分段举升控制方法、分段下降控制方法和自动引导车

技术领域

本发明大致涉及运动控制领域，尤其涉及用于自动引导车的分段举升控制方法、分段下降控制方法和自动引导车。

背景技术

自动引导车(Automatic Guided Vehicle)AGV已应用在国内外很多的物流中转仓库中。当AGV在搬运货架的过程中，总是涉及到顶升货架，或者是AGV将货架搬运到目标点放下货架的过程。由于AGV的顶升托盘离货架底部还有一定距离，所以在顶升结构顶起过程中，运动规划是梯形加速过程，即先加速，再匀速，再减速，所以当AGV顶升托盘接触货架底部瞬间，顶升结构的速度已经达到匀速，即最大速度，这时托盘对货架的冲击是很大的。如果货架中存放的是易碎物品，这种冲击很容易对商品造成损坏，而且对AGV本身托盘和货架的使用寿命都有影响，另一种情况是当AGV搬运货架到达目标点后，放下货架时，降下过程轨迹也是梯形规划，先加速、匀速，再减速，所以当货架腿快要接触到地面时，降下的速度也是处于匀速段，即速度最大，货架腿对地面的冲击也是最大的，同样对在货架里的易碎、贵重商品造成损害，长期后对货架腿，地面等也会造成损害，而且上面两种情况中，由于顶升和降下时冲击力大，噪音污染也很严重。

背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

基于上述情况，本发明采用分段顶升，即在顶升过程中，规划两段梯形轨迹，顶升时，当托盘快要接触到货架底部时，正是第一段梯形规划和第二段梯形规划的交界处，这样顶升接触的过程，规划的速度刚好是零，接触完货架开始第二个梯形规划；降下时的情况正好和顶升时相反，当AGV顶着货架准备下降时，在货架腿快要接触到地面时，完成第一个梯形轨迹的规划，当货架腿接触到地面后，开始顶升结构的第二个梯形速度规划。

本发明采用分段轨迹规划的方法闭环控制AGV顶升机构，该方法可以不需要建立数学模型，而且实现了设定值扰动下的完全跟踪和不可测扰动下的完全补偿，因此在先进控制方法的基础上开展AGV顶升机构运动轨迹的精准控制的研究具有重要意义。

有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本发明提供一种可用于自动引导车的分段举升控制方法，包括：

S101：将所述自动引导车的预设举升运动行程分为至少两段举升行程；

S102：对其中每一段举升行程进行S形运动规划，获得所述每一段举升行程的运动参数；和

S103：根据所述运动参数控制所述自动引导车完成所述至少两段举升行程。

根据本发明的一个方面，所述至少两段举升行程通过所述自动引导车的举升电机的负载率确定。

根据本发明的一个方面，所述步骤S101包括将所述自动引导车的预设举升运动行程分为两段举升行程，所述两段举升行程以所述自动引导车在举升过程中接触货物为分界点。

根据本发明的一个方面，所述步骤S102包括：将相邻两段举升行程的分界点处的速度设置为零。

根据本发明的一个方面，所述步骤S103包括：

测量所述举升电机的转速；

获得所述举升电机的直线速度；

基于所述直线速度以及所述运动参数，通过PI D控制器，控制所述举升电机。

本发明还提供一种可用于自动引导车的分段下降控制方法：

S201：将所述自动引导车的预设下降运动行程分为至少两段下降行程；

S202：对其中每一段下降行程进行S形运动规划，获得所述每一段下降行程的运动参数；和

S203：根据所述运动参数控制所述自动引导车完成所述至少两段下降行程。

根据本发明的一个方面，所述至少两段下降行程通过所述自动引导车的举升电机的负载率确定。

根据本发明的一个方面，所述步骤S201包括将所述自动引导车的预设下降运动行程分为两段下降行程，所述两段下降行程以所述自动引导车在下降过程中脱离接触货物为分界点。

根据本发明的一个方面，所述步骤S202包括：将相邻两段下降行程的分界点处的速度设置为零。

根据本发明的一个方面，所述步骤S203包括：

测量所述举升电机的转速；

获得所述举升电机的直线速度；

基于所述直线速度以及所述运动参数，通过PI D控制器，控制所述举升电机。

本发明还提供一种自动引导车，包括：

车体；可在地面上行进；

举升台，安装在所述车体上；

举升电机，安装在所述车体上并可驱动所述举升台上升或下降；和

控制器，所述控制器与所述举升电机耦接，并配置成可执行如上所述的分段举升控制方法或如上所述的分段下降控制方法，以控制所述举升电机驱动所述举升台上升或下降。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1示出了自动引导车的示意图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的可用于自动引导车的分段举升控制方法；

