差速驱动式AGV控制系统及自动循迹方法与流程

本发明属于移动机器人领域，具体涉及一种差速驱动式AGV控制系统及自动循迹方法。

背景技术：

自动导航车(Automatic Guided Vehicle，AGV)是一种无人驾驶的智能化搬运设备，属于移动机器人范畴，是自动化物流系统的关键设备之一。

差速驱动式AGV具有体积小、自重轻、成本低廉、结构相对简单等优点，目前在AGV行业得到广泛应用。基于该结构形式的AGV能按照预先铺设好的路径准确无误的行驶是AGV的核心技术。

目前已公开的差速驱动式AGV技术都没有对系统建立完整的控制模型，多采用模糊控制、鲁棒控制等方法，将AGV系统看做一个“黑盒子”进行控制。然而这些方法对控制器计算能力和实时性的要求都很高，在实际应用中实现的难度大、成本高。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是对差速驱动式AGV建立一个完整的控制系统及自动循迹方法，以实现AGV对路径的可靠跟踪。

本发明的基本原理是：以轨迹检测模块反馈的地面路径信息和导引基准之间的差作为控制器的输入量，以AGV驱动部件的左右轮差速比为依据，得到AGV驱动部件的左右两轮的控制速度，从而使AGV按照预先铺设的路径准确行驶。

本发明的技术方案是：

差速驱动式AGV控制系统，其特殊之处在于：

包括轨迹检测装置和控制器；所述控制器包括数据处理模块、数据收发模块和控制模块；所述数据处理模块包括左右轮差速比获取模块和左右轮速度获取模块；

所述轨迹检测装置的输入端与AGV的驱动部件相连，输出端与所述左右轮差速比获取模块的输入端相连；所述左右轮差速比获取模块的输出端和数据收发模块的输出端均与所述左右轮速度获取模块的输入端相连；所述左右轮速度获取模块的输出端与所述控制模块的输入端相连；所述控制模块的输出端与AGV的电机驱动器相连；

所述轨迹检测装置用于对预先设定好的路径进行识别，获取地面路径数据；所述左右轮差速比获取模块将所述地面路径数据和导引基准进行比较，得到AGV驱动部件的左右轮差速比；所述数据收发模块用于接收和发送AGV的车速基准值；所述左右轮速度获取模块根据所述车速基准值和所述左右轮车速比得到AGV驱动部件的左右轮控制速度；所述控制模块根据所述左右轮控制速度对AGV进行控制。

上述轨迹检测装置采用光电检测模块。

上述轨迹检测装置采用磁检测模块。

上述轨迹检测装置采用CCD探测器模块。

上述轨迹检测装置包括安装在AGV驱动部件前端的前置轨迹检测模块和安装在AGV驱动部件中部的后置轨迹检测装置；前置轨迹检测装置和后置轨迹检测装置的输入端均与AGV驱动部件相连，输出端均与所述左右轮差速比获取模块的输入端相连。

上述AGV控制系统还包括与所述数据收发模块的输入端相连的操作面板、手控器或上位机。

基于上述差速驱动式AGV控制系统的自动循迹方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

步骤一：铺设AGV运行轨迹

在预先设定好的路径上铺设与地面有明显色差的色带，或者铺设磁条；

步骤二：对步骤一所铺设的轨迹进行识别，获取铺设轨迹的路径数据；

步骤三：根据导引基准线和所述路径数据得到AGV驱动部件的左右轮差速比；

步骤四：根据左右轮基准速度和所述左右轮差速比得到AGV驱动部件的左右轮控制速度；

步骤五：控制模块根据所述左右轮控制速度对AGV进行控制。

上述步骤二中的轨迹检测装置包括安装在AGV驱动部件前端的前置轨迹检测装置和安装在AGV驱动部件中部的后置轨迹检测装置。

上述步骤三中获取AGV驱动部件的左右轮差速比的具体方法为：

1)将轨迹检测装置获取的路径数据与导引基准线进行比较，得到前置轨迹检测装置获取的铺设轨迹与导引基准线的横向偏移距离和后置轨迹检测装置得到的铺设轨迹与导引基准线的横向偏移距离；

