跟踪控制方法及设备、存储介质。

技术介绍

[0002]当前，可全向运动已逐步成为工业背负型AGV的基本需求。双舵轮结构的AGV是一种最基本的可全向运动型AGV，具有结构简单，维护方便的特点。但双舵轮AGV的控制相对复杂，其主要问题是存在奇异形态，即当两个舵轮均垂直于他们之间的连线时，此时AGV变成两轮差速驱动，由三自由度退化成二自由度，不具备全向运动特征。
[0003]现有技术中，双舵轮AGV的控制方法尚未特别考虑其奇异形态时的可控性，因此不能达到AGV完全可控的目的。或者通过限制舵轮的角度避免舵轮与连线垂直来避开奇异形态。又或是单独对奇异形态进行独立控制。这导致所设计的控制方法通用性不强，不能适应双舵轮AGV所有的状态。此外，当前的双舵轮AGV控制方法大部分都是以AGV车体沿着路径的切向跟踪为目的，而不能以任意姿态角跟踪。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种双舵轮AGV路径跟踪控制方法及设备、存储介质，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
[0005]本专利技术解决其技术问题的解决方案是：提供一种双舵轮AGV路径跟踪控制方法及设备、存储介质。
[0006]根据本专利技术的第一方面的实施例，提供了一种双舵轮AGV路径跟踪控制方法，包括以下步骤：
[0007]获取当前跟踪的路径和AGV参考点，根据所述AGV参考点，建立车体坐标系，根据所述路径和AGV参考点，获得路径上的正交投影点，根据所述正交投影点，建立随动坐标系；
[0008]根据所述随动坐标系，构建在随动坐标系下的运动学模型；
[0009]根据两舵轮的速度和转角，确定控制变量，将其中一个舵轮的速度设为目标速度，引入新的控制变量，并更新所述运动学模型；
[0010]根据所述路径、更新的运动学模型和双舵轮AGV所设运动方式，获得下一时刻的所述新控制变量；
[0011]根据所述下一时刻的新控制变量、目标速度和两舵轮的转角，计算得到所述控制变量。
[0012]进一步，所述随动坐标系的建立过程具体包括：
[0013]将两舵轮的各自的回转中心点分别设为A点和B点，选A点作为AGV参考点，根据所述AGV参考点，建立车体坐标系xAy，其中，x轴与两舵轮的连线重合，指向前进方向，y轴指向左侧；
[0014]将AGV参考点在路径上的所述正交投影点设为P点，以所述正交投影点为坐标原
点，建立随动坐标系其中，轴指向P点的切向，轴指向左侧。
[0015]进一步，所述运动学模型的构建具体包括：
[0016]获取A点的全局坐标[X，Y]T
，根据所述全局坐标[X，Y]T
，A点的全局速度为：
[0017][0018],车体旋转角速度为：
[0019]获取P点至A点的距离d，P点处的曲率k，设P点在路径上走过的路径长度为s，得到随动坐标系的旋转角速度随动坐标系的旋转角速度并根据所述旋转角速度转换得到在随动坐标系下的运动学模型：
[0020][0021]，其中，v
A
为A点舵轮的速度，α、β分别为A点舵轮的转角和B点舵轮的转角，L为两舵轮之间的距离。
[0022]进一步，所述控制变量的确定过程和所述运动学模型的更新过程具体包括：
[0023]两舵轮沿连线方向的速度相同，则v
A
cosα＝v
B
cosβ，将v
A
设为目标速度，其中，v
B
为B点舵轮的速度；
[0024]引入新的控制变量σ，更新所述运动学模型，更新的运动学模型为：
[0025][0026]，其中，σ＝1/R
A
，|σ|<1/L，|σ|<1/L，R
A
为A点舵轮的瞬时旋转半径。
[0027]进一步，所述下一时刻的所述新控制变量的获得过程具体包括：
[0028]令θ
e
＝θ
m
‑
θ
c
‑
θ
d
，使双舵轮AGV以目标姿态角θ
d
进行跟踪，其中，θ
m
为车体方向角,θ
c
为P点的切向角；
[0029]对所述更新的运动学模型中求导，得到并将线性化，将d收敛到零，根据求导得到的和线性化的得到控制量对进行数值积分，得到下一时刻的控制量α；
[0030]对所述θ
e
求两次导，得到根据所设运动方式，确定目标姿态角θ
d
，将线性化，并将θ
e
收敛到零，根据求导得到的和线性化的得到控制量对进行数值积分，得到下一时刻的控制量σ。
