多差速驱动单元AGV路径跟踪方法及设备、存储介质

技术领域

本发明涉及AGV控制技术领域，特别涉及一种多差速驱动单元AGV路径跟踪方法及设备、存储介质。

背景技术

在工业重载AGV设计中，为了增大AGV的背负能力，同时不显著增加底盘的离地高度，采用多个驱动单元(数量≥2)提供动力是一种常用的方法。重载AGV常用的驱动单元类型有两种，分别是舵轮驱动单元和差速驱动单元。舵轮驱动单元只有一个轮子，兼具有转向和行驶能力。差速驱动单元有两个对称布置的驱动轮，其转向是通过两个轮子的转速差来实现。舵轮驱动单元控制上相对差速驱动单元更简单，但其转向时轮子与地面存在严重的摩擦力矩，不仅大大缩减了轮子的寿命而且会损伤地面。而差速驱动单元利用差动转向则可避免上述问题，因此，当前的大型重载AGV通常使用多差速驱动单元来作为动力单元。

使用多差速驱动单元的重载AGV驱动轮较多，协同控制较困难。目前公开的技术较少。CN112631309A公开了一种双差速驱动AGV循迹控制方法，但其仅仅适用于“有迹可循”的导航，而不适用于无轨导航(如激光导航、slam导航等)，且只能使AGV运动方向与路线保持相切，而不能以任意姿态角沿路径运动。

发明内容

本发明的目的是提供一种多差速驱动单元AGV路径跟踪方法及设备、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。

本发明解决其技术问题的解决方案是：提供一种多差速驱动单元AGV路径跟踪方法及设备、存储介质。

根据本发明的第一方面的实施例，提供了一种多差速驱动单元AGV路径跟踪方法，包括以下步骤：

建立全局坐标系，根据选取的AGV参考点，建立车体坐标系，在所述车体坐标系下，获取各驱动单元的回转中心点，根据所述回转中心点，建立驱动坐标系；

获取AGV跟踪的路径，根据所述AGV参考点，获得在路径上的正交投影点，根据所述路径、正交投影点和AGV参考点，获得当前AGV的距离偏差和角度偏差；

将AGV的运动分解，根据AGV所设目标速度，修正所述距离偏差和角度偏差，得到各驱动单元的平移矢量和旋转矢量，根据所述平移矢量和旋转矢量，得到各回转中心点的速度矢量；

根据所述速度矢量和所设目标速度，获得各驱动单元的设定转角；

获取各驱动单元当前的实际转角，根据所述设定转角和实际转角，修正获得的各驱动单元的转角偏差，得到各驱动单元的驱动坐标系的旋转角速度；

建立差速驱动单元的运动学关系，根据所述运动学关系、所设目标速度、速度矢量和驱动坐标系的旋转角速度，检验修正获得的各驱动单元左右驱动轮的速度，得到各驱动单元左右驱动轮的设定速度