图3示出了根据本发明一个优选实施例的S形运动规划；

图4示出了根据本发明一个实施例的控制电路；

图5示出了根据本发明的一个实施例的可用于自动引导车的分段下降控制方法。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了自动引导车的示意图，图2示出了根据本发明的一个实施例的可用于自动引导车的分段举升控制方法100，下面参考附图详细描述。

在步骤S101：将所述自动引导车的预设举升运动行程分为至少两段举升行程。

如图1所示，自动引导车10包括车体11、车轮12和举升台13，其中车轮12和举升台13安装在车体11上。自动引导车10并且具有控制器(未示出)，控制器可以自主控制车轮12的电机，从而控制自动引导车10的前进、后退、停止、转弯等操作。自动引导车10还包括举升电机(未示出)，所述举升电机由所述控制器控制，从而驱动举升台13上升或下降。根据需要，自动引导车10还可以包括连接在举升电机和举升台13之间的传动装置或者变速装置，此处不再赘述。

在利用自动引导车10搬运货物或者货架时，首先控制自动引导车10行驶到货物或者货架的下方并停止就位，然后控制举升电机驱动举升台13升高，将货物或货架举升离开地面，然后控制自动引导车将货物或者货架搬运到目的地。在现有技术中，举升台13的举升行程是一段梯形加速过程，即先加速，再匀速，再减速，当AGV顶升托盘接触货架底部瞬间，顶升结构的速度已经达到匀速即最大速，这时托盘对货架的冲击是很大的，如果货架中放的是易碎物品，很容易对商品造成损坏，而且对AGV本身托盘和货架的使用寿命都有影响。本发明中，将所述自动引导车的预设举升运动行程分为至少两段举升行程。例如为了完成货架举升，举升台13的预设举升运动行程为20cm，那么根据本发明，可以将20cm的预设举升运动行程分为两段。根据本发明的一个优选实施例，其中将所述自动引导车的预设举升运动行程分为两段举升行程，所述两段举升行程以所述自动引导车在举升过程中接触货物为分界点。为了清楚起见，下文将以两段举升行程为例进行说明。

在步骤S102：对其中每一段举升行程进行S形运动规划，获得所述每一段举升行程的运动参数。所述运动参数可包括举升台的加加速度、加速度、速度、位移等参数中的一个或多个。

在步骤S101中预设举升运动行程分为至少两段举升行程之后，分别对每一段进行S形运动规划。图3示出了根据本发明一个优选实施例的S形运动规划，可用于其中一段举升行程的运动规划，下面参考图3详细描述。

如图3所示，对于一段举升行程，其中包括七个运动段，分别为加加速度段T

所示S形运动规划的加加速度J、加速度a、速度v、位移s随时间的变化函数如下：

t

τ

T

各个阶段的加加速度的公式如下：

各个阶段的加速度的公式如下：

各个阶段的速度的公式如下：

各个阶段的位置的公式如下：

图3中示出了对于其中一段举升行程进行运动规划的实施例，同样的运动规划可以适用于剩余段的举升行程。另外，在对多段举升行程进行运动规划时，需要将各段举升行程的过渡点处的速度设置为相同，从而实现各段之间平滑运动过渡。

根据本发明的一个优选实施例，将所述自动引导车的预设举升运动行程分为两段举升行程，所述两段举升行程以所述自动引导车在举升过程中接触货物为分界点。对于第一段举升行程的S形运动规划，可以将其起始速度v

在步骤S103：根据所述运动参数控制所述自动引导车完成所述至少两段举升行程。

在步骤S102中完成了各段运动行程的S形运动规划之后，在步骤S103中根据运动规划的结果，即根据运动参数，控制自动引导车的举升台完成所述至少两段举升行程。

根据本发明的一个实施例，在步骤S101中，所述至少两段举升行程通过所述自动引导车的举升电机的负载率确定。首先根据电机调试软件测试的实时负载率，获得顶升和降下时托盘接触货架底部、货架腿接触地面时的时间，测量得到的时间分别用于第一段轨迹规划的终止时间，

