一种基于密集存储库内穿梭车行走精确定位的方法与流程

本发明涉及一种穿梭车进行高速运行时精确定位的方法。

背景技术：

在仓储物流系统中，穿梭车一般都是整个输送系统的核心设备，它的效率直接决定了整个系统的运行效率。因此穿梭车的合理的速度控制、精确的定位技术就显得尤为重要，控制程序的目的就是要使得穿梭车具有启动平稳、快速运行、精确定位。这在减小输送系统的瓶颈效应、提高仓储物流系统整体运行效率尤为重要。穿梭车是一种运用于密集式存储立体仓库的托盘搬运设备，由于采用了贯穿式货架消除了工作巷道，能够最大限度的将仓储空间利用率提高到90％以上，能够满足先入先出和先入后出的作业要求。由于目前的仓储系统中由于货物种类越来越多样化，穿梭车的行走位置精度要求也越来越高，现有的穿梭车难以满足要求。

技术实现要素：

本发明的目的是使得穿梭车在密集存储库内不受负载影响，更加快速、精准地定位。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于密集存储库内穿梭车行走精确定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、绘制穿梭车由启动至停止的运行过程的速度曲线，将该速度曲线划分为加加速度段、匀加速度段、加减速段、匀速段、加减速段、匀减速段和减减速段，加加速度段、匀加速度段及加减速段组成加速段曲线，加减速段、匀减速段和减减速段组成减速段曲线，加速段曲线与减速段曲线相互对称；

步骤2、分别计算加加速度段、匀加速度段、加减速段、加减速段、匀减速段和减减速段的速度方程及位移方程，从而建立各段的速度与位移之间的关系式，以各段的位移来表示各段的速度；

步骤3、在穿梭车运行过程中，通过实时检测穿梭车的位置来判断穿梭车当前处于加加速度段、匀加速度段、加减速段、匀速段、加减速段、匀减速段或减减速段，再根据步骤2得到的关系式，由穿梭车的实时位置来控制穿梭车的速度。

优选地，对于所述加速段曲线而言，加加速度段、匀加速度段、加减速段对应的时间区间分别为(0，t₁)、(t₁，t₂)、(t₂，t₃)，则有：

加加速度段的速度为V_AB，J₁为加加速度段(AB)的加速度的导数，t为时间变量；

加加速度段的位移为S_AB，

匀加速度段的速度为V_BC，V_BC＝a_max(t-t₁)+V_B，a_max为最大加速度，

匀加速度段的位移为S_BC，

加减速段的速度为V_CD，a_CD＝a_max-J₂(t-t₂)，J₂为加减速段的加速度的导数；

加减速段的位移为S_CD，

优选地，穿梭车在匀速段以最大速度V_max运行，则有：

本发明在对穿梭车进行精确定位过程中采用了S曲线加减速算法对穿梭车实时速度进行调整，从而达到高速、精确定位。

附图说明

图1为穿梭车控制系统图

图2为穿梭车运行理想速度曲线；

图3为穿梭车定位流程图；

图4为穿梭车速度控制曲线实现。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

S曲线加减速是指由于系统在加减速阶段的速度曲线形状呈S形状而得来，穿梭车在加减速控制，其加速度的导数为常数，通过对加加速度值的控制来最大限度的减小惯性负载停车造成的不平稳，提高精度。

本发明将S曲线应用在穿梭车中，以下就其原理进行介绍：

正常情况下穿梭车的运行过程可分为7段：加加速度段AB、匀加速度段BC、加减速段CD、匀速段DE、加减速段EF、匀减速段FG和减减速段GH，对应的时间段分别为(0，t₁)、(t₁，t₂)、(t₂，t₃)、(t₃，t₄)、(t₄，t₅)、(t₅，t₆)、(t₆，t₇)，如图2所示。

在不影响控制性能的情况下，为了简化计算对以下参数进行设定：T₁为抛物线AB段的时间，T₂为直线BC段的时间，T₃为抛物线CD段的时间，T₄为抛物线EF段的时间，T₅为直线FG段的时间，T₆为抛物线GH段的时间。

V_max为最大给定速度值，a_max为最大加速度，T_a为以最大加速度a_max加速到V_max所需要的时间，J₁为AB段的加速度的导数，J₂为CD段加速度的导数，J₃为EF段的加速度的导数，J₄为GH段的加速度导数。

V_B、V_C、V_F、V_G分别为B点、C点、F点、G点的速度，ABCD为加速度段、DE为匀速段、EFGH为减速段。由于加速段与减速段类似，以加速段ABCD来介绍原理。则：