[0031]进一步，所述下一时刻的控制量α的获得过程具体包括：
[0032]对所述求导得到
[0033][0034],使用PD反馈控制将线性化，令：将d收敛到零，其中，λ
pd
、λ
dd
均为大于零的系数；
[0035]根据求导得到的和线性化的得到控制量为：
[0036][0037]，对进行数值积分，得到下一时刻的控制量α。
[0038]进一步，所述下一时刻的控制量σ的获得过程具体包括：
[0039]对θ
e
求两次导，得到得到其中，k
′
为所述路径的曲率变化率；
[0040]当所设运动方式为相对于路径的切向以固定的角度γ运动时，则θ
d
＝γ，从而
[0041]当所设运动方式为AGV的方位角γ不随路径的方向变化，保持不变，则θ
d
+θ
c
＝γ，从而
[0042]使用PD反馈控制将线性化，令将θ
e
收敛到零，其中，λ
pθ
、λ
dθ
均为大于零的系数；
[0043]根据求导得到的和线性化的得到控制量为：
[0044][0045]，对进行数值积分，得到下一时刻的控制量σ。
[0046]进一步，所述控制变量的获得过程具体包括：
[0047]引入中间控制变量β
d
，且满足：
[0048][0049]，则有并对其两边求导得到并对其两边求导得到
[0050]设计线性比例反馈λ
β
为大于零的系数，根据所述线性比例反馈和得到控制律：
[0051][0052]，对进行数值积分，得到下一时刻的控制变量β；
[0053]将v
A
cosα＝v
B
cosβ中的β替换为β
d
，并根据cosβ
d
，得到控制变量v
B
,本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双舵轮AGV路径跟踪控制方法，其特征在于，包括：获取当前跟踪的路径和AGV参考点，根据所述AGV参考点，建立车体坐标系，根据所述路径和AGV参考点，获得路径上的正交投影点，根据所述正交投影点，建立随动坐标系；根据所述随动坐标系，构建在随动坐标系下的运动学模型；根据两舵轮的速度和转角，确定控制变量，将其中一个舵轮的速度设为目标速度，引入新的控制变量，并更新所述运动学模型；根据所述路径、更新的运动学模型和双舵轮AGV所设运动方式，获得下一时刻的所述新控制变量；根据所述下一时刻的新控制变量、目标速度和两舵轮的转角，计算得到所述控制变量。2.根据权利要求1所述的一种双舵轮AGV路径跟踪控制方法，其特征在于，所述随动坐标系的建立过程具体包括：将两舵轮的各自的回转中心点分别设为A点和B点，选A点作为AGV参考点，根据所述AGV参考点，建立车体坐标系xAy，其中，x轴与两舵轮的连线重合，指向前进方向，y轴指向左侧；将AGV参考点在路径上的所述正交投影点设为P点，以所述正交投影点为坐标原点，建立随动坐标系iPj，其中，i轴指向P点的切向，j轴指向左侧。3.根据权利要求2所述的一种双舵轮AGV路径跟踪控制方法，其特征在于，所述运动学模型的构建具体包括：获取A点的全局坐标[X,Y]
T
，根据所述全局坐标[X,Y]
T
，A点的全局速度为：，车体旋转角速度为：获取P点至A点的距离d，P点处的曲率k，设P点在路径上走过的路径长度为s，得到随动坐标系的旋转角速度坐标系的旋转角速度并根据所述旋转角速度转换得到在随动坐标系下的运动学模型：，其中，v
A
为A点舵轮的速度，α、β分别为A点舵轮的转角和B点舵轮的转角，L为两舵轮之间的距离。4.根据权利要求3所述的一种双舵轮AGV路径跟踪控制方法，其特征在于，所述控制变量的确定过程和所述运动学模型的更新过程具体包括：两舵轮沿连线方向的速度相同，则v
A
cosα＝v
B
cosβ，将v
A
设为目标速度，其中，v
B
为B点舵轮的速度；引入新的控制变量σ，更新所述运动学模型，更新的运动学模型为：，
其中，σ＝1/R
A
，|σ|<1/L，|σ|<1/L，R
A
为A点舵轮的瞬时旋转半径。5.根据权利要求4所述的一种双舵轮AGV路径跟踪控制方法，其特征在于，所述下一时刻的所述新控制变量的获得过程具体包括：令θ
e
＝θ
m
‑
θ
c
‑
θ
d
，使双舵轮AGV以目标姿态角θ
d
进行跟踪，其中，θ
m

【专利技术属性】
技术研发人员：陶茂林，吴伟健，
申请(专利权)人：广东嘉腾机器人自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：