一种组合式智能移动AGV控制方法及系统与流程

本发明涉及agv控制领域，具体为一种agv控制方法及系统。

背景技术：

目前市场上存在着各种尺寸的agv(automatedguidedvehicle)，意即“自动导引运输车”，针对不同的负载，不同的任务而设计。为了能运载各种重量的物品，常需要采购多种尺寸的agv。这样容易造成某些尺寸的agv闲置率比较高，也不够灵活。

针对目前agv载重不灵活，使用不灵活的问题与不足，可以将标准尺寸的agv通过连接机构进行组合。双车、三车、四车等组合而成的结合体，其运载能力和尺寸直接成倍的增加，并且组合方式灵活，可以很好的适应不同规格的物料。但是如何精确控制组合式智能移动agv的速度，保证组合式智能移动agv正常运行，是需要解决的主要问题。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种组合式智能移动agv控制方法及系统，精确控制agv的轮子速度，通过保证每个agv正常运行，确保组合体的正常运行。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种组合式智能移动agv控制方法，包括以下步骤：

1)设定组合式智能移动agv中每一台agv的编号；

2)在运行过程中，每一台agv均对同一个速度控制指令进行解析，计算出每一台agv每个轮子的速度，判断每个轮子的速度是否都达到设定速度，若达到，则组合式智能移动agv正常运行；否则，若任意一个轮子的速度未达到设定速度，则该组合式智能移动agv出现异常，组合式智能移动agv停止运行。

组合体中的每一个个体，根据自己在组合体中的位置，对同一条速度控制指令进行不同的解析。由于采用广播的形式，因此每个个体在网络中处于同一层级，不会有明显的先后区别，增强了控制的同步性。

步骤2)中，轮子速度的计算过程包括：设组合式智能移动agv的中心点为o，从该中心点o所在的agv开始，设该中心点o最左侧最上面一台agv编号为i；设经过该中心点o且与y轴平行的直线为a，经过该中心点o且与x轴平行的直线为b；第i个agv第三个中心点、第四个轮子中心点到直线a的距离均为b1，第i个agv的第一个轮子中心点、第三个轮子中心点到直线b的距离均为a2，第i个agv的第一个轮子中心点、第二个轮子中心点到直线a的距离为b2，第i个agv的第二个轮子中心点、第四个轮子中心点到直线b的距离均为a1；则第i个agv四个轮子的速度计算公式为：

其中，v1、v2、v3、v4为agv四个轮子的速度；vx、vy分别为agv仅沿着x轴方向运动时的速度和仅沿y轴方向运动时的速度；ω表示agv沿yaw轴运动的角速度；agv的前后方向为x轴，agv的左右方向为y轴，yaw轴为自转轴，表示沿yaw轴运动的角速度，逆时针为正。

上述速度计算公式即麦克纳姆轮agv的逆运动学模型，其计算过程简单、可靠。具体地，当agv数量为一台时，该agv四个轮子的轮子速度计算公式如下：

其中，b表示agv第一个轮子中心点或者第三个轮子中心点到直线a的距离；a表示agv任意一个轮子中心点到直线b的距离。

当agv数量为两台时，该两台agv纵向设置，则第一台agv四个轮子的轮子速度计算公式如下：

第二台agv四个轮子的轮子速度计算公式如下：

其中，a表示任意一台agv的任意一个轮子中心点到直线b的距离。

当agv数量为四台时：

第一台agv四个轮子的轮子速度计算公式如下：

第二台agv四个轮子的轮子速度计算公式如下：

第三台agv四个轮子的轮子速度计算公式如下：

第四台agv四个轮子的轮子速度计算公式如下：

相应地，本发明还提供了一种组合式智能移动agv控制系统，包括：

初始化模块：用于设定组合式智能移动agv中每一台agv的编号；

处理模块：用于在运行过程中，根据agv的编号，计算出每一台agv每个轮子的速度，判断每个轮子的速度是否都达到设定速度，若达到，则组合式智能移动agv正常运行；否则，若任意一个轮子的速度未达到设定速度，则该组合式智能移动agv出现异常，组合式智能移动agv停止运行。

优选的，本发明还包括通信单元：用于通过有线或者无线方式使得通过对接机构对接的agv实现电连接，接收速度控制指令，并将所述速度控制指令传输给处理模块，该速度控制指令指的是agv组合体的总体运行速度，经过每一台agv的单独计算之后，得出其每个轮子的设定速度。采用广播的形式，因此每个个体在网络中处于同一层级，不会有明显的先后区别，增强了控制的同步性。

