采用轮毂电机驱动的agv小车及路径规划方法
【专利摘要】本发明公开了一种采用轮毂电机驱动的AGV小车及路径规划方法，属于自动引导搬运车及导航领域，有别于磁条、光电、导轨导航，为一种全新的发明设计。具体包括AGV小车、轮毂电机、控制器、路径规划模块、检测轮模块和车体偏差调整控制模块。路径规划模块用于规划AGV小车行驶路径上的若干个定位点及提供定位点的坐标信息。检测轮模块用于记录AGV小车的行驶状况、当前的位置坐标和判断AGV小车的转向方向、圆点和半径。车体偏差调整控制模块用于检测判断AGV小车是否到达定位点以及位姿是否正确。本发明能减少传感器数量，降低成本，小车运动位置测量准确、对工作环境依赖小，不会因为环境变化而导致小车无法正常运行。
【专利说明】
采用轮穀电机驱动的AGV小车及路径规划方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种能够定位导航的自动引导搬运小车及导航方法，特别是一种采用 轮穀电机驱动的AGV小车及路径规划方法。
【背景技术】
[0002] 自动导引小车(Automated GuidedVehicle,简称AGV)指装备有电磁或光学等自动 导引装置，能够沿规定的导引路径行驶的无人驾驶运输车，多用于仓储等行业，W实现物料 的自动装卸和搬运。
[0003] 目前已知的AGV装备有电磁或光学引导装置，或是通过超声波传感器等对路径进 行探测，但运些装置的安装增加了与控制器的连线，使系统结构更加复杂，传感器的工作易 受工作环境影响，增加了潜在的不稳定性，并且提高了整个系统的成本、安装难度和后期的 维护成本。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种采用轮穀电机 驱动的AGV小车，该采用轮穀电机驱动的AGV小车一方面能减少小传感器按照数量，降低成 本，小车运动位置测量准确，减少潜在的不稳定因素；另外，与视觉导航W及磁导航的路径 规划相比，对小车工作环境的依赖较小，不会因为一般的环境变化导致小车无法正常运行。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
[0006] -种采用轮穀电机驱动的AGV小车，包括AGV小车、轮穀电机、控制器、路径规划模 块、检测轮模块和车体偏差调整控制模块。
[0007] AGV小车的驱动轮均由轮穀电机所驱动。
[000引路径规划模块内置在控制器中，用于规划AGV小车行驶路径上的若干个定位点W 及提供每个定位点的坐标信息。
[0009] 检测轮模块，用于记录AGV小车的行驶状况并记录AGV小车当前的位置坐标，并且 能够判断AGV小车的转向方向、圆点和半径。
[0010] 车体偏差调整控制模块，用于检测判断AGV小车是否到达定位点W及位姿是否正 确。
[0011] 控制器，用于对路径规划模块、检测轮模块和车体偏差调整控制模块提供的数据 信息进行处理，并将驱动信号送入轮穀电机，使得AGV小车实现直线行驶或差速转向。
[0012] 所述驱动轮为两个，对称设置于AGV小车的前方底部。
[0013] 所述检测轮模块包括从动轮和编码器，每个驱动轮安装一个从动轮，每个从动轮 上设置一个编码器;编码器能根据两个从动轮的差速判断AGV小车的转向方向、圆点和半 径。
[0014] 所述车体偏差调整控制模块为设置于AGV小车底盘前方中轴线两侧的霍尔传感 器。
[0015] 还包括对称设置于AGV小车后方底部的万向轮。
[0016] 还包括设置于AGV小车四周的红外传感器。
[0017] 本发明还提供一种采用轮穀电机驱动的AGV小车的路径规划方法，该采用轮穀电 机驱动的AGV小车的路径规划方法一方面能减少小传感器按照数量，降低成本，小车运动位 置测量准确，减少潜在的不稳定因素；另外，与视觉导航W及磁导航的路径规划相比，对小 车工作环境的依赖较小，不会因为一般的环境变化导致小车无法正常运行。