进一步，所述驱动坐标系的建立过程具体包括：

选取AGV车体几何中心为AGV参考点，以所述AGV参考点为坐标原点，建立车体坐标系xoy，x轴为AGV的前进方向，y轴指向车体的左侧；

在车体坐标系xoy下，以所述回转中心点p

进一步，所述当前AGV的距离偏差和角度偏差的获得过程具体包括：

所述AGV参考点至正交投影点的距离为当前AGV的距离偏差；

获取在所述正交投影点处的切向角θ

根据所述切向角θ

进一步，所述平移矢量的获得过程具体包括：

AGV的运动分解为平移运动和旋转运动，则将各驱动单元的回转中心点处的速度矢量分解为平移矢量和旋转矢量；

以所述距离偏差d

令所有驱动单元绕各回转中心点旋转修正角度Δφ

根据所述参考方向φ

进一步，所述旋转矢量的获得过程具体包括：

以所述角度偏差θ

令AGV车体绕所述AGV参考点以修正角速度Δω

根据所述参考旋转角速度ω

进一步，所述设定转角的获得过程具体包括：

当所设目标速度v

φ

当所设目标速度v

φ

进一步，所述驱动坐标系的旋转角速度的获得过程具体包括：

根据所述实际转角φ

令各驱动单元绕回转中心点p

根据所述各驱动单元的旋转角速度ω

进一步，所述各驱动单元左右驱动轮的设定速度的获得过程具体包括：

根据所述速度矢量和所设目标速度，计算出各驱动单元的预设速度，输入所述预设速度和驱动坐标系的旋转角速度至所述运动学关系，得到各驱动单元的左右驱动轮的速度；

确定各驱动单元的左右驱动轮的速度方向相同，将所有驱动单元的左右驱动轮的速度取绝对值，从绝对值中找出速度最大值；

获取驱动轮的最大限制速度，当所述速度最大值大于最大限制速度时，则修正所有驱动单元的左右驱动轮的速度，得到各驱动单元左右驱动轮的设定速度。

根据本发明的第二方面的实施例，提供了一种电子设备，包括：

存储器，用于存储程序；处理器，用于执行所述存储器存储的程序，当所述处理器执行所述存储器存储的程序时，所述处理器用于执行如第一方面中任一项所述的一种多差速驱动单元AGV路径跟踪方法。

根据本发明实施例的第三方面的实施例，提供了一种存储介质，包括：存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如第一方面中任一项所述的一种多差速驱动单元AGV路径跟踪方法。

本发明的有益效果是：根据AGV车体与路径之间的距离偏差和角度偏差，对AGV车体下每个驱动单元进行修正，得到速度矢量，再根据每个驱动单元自身的转角偏差，对各自驱动单元进行修正，得到驱动坐标系的旋转角速度，建立差速驱动单元的运动学关系，检验修正得到精确度高、误差少的每个驱动单元的左右驱动轮的设定速度。本发明针对采用无轨导航的多差速驱动单元结构的AGV，提供一种简单可靠且通用性强的路径跟踪控制方法。建立驱动单元的驱动坐标系，不依赖于驱动单元的布局，可使AGV以任意姿态角沿路径运动，可扩展至采用两个以上或任意多个差速驱动单元的AGV，且具有算法简单、容易编程的特点。

附图说明

图1是本发明提供的一种多差速驱动单元AGV路径跟踪方法的示意流程图；

图2是本发明提供的一种多差速驱动单元AGV路径跟踪方法的全局坐标下的示意图；

图3是本发明提供的一种多差速驱动单元AGV路径跟踪方法的四差速驱动单元AGV跟踪直线示例图；

图4是本发明提供的一种多差速驱动单元AGV路径跟踪方法的回转中心点速度合成示意图；

图5是本发明提供的一种多差速驱动单元AGV路径跟踪方法的前进和后退时，驱动单元的速度矢量在其自身坐标系下的示意图；

图6是本发明提供的一种多差速驱动单元AGV路径跟踪方法差速驱动单元结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，而不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，虽然在系统示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以不同于系统中的模块划分或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义的理解，所属技术领域的技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明的具体含义。

根据本发明第一方面的实施例，参照图1和图2，在本发明的一些实施例中，一种多差速驱动单元AGV路径跟踪方法包括以下步骤：

S100，建立全局坐标系，根据选取的AGV参考点，建立车体坐标系，在车体坐标系下，获取各驱动单元的回转中心点，根据回转中心点，建立驱动坐标系。

在这一实施例中，构建全局坐标系XOY，不失一般性的，选取AGV的车体几何中心o作为运动控制的参考点，即，选取得到AGV参考点o，其中，可以根据实际应用需求，可以取车体上的任意一点。以AGV参考点o为坐标原点，构建车体局部坐标系xoy。

在车体坐标系xoy中，AGV的车体上设有i个驱动单元，每个驱动单元上均设有回转中心点p

S200，获取AGV跟踪的路径，根据AGV参考点，获得在路径上的正交投影点，根据路径、正交投影点和AGV参考点，获得当前AGV的距离偏差和角度偏差。

在这一实施例中，在全局坐标系XOY下，获取AGV正在跟踪的路径C。通过AGV参考点o，作路径C上的正交投影点M。

通过AGV参考点o和正交投影点M，得到AGV当前距离偏差。

通过正交投影点M、路径C以及AGV参考点o，得到AGV当前角度偏差。

S300，将AGV的运动分解，根据AGV所设目标速度，修正距离偏差和角度偏差，得到各驱动单元的平移矢量和旋转矢量，根据平移矢量和旋转矢量，得到各回转中心点的速度矢量。