根据本发明的一个优选实施例，步骤S103包括：

测量所述举升电机的转速；

获得所述举升电机的直线速度；

基于所述直线速度以及所述运动参数，通过PID控制器，控制所述举升电机。

图4示出了根据本发明一个实施例的控制电路。如图4所述，所述控制电路包括ARM处理器、D/A转换模块、继电器输出模块、传动模块和电机、光电编码器、A/D转换模块以及调理电路。其中，ARM处理器(对应于PID控制器)负责分段轨迹规划及闭环的PID控制的计算。图4中，电机用于驱动图1中所示的举升台13，光电编码器用于采集和测量电机的转速，然后经过A/D转换模块变为数字信号，经过调理电路送入到ARM处理器中，ARM处理器将电机的转速经过和减速比的融合计算，推算出电机的直线速度，这个速度用于和规划梯形速度轨迹做差，结果经过PID控制器，输出指令速度至执行机构电机，完成第一段的闭环控制，

第二段的闭环控制同样是通过采集模块的光电编码器采集电机的转速，经过融合计算，得到电机直线速度和轨迹生成器规划的梯形轨迹速度进行做差运算，差值作为控制器的输入，经过PID计算得出执行机构电机输入指令速度，完成控制。

图5示出了根据本发明另一个实施例的可用于自动引导车的分段下降控制方法200，分段下降控制方法200与上面描述的分段举升控制方法100类似，下面参考图5详细描述其不同之处。

在步骤S201：将所述自动引导车的预设下降运动行程分为至少两段下降行程；

在步骤S202：对其中每一段下降行程进行S形运动规划，获得所述每一段下降行程的运动参数；和

在步骤S203：根据所述运动参数控制所述自动引导车完成所述至少两段下降行程。

根据本发明的一个实施例，所述至少两段下降行程通过所述自动引导车的举升电机的负载率确定。首先根据电机调试软件测试的实时负载率，获得降下时货架腿接触地面时的时间(即自动引导车在下降过程中脱离接触货物的时刻)，测量得到的时间分别用于第一段轨迹规划的终止时间，

根据本发明的一个实施例，所述步骤S201包括将所述自动引导车的预设下降运动行程分为两段下降行程，所述两段下降行程以所述自动引导车在下降过程中脱离接触货物为分界点。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S202包括：将相邻两段下降行程的分界点处的速度设置为零。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S203包括：

测量所述举升电机的转速；

获得所述举升电机的直线速度；

基于所述直线速度以及所述运动参数，通过PID控制器，控制所述举升电机。图4示出的控制电路同样可以用于实现所述分段下降控制方法200。

本发明还涉及一种如图1所示的自动引导车，包括：车体、举升台、举升电机和控制器，其中车体可在地面上行进；举升台安装在所述车体上；举升电机安装在所述车体上并可驱动所述举升台上升或下降；控制器所述控制器与所述举升电机耦接，并配置成可执行如上所述的分段举升控制方法100或分段下降控制方法200，以控制所述举升电机驱动所述举升台上升或下降。

本发明采用分段轨迹规划的方法闭环控制AGV顶升机构，该方法可以实现设定值扰动下的完全跟踪和不可测扰动下的完全补偿，因此在先进控制方法的基础上开展AGV顶升机构运动轨迹的精准控制的研究具有重要意义。

本发明的实施例提供一种AGV顶升机构运动过程中对运动轨迹的精准控制方法，针对顶升结构运动控制过程具有非线性、强耦合及干扰不可测，且对控制精度控制要求高的特点，在深入分析整个分段闭环控制机理的基础上，采用光电编码器采集顶升电机转速，通过一系列的模拟数字信号的转换，数字信号给到ARM公司的STM32767处理器，采用分段轨迹规划法对顶升过程进行精确的控制，从而能有效的控制顶升结构的运行轨迹，不仅拓展了顶升结构的控制方法，而且延长了AGV托盘、货架的使用寿命，降低了货架对地面的冲击，提高了经济效益，减少了仓库噪音，提高了人文关怀。

本发明针对AGV顶升控制过程的特点，采取加入采集电机转速的光电编码器，针对AGV顶升运动过程采用轨迹分段控制算法拓展了顶升结构的控制方法。光电编码器采集电机转速后，经A/D转换模块转换信号后发送至调理电路，最后送到ARM处理器，ARM经过对采集回来的编码器信号进行处理后，规划出两条合理的轨迹，对顶升结构进行精准的闭环控制。通过增加AGV及货架的使用寿命，间接提高了经济效益。

本发明主要针对AGV的顶升、降下运动过程进行控制，顶升降下的运动控制依赖于电机编码器对电机转速信号的采集，所以在AGV的电机上固定一个光电编码器，实时测量AGV电机的转速，经过A/D转换模块，通过调理电路将采集的速度信号给ARM算法程序。将从光电编码器拿回的实时速度和算法本身规划的两段梯形轨迹数据做差，差值通过PID控制后，输出至执行机构传动及电机模块，进行电机转速的调整。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。