[0018] -种采用轮穀电机驱动的AGV小车进行路径规划的方法，包括如下步骤。
[0019] 步骤1，更新定位点坐标信息:通过对AGV小车的任务分配，在路径规划模块中标出 AGV小车当前位置到目标定位点的路径，标记途径的定位点，并为途经的定位点排序，然后 记录出发点及各个定位点坐标。
[0020] 步骤2,小车行驶状态确定:AGV小车中的控制器将出发点坐标与下一定位点坐标 进行对比，并确定AGV小车是直线行驶还是进行差速转向行驶;然后，控制器指令轮穀电机 按照所确定的行驶状态驱动AGV小车进行行驶。
[0021] 步骤3,小车行驶状态检测:AGV小车在步骤2所确定的直线行驶或差速转向行驶过 程中，检测轮模块将判断AGV小车是否按指令行进。
[0022] 步骤4,车体偏差调整:AGV小车每行驶到一个定位点，判断一次当前位姿，并通过 计算得到位姿矫正行驶数据;AGV小车在直线路段行驶的过程中，进行一次车体偏差调整， 直到小车行驶到下一个定位点。
[0023] 步骤5,车体偏差调整控制模块检测到下一定位点，更新前进信息，继续向后一个 定位点前进，直至到达目标定位点，完成任务。
[0024] 所述步骤1中，定位点采用事先铺设的方法，定位点为磁道钉。
[0025] 所述步骤2中，AGV小车行驶状态的确定方法如下。
[0026] 第一步，直线行驶确定:AGV小车每到达一个定位点会将接下来的两个定位点的坐 标纳入计算，先判断是否满足直线行驶条件，如满足直线行驶条件，AGV小车在到达定位点 及下一个定位点之间将进行直线行驶。
[0027] 第二步，转弯确定：当第一步中判断为不满足直线行驶条件时，则判定为需要转 弯。
[0028] 第S步，确定AGV小车的转弯条件:转弯条件包括转弯方向dir、转弯半径R、转弯角 度0和左右两个驱动轮的转速:其中，
[0029] AGV小车左驱动轮的转速m为：
[0030]
[0031]
[0032]
[0033] 式中，《1为左驱动轮的转向角速度；Or为右驱动轮的转向角速度;V为小车转弯线 速度，设定值;d为左右两个驱动轮到小车轴线的距离;r为小车驱动轮半径;R为小车转弯半 径，为一'直定值;dir为小车的转向，取值为1、0或-1; 0为小车转弯角度。
[0034] 假设AGV小车的行驶路径依次包括M( Xm，ym)、N(Xn，yn)、P( Xp，yp )、Q(Xq，yq)四个点位 点，且定位点N和定位点P之间具有转弯;此时，转弯方向dir计算公式为：
[0035] d i r = S gn [ (Xn-Xm K y q-y P) - (yn-ym K Xq-Xp)]
[0036] 转向角0的计算公式为：
[0037]
[003引在定位点N和定位点P之间找出小车转弯起始点E、转弯辅助点J(Xj，yj)和转弯结束 点G，则：
[0041 ]点E到点J的直线距离如下：[0042][0043]
[0039；
[0040；
[0044]
[0045] 本发明采用上述结构和方法后，一方面能减少小传感器按照数量，降低成本，小车 运动位置测量准确，减少潜在的不稳定因素；另外，与视觉导航W及磁导航的路径规划相 比，对小车工作环境的依赖较小，不会因为一般的环境变化导致小车无法正常运行。
【附图说明】
[0046] 图1显示了本发明一种采用轮穀电机驱动的AGV小车的原理示意图。
[0047] 图2显示了本发明一种采用轮穀电机驱动的AGV小车的结构示意图。
[004引图3显示了本发明采用轮穀电机驱动的AGV小车进行路径规划方法的流程示意图。
[0049] 图4显示了地图数据库的一种实施例。
[0050] 图5显示了 AGV小车的尺寸分析图。
[0化1] 图6显示了AGV小车的转向示意图。