在这一实施例中，将多差速驱动单元的AGV的平面运动解耦，并将解耦后的运动叠加到每个驱动单元上。

利用AGV沿路径运动的所设目标速度v

对角度偏差进行修正，修正得到每个驱动单元的旋转矢量，根据得到每个驱动单元的两个矢量，从而计算出i个驱动单元在回转中心点p

S400，根据速度矢量和所设目标速度，获得各驱动单元的设定转角。

在这一实施例中，由于驱动单元的设定转角与AGV的运动方向有关，即与所设目标速度v

由差速驱动单元的特点可知速度矢量V

通过v

S500，获取各驱动单元当前的实际转角，根据设定转角和实际转角，修正获得的各驱动单元的转角偏差，得到各驱动单元的驱动坐标系的旋转角速度。

在这一实施例中，检测当前每个驱动单元的实际转角。

通过S400得到的设定转角以及检测得到实际转角，计算出每个驱动单元的转角偏差。

对每个驱动单元的转角偏差进行修正，从而得到每个驱动单元在驱动坐标系下的旋转角速度。

需要说明的是，距离偏差和角度偏差对于每个驱动单元都是一样的，是基于AGV车体本身与跟踪路径之间的偏差，而每个驱动单元的各自转角偏差会存在细微的差别。

S600，建立差速驱动单元的运动学关系，根据运动学关系、所设目标速度、速度矢量和驱动坐标系的旋转角速度，检验修正获得的各驱动单元左右驱动轮的速度，得到各驱动单元左右驱动轮的设定速度。

在这一实施例中，构建差速驱动单元的运动学关系，通过运动学关系、所设目标速度、S400得到的速度矢量以及S500得到的驱动坐标系的旋转角速度，计算得到每个驱动单元左驱动轮速度和右驱动轮的速度。

对得到驱动轮速度进行检验修正，最终输出每个驱动单元左右驱动轮的设定速度。

根据AGV车体与路径之间的距离偏差和角度偏差，对AGV车体下每个驱动单元进行修正，得到速度矢量，再根据每个驱动单元自身的转角偏差，对各自驱动单元进行修正，得到驱动坐标系的旋转角速度，建立差速驱动单元的运动学关系，检验修正得到精确度高、误差少的每个驱动单元的左右驱动轮的设定速度。本发明针对采用无轨导航的多差速驱动单元结构的AGV，提供一种简单可靠且通用性强的路径跟踪控制方法。建立驱动单元的驱动坐标系，不依赖于驱动单元的布局，可使AGV以任意姿态角沿路径运动，可扩展至采用两个以上或任意多个差速驱动单元的AGV，且具有算法简单、容易编程的特点。

参照图2，在本发明的一些实施例中，在S100中，驱动坐标系的建立包括以下具体步骤：

S110，坐标原点为AGV的车体几何中心，并建立车体坐标系xoy，将AGV的前进方向设为x轴，车体的左侧为y轴的指向。

在这一实施例中，不失一般性的，选取AGV的车体几何中心o作为运动控制的参考点，即，选取得到AGV参考点o，其中，可以根据实际应用需求，可以取车体上的任意一点。以AGV参考点o为坐标原点，构建车体局部坐标系xoy。x轴指向前进方向，车体的左侧为y轴的指向。也可以x轴逆时针旋转90°得到y轴