AH段最大加速度：a_max＝(V_max-0)/T_a；

AB段加速度导数：J₁＝(a_max-0)/T₁；

CD段加速度导数：J₂＝(a_max-0)/T₃；

根据运动学知识可得：

当t₀≤t_n＜t₁时，

当t₁≤t_n＜t₂时，

当t₂≤t_n＜t₃时，

t_n为第n个采样周期的采样时刻，设采样周期为ΔT，第N+1个采样周期内的初始速度为v(t_n)，采样结束后为v(t_n+1)，其中t_n+1＝t_n+ΔT，把各段速度曲线离散化，即可得到几个简单的递推式：

当t₀≤t_n＜t₁时，

略去高阶无穷小项：

v(t_n+1)-v(t_n)＝J₁t_nΔT

1)当t₀≤t_n＜t₁时，v(t_n+1)-v(t_n)＝J₁t_nΔT

2)当t₁≤t_n＜t₂时，v(t_n+1)-v(t_n)＝a_maxΔT

3)当t₂≤t_n＜t₃时，v(t_n+1)-v(t_n)＝J₂(t₃-t_n)ΔT

为了实现曲线的平滑性，过B、C、F、G点的速度曲线切线的斜率即为该点的对应加速度。

切点速度v_B为：

切点速度v_C为：

上述S曲线控制算法在穿梭车中的实现

本发明涉及到穿梭车行走部件采用直流伺服电机，控制方案为上位机采用PLC脉冲+方向的控制方式控制直流伺服电机，在行走轴上外加一个编码器用于反馈穿梭车的具体位置给PLC，穿梭车通过无线通信模块获取目标位置S₀，编码器反馈的当前位置为S，当前位置与目标位置存在差值为ΔS，加速区位置范围为ΔU，减速区位置范围为ΔD，通过差值ΔS及当前位置S预判断穿梭车处于S曲线控制算法中的那一阶段，穿梭车具体进行精确定位的流程图如图3所示。

在穿梭车开始执行任务是计算加速区长度及减速区长度，并预判断是否能达到最大速度运行及在什么位置进入减速区，通过编码器反馈的具体位置进行实时的速度控制，具体控制如图4所示。

以加加速度段AB、匀加速度段BC、加减速段CD组成的加速段为例：

AB段速度及位移方程：

a_AB＝J₁t，a_max＝J₁t₁，

BC段速度及位移方程：

V_BC＝a_max(t-t₁)+V_B，VC＝a_max(t₂-t₁)+V_B，a_BC＝a_max＝J₁t₁，

CD段速度及位移方程：

a_CD＝a_max-J₂(t-t₂)，

匀速段DE

V_DE＝V_max，a_DE＝0，S_DE＝V_max(t-t₃)

为了便于处理，由加减速段EF、匀减速段FG和减减速段GH组成的减速段设置为与加速段对称曲线，即：

J_l＝-J₄，J₂＝-J₃

对应时间t₇-t₆＝t₁，t₆-t₅＝t₂-t₁，t₅-t₄＝t₃-t₂。

同时可以得出加减区长度相等，以下为加速区长度S_AD：

S_AD＝S_AB+S_BC+S_CD

最大速度计算公式：

在实际的加减速算法控制中，可以通过给定的最大速度V_max、给定加减速区间长度来进行实际位置的控制。为了避免PLC进行加减速速度计算占用太长的扫描时间，可以将相关速度数据计算出来，放置于PLC的存储区，穿梭车处于何种情况调用何种速度。以加速区为例进行推导公式计算，为了简化计算步骤，可设J₁＝-J₂，即加速区加速度上升时间和加速度下降时间相等，速度改变主要集中在匀加速区间，令J₁＝J，J为给定值，匀加速区间加速时间为T_加。

a_max＝Jt₁，加速度上升区间和加速度下降区间速度变化量相等，均为即在匀加速区间速度变化量为V_max-Jt₁²，综上有等式成立：

为了简化计算，令t₁＝1s，T_加＝2s

a_AB＝Jt，a_BC＝J，a_CD＝J-J(t-3)

V_D＝V_max＝3J

即S_加速＝S_减速＝6J＝2V_max

t取0～1s区间内：

t取1～3s区间内：

t取3～4s区间内：

当穿梭车距离目标位置S在区间内，速度在区间波动，给定速度函数为

当穿梭车距离目标位置S在区间内，对应速度区间为波动，给定速度函数为

当穿梭车距离目标位置S在区间内，对应速度区间为波动，由于相关函数比较复杂，可以对其进行线性拟合，等效为匀加速线性函数，即加速度调整为给定速度函数为

通过以上推导出速度公式可以在PLC编写相关程序，根据穿梭车实时回馈的位置值及设定的目标位置可以实时的进行控制。

另外，本发明是基于工程中实际解决方案的设计，发明了一种对于穿梭车高速精确定位的实现方法，实现形式可以有多种，对于本技术领域的工程设计人员，在不脱离本发明原理的情况下可以有多种实现形式，这些改进均应属于本发明的保护范围内。