[0052] 图7显示了车体偏差调整过程示意图。
[0053] 其中有：1-霍尔传感器;2-编码器;3-驱动轮;4-从动轮;5-AGV小车;6-控制器;7- 万向轮。
【具体实施方式】
[0054] 下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[005引如图1和图2所示，一种采用轮穀电机驱动的AGV小车，包括AGV小车5、轮穀电机、控 制器6、路径规划模块、检测轮模块、车体偏差调整控制模块、万向轮7和红外传感器。
[0056] AGV小车的驱动轮3均由轮穀电机所驱动。驱动轮优选为两个，对称设置于AGV小车 的前方底部。
[0057] 路径规划模块内置在控制器中，用于规划AGV小车行驶路径上的若干个定位点W 及提供每个定位点的坐标信息。路径规划模块，本申请也称之为地图数据库或地图数据信 息。
[005引检测轮模块，用于记录AGV小车的行驶状况并记录AGV小车当前的位置坐标，并且 能够判断AGV小车的转向方向、圆点和半径。
[0059] 上述检测轮模块优选包括从动轮4和编码器2，每个驱动轮安装一个从动轮，每个 从动轮上设置一个编码器;编码器能根据两个从动轮的差速判断AGV小车的转向方向、圆点 和半径。
[0060] 车体偏差调整控制模块，用于检测判断AGV小车是否到达定位点W及位姿是否正 确。
[0061] 上述车体偏差调整控制模块优选为设置于AGV小车底盘前方两侧的两个霍尔传感 器1。
[0062] 控制器，用于对路径规划模块、检测轮模块和车体偏差调整控制模块提供的数据 信息进行处理，并将驱动信号送入轮穀电机，使得AGV小车实现直线行驶或差速转向。
[0063] 上述万向轮优选为两个，对称设置于AGV小车的后方底部，用于辅助驱动轮3实现 转向。
[0064] 上述红外传感器优选设置于AGV小车的四周，当红外传感器检测到附近有物体时， 将使小车停止，用于AGV小车的避障。
[0065] -种采用轮穀电机驱动的AGV小车进行路径规划的方法，如图3所示，包括如下步 骤。
[0066] 步骤1，更新定位点坐标信息:通过对AGV小车的任务分配，在路径规划模块中标出 AGV小车当前位置到目标定位点的路径，标记途径的定位点，并为途经的定位点排序，然后 记录出发点及各个定位点坐标。
[0067] 本步骤1中，定位点采用事先铺设的方法，定位点为磁道钉。
[0068] 步骤2,小车行驶状态确定:AGV小车中的控制器将出发点坐标与下一定位点坐标 进行对比，并确定AGV小车是直线行驶还是进行差速转向行驶;然后，控制器指令轮穀电机 按照所确定的行驶状态驱动AGV小车进行行驶。
[0069] 本步骤2中，AGV小车行驶状态的确定方法如下。
[0070] 第一步，直线行驶确定:AGV小车每到达一个定位点会将接下来的两个定位点的坐 标纳入计算，先判断是否满足直线行驶条件，如满足直线行驶条件，AGV小车在到达定位点 及下一个定位点之间将进行直线行驶。
[0071] 如图4所示，小车要执行从A点到D点的任务，途径的定位点及其坐标依次为：
[0072] A(xa,ya) ；B(xb,Yb) ；C(XcYc) ；D(xd,yd)〇
[007引设小车的初始位置为图3中的A点(Xa，ya)，方向为y轴正方向，准备向B点(Xb，yb)行 驶。通过控制器的计算提供该路段的定位算法，方向：y轴正向；横坐标:X = Xb-Xa = 0 ;纵坐 标:y = yb-ya;满足直线行驶条件，控制器将信号送入轮穀电机，使驱动轮旋转，小车向前行 驶到B点。
[0074] 第二步，转弯确定：当第一步中判断为不满足直线行驶条件时，则判定为需要转 弯。
[0075] 第S步，确定AGV小车的转弯条件:转弯条件包括转弯方向dir、转弯半径R、转弯角 度0和左右两个驱动轮的转速:其中，
[0076] AGV小车左驱动轮的转速m为：