S120，在车体坐标系下，坐标原点为回转中心点p

在这一实施例中，定义第i个驱动单元的回转中心点为p

参照图2和图3，在本发明的一些实施例中，在S200中，距离偏差和角度偏差的获得过程包括以下具体步骤：

S210，根据AGV参考点和正交投影点，计算得到距离偏差。

在这一实施例中，当前AGV的距离偏差为：AGV参考点o到正交投影点M的直线距离。计算两点之间的直线距离，从而得到距离偏差。记为d

S220，在全局坐标系下XOY，作正交投影点M处的切向角θ

在这一实施例中，M点为AGV参考点o路径C上的正交投影点，θ

θ

当θ

S230，通过切向角θ

在这一实施例中，目标姿态角θ

θ

参照图4，在本发明的一些实施例中，在S300中，平移矢量的获得过程包括以下具体步骤：

S310，将AGV的运动解耦为平移运动以及旋转运动，在车体坐标系下，将回转中心点p

在这一实施例中，将多差速驱动单元AGV的平面运动解耦为AGV参考点的平移运动和绕AGV参考点的旋转运动。每个驱动单元在车体坐标系下xoy的速度矢量可由p

S311，将每个驱动单元的平移矢量的参考方向设为φ

在这一实施例中，设距离偏差d

S312，控制所有驱动单元绕各自的回转中心点以修正角度Δφ

在这一实施例中，为了修正距离偏差d

在本实施例中，使用纯比例反馈控制方法计算Δφ

Δφ

，其中，k

S313，利用S311得到的参考方向φ

在这一实施例中，利用S311得到的每个驱动单元平移矢量的方向为参考方向φ

φ

，计算出平移矢量的方向φ

当距离偏差d

参照图4，在本发明的一些实施例中，在S300中，旋转矢量的获得过程包括以下具体步骤：

S320，将每个驱动单元的参考旋转角速度设为ω

在这一实施例中，当θ

S321，控制AGV车体绕AGV参考点以修正角速度Δω

在这一实施例中，为了修正角度偏差θ

在本实施例中，使用纯比例反馈控制方法计算Δω

Δω

，其中，k

S322，利用S320得到的参考旋转角速度ω

在这一实施例中，每个驱动单元的旋转角速度ω

ω

令W表示AGV车体旋转的角速度矢量，则W＝[0 0 ω

当角度偏差θ

需要说明的是，根据S313得到的平移矢量V

V

参照图5，在本发明的一些实施例中，在S400中，设定转角的获得过程包括以下具体步骤：

S410，当所设目标速度v

φ

在这一实施例中，由于驱动单元的设定转角与AGV的运动方向有关，即与所设目标速度v

φ

S420，当所设目标速度v

φ

在这一实施例中，由于驱动单元的设定转角与AGV的运动方向有关，即与所设目标速度v

φ

参照图5和图6，在本发明的一些实施例中，在S500中，各驱动单元旋转角速度的获得过程包括以下具体步骤：

S510，通过获取的实际转角φ

在这一实施例中，转角偏差φ

φ

S520，控制每个驱动单元绕各自的回转中心点p

在这一实施例中，为了修正转角偏差φ

需要说明的是，区别于AGV车体绕AGV参考点修正角速度Δω

其中，Δω

在本实施例中，使用纯比例反馈控制方法计算Δω

Δω

，其中，k

S530，通过ω

在这一实施例中，通过S322得到的旋转角速度ω

ω

在本发明的一些实施例中，在S600中，设定速度的获得过程包括以下具体步骤：

S610，通过所设目标速度和速度矢量进行计算，得到每个驱动单元的预设速度，将预设速度以及驱动坐标系的旋转角速度和输入至运动学关系，得到各个驱动单元的左右驱动轮的速度。

在这一实施例中，构建差速驱动单元的运动学关系：

，其中，驱动单元的两驱动轮轮距为D。

通过所设目标速度v

，将驱动单元的预设速度v

S620，确认每个驱动单元的左右驱动轮的速度方向相同，取所有左右驱动轮的速度的绝对值，并找出速度最大值。

在这一实施例中，为保证AGV的运动平稳性，

当

由于多差速驱动单元AGV在运动时存在每个驱动轮的速度都不尽相同的情况，根据S100至S500的步骤，计算得到的速度

S630，获取驱动轮的最大限制速度，根据S620得到的速度最大值和最大限制速度，修正所有驱动单元的左右驱动轮的速度。

在这一实施例中，根据驱动轮的最大限制速度v

速度修正公式为：

，其中，v

当存在速度最大值

需要说明的是，每次AGV启动后开始路径跟踪时，应检查首次转角偏差φ

根据本发明第二方面的实施例，一种电子设备，包括：

存储器，用于存储程序；处理器，用于执行所述存储器存储的程序，当处理器执行存储器存储的程序时，处理器用于执行如第一方面中任一项的一种多差速驱动单元AGV路径跟踪方法。

处理器和存储器可以通过总线或者其他方式连接。

存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序，如本发明实施例描述的用于AGV双雷达安装误差标定方法。处理器通过运行存储在存储器中的非暂态软件程序以及指令，从而实现本发明第一方面实施例的多差速驱动单元AGV路径跟踪方法。

存储器可以包括存储程序区和存储参数区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储参数区可存储执行上述的用于AGV双雷达安装误差标定方法。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

根据本发明第三方面的实施例，一种电子设备，包括：

一种存储介质，其特征在于，包括：存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如本发明第一方面的多差速驱动单元AGV路径跟踪方法。

实现上述的终端选定方法所需的非暂态软件程序以及指令存储在存储器中，当被一个或者多个处理器执行时，执行于本发明第一方面的多差速驱动单元AGV路径跟踪方法。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、参数结构、程序模块或其他参数)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包括计算机可读指令、参数结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制参数信号中的其他参数，并且可包括任何信息递送介质。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。