全方位自动导引车的路径自适应跟踪控制方法技术

本发明专利技术公开了一种全方位自动导引车的路径自适应跟踪控制方法。针对不同形状的运行路径采用自适应的跟踪控制方法，通过自由态跟踪控制方法提高车体运动的平稳性；通过全方位跟踪控制方法精确调整车体的位置和姿态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属于自动化输送 装备领域。
技术介绍
驱动/转向装置是轮式电动车辆的运动执行机构，根据平面运动的自由度，自动 导引车(简称AGV)具有侧向运动受限的非完整移动方式和可实现所有平面运动的全方位 移动方式。全方位移动自动导引车不仅可沿车体纵向前进和后退，绕车体中心原地旋转，还 可沿车体横向左移和右移，并可在保持车体姿态不变的同时，沿平面内任意方向运动，对有 限作业空间具有良好的机动性。以麦卡纳姆轮(Mecanum Wheel)和球形轮为代表的全方位轮不仅可绕主轴旋转实 现前进和后退，还可沿主轴方向产生侧向运动，是实现全方位移动方式的一种技术方案，然 而全方位轮机械结构复杂，制造成本高。另一种技术方案是通过常规车轮的特殊布局实现 全方位移动方式，如采用一对方向由操舵电机控制、转速由驱动电机控制的双操舵驱动轮 布局，然而这种方案的控制系统比较复杂，且独立控制的两轮转向同步性较差。为了提高两轮转向控制的同步性，“自动引导车的驱动/转向机构”(专利号 ZL200620028342. 5)通过一个转向定位机构将电机与减速机驱动连接，减速机的输出端驱 动连接一个通轴，采用电磁离合器将两个驱动轮与该通轴的两端进行离合式的驱动连接。 转向定位机构的上转盘固定于电机外壳，下转盘固定于减速机外壳；通过角度传感器检测 上转盘与下转盘之间的相对转角，并利用中间位置开关和定位凹坑校正角度传感器的零点 位置；通过上转盘的电磁铁驱动定位销沉入下转盘的定位凹坑，实现上转盘与下转盘之间 的锁定。该装置可保证两轮转向控制的同步性，然而却存在以下不足(1)通过离合式的摩 擦驱动难以精确控制驱动轮的运动状态；(2)该装置以电机和减速机的外壳作为主要承载 结构，有限的强度和刚度不适用于大载荷工况；(3)利用定位销和定位凹坑的连接方式难 以实现上转盘与下转盘之间以任意角度精确锁定；(4)角度传感器需要中间位置开关进行 对中标定；(5)该装置中驱动轮电磁离合器的结构较为复杂。由于麦卡纳姆轮和球形轮可实现所有平面运动，采用该车轮的全方位移动自动导 引车不受非完整约束，其运动控制方法相对简单，然而全方位轮机械结构复杂、制造成本 高，且对运行路径的形状变化难以具备自适应性。采用常规车轮的自动导引车由于非完整 约束不能直接消除侧向位置偏差，在运动控制中需要利用车体纵向位移间接消除侧向位置 偏差，其运动控制方法相对复杂，且需要较大的运动空间。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种自动导引车的路径自适应跟踪控制方法，其控制原理 简单，路径适应性好，具有较高平稳性、精确性和快速性的运动控制方法。—种轮式电动车辆的可分式差速驱动装置，其特征在于包括上转盘和下转盘，其中上转盘带有中心孔，下转盘上端面带有中心轴；上转盘的中心孔和下转盘的中心轴之间 通过止推轴承同轴装配；上转盘的中心孔和下转盘的中心轴之间还安装有圆柱形的电磁离 合器；上述的下转盘沿中心轴两侧对称安装有两套轮式移动装置，右侧轮式移动装置包括 右电机驱动器、右电机制动器、右伺服电机、右旋转编码器、右减速机和右驱动轮，左侧轮式 移动装置包括左电机驱动器、左电机制动器、左伺服电机、左旋转编码器、左减速机和左驱 动轮；上述的下转盘还安装有检测路径偏差的导引传感器和实现自主驾驶的车载控制器； 上述的导引传感器、右旋转编码器和左旋转编码器通过信号输入电路与车载控制器相连； 车载控制器通过信号输出电路分别与右电机驱动器和左电机驱动器、右电机制动器和左电 机制动器相连；上述的上转盘安装有检测其与下转盘之间旋转角度的角度传感器，该角度 传感器的外壳固定于上转盘的上端面，其转子与下转盘的中心轴机械连接，并通过信号输 入电路与下转盘上的车载控制器相连。上述的电磁离合器具体安装方式如下电磁离合器的外壳固定于上转盘的中心 孔，其电磁线圈是否通电由车载控制器的驱动电路控制，并通过周向均勻分布的摩擦块与 下转盘的中心轴之间进行离合式的机械连接。一种利用上所述的可分式差速驱动装置的全方位移动自动导引车，其特征在于 可分式差速驱动装置安装于车体下方中央，其上转盘与车体之间采用刚性固定连接或柔性 悬挂连接，两者在水平方向无相对运动；在车体下方四周至少还安装有2个自由轮，其运动 速度和方向取决于车体的运动状态；在车体上还安装有为角度传感器、右旋转编码器、左旋 转编码器、导引传感器和车载控制器供电的控制蓄电池组；在车体上还安装有为电磁离合 器、右电机制动器、左电机制动器、右电机驱动器和左电机驱动器供电驱动蓄电池组。所述的自动导引车的全方位移动工作原理为车载控制器分别通过两个电机驱动 器独立控制两个伺服电机，再分别通过两个减速机独立驱动两个驱动轮，每个驱动轮的运 动速度和方向都可独立地精确控制，两驱动轮之间的速度差将使下转盘沿圆弧轨迹运动。 