[0077]
[007引
[0079]
[0080] 式中，如图5所示，为左驱动轮的转向角速度；COr为右驱动轮的转向角速度;V为 小车转弯线速度，为固定值，可W人为进行设定;d为左右两个驱动轮到小车轴线的距离;r 为小车驱动轮半径;R为小车转弯半径，为一'直定值;dir为小车的转向，取值为1、0或-1;0为 小车转弯角度。
[0081 ]如图6所示，假设AGV小车的行驶路径依次包括M( Xm，ym)、N( Xn，yn)、P ( Xp，yp)、Q(Xq， yq)四个点位点，且定位点财日定位点P之间具有转弯。
[0082]此时，小车到达M点时会将N点和P点纳入计算，转弯方向dir计算公式为：
[0083 ] d i r = S gn [ (Xn-Xm K y q-y P) - (yn-ym K Xq-Xp)]
[0084] 在图6中，dir = -l<0,则判定为右转弯，小车将Q点也纳入计算。
[0085] 转向角目的计算公式为：
[0086]
[0087]在定位点N和定位点P之间找出小车转弯起始点E、转弯辅助点JUj，yj)(在转弯开 始前小车保持两驱动轮轴线中点向.T点直线行驶）、转弯辅助点F和转弯结束点G，则：
[008引
[0089]
[0090] 点E到点J的直线距离如下：
[0091]
[OOW] 点强Ij点N的直线距离L为：
[0093]
[0094] 根据上述信息，即可实现小车的转向行驶。
[00M]步骤3,小车行驶状态检测:AGV小车在步骤2所确定的直线行驶或差速转向行驶过 程中，检测轮模块将判断AGV小车是否按指令行进。若小车未按照指令行驶，则判断小车驱 动轮出于某种原因处于打滑或空转状态，小车停机并报警。
[0096] 步骤4,车体偏差调整:AGV小车每行驶到一个定位点，判断一次当前位姿，并通过 计算得到位姿矫正行驶数据;AGV小车在直线路段行驶的过程中，进行一次车体偏差调整， 直到小车行驶到下一个定位点。
[0097] 车体偏差调整过程如下：
[0098] 如图7所示，通过车体偏差调整控制模块检测磁钉得到小车的偏移角度a(小车中 轴线与路径方向的夹角）和小车的偏移距离K也即小车两驱动轮轴线中点到路径的距离 APl )，然后计算小车转弯半径R = Vcosa,小车转弯角度0i = a+3i/3(ZHOiI)，目2 = V3(Z KO2I)，接下来可按照步骤2中的第S步转弯部分行驶。
[0099] 步骤5,车体偏差调整控制模块检测到下一定位点，更新前进信息，继续向后一个 定位点前进，直至到达目标定位点，完成任务。
[0100] W上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中 的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可W对本发明的技术方案进行多种等同变换，运 些等同变换均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种采用轮毂电机驱动的AGV小车，其特征在于:包括AGV小车、轮毂电机、控制器、路 径规划模块、检测轮模块和车体偏差调整控制模块； AGV小车的驱动轮均由轮毂电机所驱动； 路径规划模块内置在控制器中，用于规划AGV小车行驶路径上的若干个定位点以及提 供每个定位点的坐标信息； 检测轮模块，用于记录AGV小车的行驶状况并记录AGV小车当前的位置坐标，并且能够 判断AGV小车的转向方向、圆点和半径； 车体偏差调整控制模块，用于检测判断AGV小车是否到达定位点以及位姿是否正确； 控制器，用于对路径规划模块、检测轮模块和车体偏差调整控制模块提供的数据信息 进行处理，并将驱动信号送入轮毂电机，使得AGV小车实现直线行驶或差速转向。2. 