2)将AGV驱动部件中心点轨迹与铺设的AGV运行轨迹的切点记为F，过F点作驱动部件轮轴的垂线，垂足为H；计算点A和点H之间的距离AH：

式中AD是前、后轨迹检测装置中心点之间的距离，GA是后置轨迹检测装置获取的铺设轨迹与导引基准线之间的横向偏移距离，GQ是前置轨迹检测装置获取的铺设轨迹与后置轨迹检测装置获取的铺设轨迹之间的横向偏移距离；

3)计算点F和点H之间的距离FH:

4)计算左右轮差速比

式中v₁是左轮速度，v₂是右轮速度，BC是AGV驱动部件左右轮中心点之间的距离。

上述步骤四中获取AGV驱动部件的左右轮控制速度的方法为：用数据收发模块接收到的左右轮的基准速度分别乘以所述左右轮差速比即得到左右轮的控制速度。

本发明的有益效果：

本发明开创性地对差速驱动式AGV建立了完整的控制系统并提供了基于该控制系统的自动循迹方法，能够兼容现有差速驱动式AGV的多种导引方式，实现AGV对路径的可靠跟踪。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2是AGV的驱动部件的俯视图；

图3是AGV瞬时运行轨迹图。

具体实施方式

以下参见图1～图3，对本发明作详细说明。

一、轨迹检测装置

轨迹检测装置包括安装在AGV驱动部件前端的前置轨迹检测装置和安装在AGV驱动部件中间的后置轨迹检测装置；前置、后置轨迹检测装置同时对预先设定好的路径进行识别。

轨迹检测主要有三种方式：

1：在预先设定好的路径上铺设与地面有明显色差的色带，轨迹检测装置采用光电检测模块，得到路径数据；

2：在预先设定好的路径上铺设磁条，轨迹检测装置采用磁检测模块，得到路径数据；

3：在预先设定好的路径上铺设与地面有明显色差的色带，检测装置采用CCD相机，得到路径数据。

本发明的轨迹检测装置输出的路径数据为一个16位的二进制码，代表了轨迹检测装置内部16个采样通道检测出的下方色带或磁条，根据该路径数据可以判断色带或磁条相对于轨迹检测装置的偏离位置。

二、控制器

本发明的控制器可以采用单片机、DSP、FPGA等嵌入式芯片或PLC、工控机等集成控制器。本实施例中采用DSP核心控制器。

DSP核心控制器由数据处理模块、数据收发模块和控制模块三部分组成，其中数据处理模块由左右轮差速比获取模块和左右轮速度获取模块组成。

1、各模块的功能如下：

左右轮差速比获取模块根据导引基准线和轨迹检测装置所获得的路径数据得到AGV驱动部件的左右轮差速比；导引基准线是前置轨迹检测装置和后置轨迹检测装置采样点的中线的连线，即驱动部件的纵向中线，如图3所示。

数据收发模块用于接收和发送来自操作面板、手控器或上位机发来的AGV驱动部件的左右轮基准速度，即用户或工业现场当前时刻希望AGV行驶的速度，也即车速基准速度；

左右轮速度获取模块根据左右轮基准速度和左右轮差速比得到左右轮控制速度；

控制模块根据左右轮控制速度分别产生左轮PWM波和右轮PWM波，左轮PWM波和右轮PWM波分别对AGV驱动部件的左轮和右轮进行控制，从而实现对AGV的控制。这里PWM波为脉冲宽度调制，即占空比可变的脉冲波形。

2、左右轮差速比的具体计算方法

(1)将轨迹检测装置获取的路径数据与导引基准线进行比较，通过计算处理得出前置轨迹检测装置获取的铺设轨迹与导引基准线的横向偏移距离和后置轨迹检测装置得到的铺设轨迹与导引基准线的横向偏移距离。

(2)利用下述公式(1)～(3)计算得到AGV驱动部件的左右轮差速比：

上式中AD是前后检测装置的距离，GA是后置轨迹检测装置得到的铺设轨迹与导引基准线之间的横向偏移距离；GQ是前置轨迹检测装置得到的铺设轨迹与后置轨迹检测装置得到的铺设轨迹之间的横向偏移距离；v₁是左轮速度；v₂是右轮速度；BC是驱动装置左右轮中心点之间的距离。

(3)用AGV驱动部件的左右轮基准速度分别乘以左右轮差速比，得到左右轮的控制速度。