车载控制器通过电磁离合器控制下转盘与车体之间的连接状态，当下转盘与车体之间无锁 定时，设置两驱动轮速度大小相等、方向相反，通过绕中心轴的原地旋转自由调整下转盘的 运动方向，并通过角度传感器实时检测其运动方向角；当运动方向角达到给定值时，车载控 制器停止伺服电机并通过电机制动器立即制动，再锁定下转盘与车体，使两者运动方向保 持一致。因此，所述的自动导引车可在保持车体姿态不变的同时，实现沿任意方向角的全方 位移动。与现有驱动/转向装置相比，本专利技术装置具有以下优势(1)结构简单。本专利技术 采用模块化结构的上转盘、下转盘及其轮式移动装置，结构简单、制造成本低、易维护性好。 (2)承载量大。本专利技术采用的主要承载结构为圆台形的上转盘和下转盘，上转盘的中心孔和 下转盘的中心轴之间通过止推轴承同轴装配，整个装置具有足够的强度和刚度，可适用于 大载荷工况。(3)控制精确。本专利技术分别通过两套电机驱动器、伺服电机独立、精确地控制 两驱动轮的运动速度和方向，可形成有效的速度差以实现下转盘乃至车体的转向控制；本 专利技术通过上转盘中心孔内的电磁离合器驱动摩擦块压紧下转盘的中心轴，可实现上转盘与 下转盘之间以任意角度精确锁定；本专利技术采用绝对式旋转编码器作为角度传感器，无需外 部器件进行零点标定，可精确测量上转盘与下转盘之间的旋转角度。(4)运行平稳。根据自 动导引车的承载量，本专利技术的上转盘与车体之间采用刚性固定连接或柔性悬挂连接，保证6驱动轮与地面的有效接触以产生足够的驱动力。上述自动导引车的路径自适应跟踪控制方法，其特征在于针对不同形状的运行 路径采用自适应的跟踪控制方法，方法一、通过自由态跟踪控制方法提高车体运动的平稳性，具体方法为通过可分 式差速驱动装置中的电磁离合器解除下转盘与车体之间的锁定；导引传感器检测下转盘与 地面导引标线之间的路径偏差，并将其发送到车载控制器；车载控制器分别通过右伺服电 机和左伺服电机精确控制右驱动轮和左驱动轮之间的速度差，使下转盘紧跟运行路径的形 状变化快速调整自身的位置和姿态；车体不是直接跟踪运行路径的形状变化，而是由下转 盘的跟踪运动所带动，并绕下转盘的中心轴做相对转动；方法二、通过全方位跟踪控制方法精确调整车体的位置和姿态，具体方法为在 保持车体姿态不变的同时，沿任意运动方向消除自动导引车的路径偏差，具体分为以下三步。步骤一、先停止自动导引车，通过可分式差速驱动装置中的电磁离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全方位自动导引车的路径自适应跟踪控制方法，其特征在于：针对不同形状的运行路径采用自适应的跟踪控制方法，上述全方位移动自动导引车包括轮式电动车辆的可分式差速驱动装置；上述可分式差速驱动装置包括上转盘（１）和下转盘（４），其中上转盘（１）带有中心孔，下转盘（４）上端面带有中心轴；上转盘（１）的中心孔和下转盘（４）的中心轴之间通过止推轴承（２）同轴装配；上转盘（１）的中心孔和下转盘（４）的中心轴之间还安装有圆柱形的电磁离合器（５）；上述的下转盘（４）沿中心轴两侧对称安装有两套轮４）的中心轴做相对转动；方法二、通过全方位跟踪控制方法精确调整车体的位置和姿态，具体方法为：在保持车体（２７）姿态不变的同时，沿任意运动方向消除自动导引车的路径偏差，具体分为以下三步：步骤一、先停止自动导引车，通过可分式差速驱动装置中的电磁离合器（５）解除下转盘（４）与车体（２７）之间的锁定；导引传感器（３０）检测车体（２７）与地面导引标线之间的路径偏差，并将其发送到车载控制器（３１）；车载控制器（３１）据此计算自动导引车的运动方向角，进而计算下转盘（４）相对于车体（２７）的旋转方向和角度；车载控制器（３１）通过右伺服电机（９）和左伺服电机（２４）分别控制两驱动轮一个正向旋转，一个反向旋转，并保持两者速度相同；下转盘（４）绕其中心轴按预定方向旋转，车载控制器（３１）通过角度传感器（３）实时检测下转盘（４）与车体（２７）之间的旋转角度；当该旋转角度达到预定的运动方向角时，车载控制器（３１）停止右伺服电机（９）左伺服电机（２４），并通过右电机制动器（８）和左电机制动器（２５）立即制动，下转盘（４）停止转动；步骤二、通过可分式差速驱动装置中的电磁离合器（５）锁定下转盘（４）与车体（２７）；导引传感器（３０）检测车体（２７）与地面导引标线之间的路径偏差，并将其发送到车载控制器（３１）；车载控制器（３１）根据路径偏差计算自动导引车的运动轨迹；通过右伺服电机（９）和左伺服电机（２４）精确控制右驱动轮（１１）和左驱动轮（２２）的速度，自动导引车按步骤一设置的运动方向以适当的几何轨迹逼近地面导引标线，消除车体（２７）的路径偏差；步骤三、再停止自动导引车，通过可分式差速驱动装置中的电磁离合器（５）解除下转盘（４）与车体（２７）之间的锁定；车载控制器（３１）根据车体（２７）的现有姿态计算下转盘（４）相对于车体（２７）的旋转方向和角度；车载控制器（３１）通过右伺...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：武星，楼佩煌，肖海宁，钱晓明，吴亮亮，张炯，喻俊，王辉，周驰东，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]