根据权利要求1所述的采用轮毂电机驱动的AGV小车，其特征在于:所述驱动轮为两 个，对称设置于AGV小车的前方底部。3. 根据权利要求2所述的采用轮毂电机驱动的AGV小车，其特征在于:所述检测轮模块 包括从动轮和编码器，每个驱动轮安装一个从动轮，每个从动轮上设置一个编码器;编码器 能根据两个从动轮的差速判断AGV小车的转向方向、圆点和半径。4. 根据权利要求1所述的采用轮毂电机驱动的AGV小车，其特征在于:所述车体偏差调 整控制模块为设置于AGV小车底盘前方中轴线两侧的霍尔传感器。5. 根据权利要求1所述的采用轮毂电机驱动的AGV小车，其特征在于:还包括对称设置 于AGV小车后方底部的万向轮。6. 根据权利要求1所述的采用轮毂电机驱动的AGV小车，其特征在于:还包括设置于AGV 小车四周的红外传感器。7. -种采用轮毂电机驱动的AGV小车进行路径规划的方法，其特征在于：包括如下步 骤:步骤1，更新定位点坐标信息:通过对AGV小车的任务分配，在路径规划模块中标出AGV小 车当前位置到目标定位点的路径，标记途径的定位点，并为途经的定位点排序，然后记录出 发点及各个定位点坐标； 步骤2,小车行驶状态确定:AGV小车中的控制器将出发点坐标与下一定位点坐标进行 对比，并确定AGV小车是直线行驶还是进行差速转向行驶;然后，控制器指令轮毂电机按照 所确定的行驶状态驱动AGV小车进行行驶； 步骤3,小车行驶状态检测:AGV小车在步骤2所确定的直线行驶或差速转向行驶过程 中，检测轮模块将判断AGV小车是否按指令行进； 步骤4，车体偏差调整:AGV小车每行驶到一个定位点，判断一次当前位姿，并通过计算 得到位姿矫正行驶数据;AGV小车在直线路段行驶的过程中，进行一次车体偏差调整，直到 小车行驶到下一个定位点； 步骤5,车体偏差调整控制模块检测到下一定位点，更新前进信息，继续向后一个定位 点前进，直至到达目标定位点，完成任务。8. 根据权利要求7所述的采用轮毂电机驱动AGV小车进行路径规划的方法，其特征在 于:所述步骤1中，定位点采用事先铺设的方法，定位点为磁道钉。9. 根据权利要求7所述的采用轮毂电机驱动AGV小车进行路径规划的方法，其特征在 于:所述步骤2中，AGV小车行驶状态的确定方法如下： 第一步，直线行驶确定:AGV小车每到达一个定位点会将接下来的两个定位点的坐标纳 入计算，先判断是否满足直线行驶条件，如满足直线行驶条件，AGV小车在到达定位点及下 一个定位点之间将进行直线行驶； 第二步，转弯确定：当第一步中判断为不满足直线行驶条件时，则判定为需要转弯； 第三步，确定AGV小车的转弯条件:转弯条件包括转弯方向dir、转弯半径R、转弯角度Θ 和左右两个驱动轮的转速:其中， AGV小车左驱动轮的转速m为：式中，CO1为左驱动轮的转向角速度；COr为右驱动轮的转向角速度;￥为小车转弯线速 度，为设定值;d为左右两个驱动轮到小车轴线的距离;r为小车驱动轮半径;R为小车转弯半 径，为一,!'亘定值;dir为小车的转向，取值为1、0或-1; Θ为小车转弯角度。10.根据权利要求9所述的采用轮毂电机驱动AGV小车进行路径规划的方法，其特征在 于:假设AGV小车的行驶路径依次包括M(Xm，ym)、N( Xn，yn)、P(Xp，yP)、Q(Xq，yq)四个点位点，且 定位点N和定位点P之间具有转弯;此时，转弯方向dir计算公式为： d i r = s gn [ (xn-xm) (y q_yP) - (yn_ym) (Xq-Xp)] 转向角Θ的计算公式为：
【文档编号】G05D1/02GK106020200SQ201610534780
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月7日
【发明人】印光宇, 徐伟, 葛健, 王晓光, 佃仁俊, 曹吉峰
【申请人】江苏上骐集团有限公司, 华中科技大学