具体地，本发明的通信单元包括：

接收端：用于接收来自发送端传来的速度控制指令并进行解析；优选的，该接收端为agv；

发送端：用于发送速度控制指令给所述接收端；该发送端可以是遥控器、手机、电脑等控制设备。

有线方式下：组合式智能移动agv的对接机构中包含通信总线的接口，采用485、can等总线协议，通过弹性触点连接。

无线方式下：组合式智能移动agv通过自带的zigbee、wifi等无线模块实现自组网，发送端作为主机发送指令，接收端作为从机接收指令。

本发明对接机构包括：

对接子模块，其包括第一安装板，装在第一安装板上的对接子端；

对接母模块，其包括第二安装板，装在第一安装板上的对接母端；以及

设在所述第一安装板和所述第二安装板之间的对接导向装置，该对接导向装置包括校正子端和校正母端，所述校正子端和校正母端通过迫导向机构导引所述对接子模块的对接子端与所述对接母模块的对接母端对接在一起；所述对接子端端部设有锁定机构，该锁定机构在对接子模块的对接子端与所述对接母模块的对接母端对接到位时将所述对接子端与对接母端锁定在一起。

本发明的对接和导向是针对两个动态的物体，因此，本发明是实现两个动态物体在运动过程中进行准确对接，而且对接后还可以转换位置，如左右对接后，转到前后方。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明可以实现两个动态物体在运动过程中进行准确对接，且可以精确控制agv的轮子速度，保证组合体的运行正常和可靠；本发明的控制方法简单可靠，容易实现。

附图说明

图1为只有一台agv时轮子速度的计算原理；

图2为两台agv时轮子速度的计算原理；

图3为四台agv个体组合成组合式agv时轮子速度的计算原理；

图4为本发明对接机构示意图；

图5是本发明所述的对接子模块的结构示意图；

图6是本发明所述的对接母模块的结构示意图；

图7是图2的纵截面剖视图；

图8是本发明对接模块的对接状态图。

具体实施方式

为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

本发明针对的都是全向移动agv，采用麦克纳姆轮，四轮四驱。为了实现组合体的联合控制，主要要解决两个问题，一个是组合体每个个体之间的通信问题，一个是组合体中每个个体的运动解析问题。

本发明采用广播方式进行通信，可以通过有线的方式连接每一个个体，在对接机构中，加入弹性触点，对接机构连接完成的同时，弹性触点接触，完成通信线路的连接。也可以通过无线wifi模块，无线zigbee模块等无线方式进行组合体自组网。每个agv个体正常情况下仅作为广播通信的接收端，只接收来自发送端传来的运动控制指令并进行解析。只有在判断出现异常情况时，才向网络中发送异常的广播信号，从而使组合体停止运行，待排除故障后继续运行。

对于每个agv个体而言，其运动状态可以用三个独立变量来描述：x轴平动、y轴平动、yaw轴自转。定义agv的前后方向为x轴，表示沿x轴运动速度，向前为正；定义agv的左右方向为y轴，表示沿y轴运动速度，向左为正；定义yaw轴自转，表示沿yaw轴运动的角速度，逆时针为正。

当只有一台agv时，如图1所示，agv的几何运动中心位于1号与4号、2号与3号轮的对角线交界处。

当agv仅沿着x轴方向运动时，四个轮子的速度分别为：

当agv仅沿着y轴方向运动时，四个轮子的速度分别为：

当agv仅绕几何中心沿yaw轴自转时，四个轮子的速度分别为：

将以上三项相加起来，便可以通过agv运行时候x，y，yaw轴的速度解析出每一个轮子的具体速速，也就是麦克纳姆轮agv的逆运动学模型：

当两台agv个体纵向组合成组合式agv时，如图2。

组合体agv的几何运动中心位于图2中轮子对角线的交叉点。对于1号agv而言，其逆运动学模型为：

对于2号agv而言，其逆运动学模型为：

当四台agv个体组合成组合式agv时，如图3。

1号agv的逆运动学模型为：

2号agv的逆运动学模型为：

3号agv的逆运动学模型为：

4号agv的逆运动学模型为：

其他的组合形式可以由同理推导出来。当设置好组合式智能移动agv的组合形式之后，组合体中的每一辆agv便知道自己在组合体中处于几号位置，当接受到控制端发过来的带有vx，vy，ω速度的控制指令时,便能根据自己的位置，选择对应位的逆运动学方程对四个轮子轮速进行解析，求得每一轮子的正确运行速度。通过编码器监测反馈，使用pid控制使轮子达到设定速度。所有轮子以正确的速度运行，整个组合式agv便能正常运行。在运行过程中，若监测到组合体中任意一个轮子没有达到设定速度，则认为整个组合体运行出现异常，监测到异常的agv向控制端发送异常指令，使组合体停止运行，待故障排除后才能继续运行，保证组合体的安全。

如图4，在组合式智能移动agv的前后左右每个方向都安装一个对接模块，方便智能移动设备之间的自由组合和拆分。对接模块可以随时拆卸，可根据具体需要选择，也可以选择在其中某一两个需要的方向安装。每个智能移动设备模块可以根据实际应用场景和需求选择相同的功能或者不同的功能。如果其他品牌的智能移动设备容许，也可以将对接模块装在其设备上，实现不同品牌设备间的对接。对接模块有自动调整装置，可以根据设备对接时的实际位置，进行调节(20mm的调节范围)，调整设备间定位的偏差。

每个组合式智能移动agv都是由本体1和对接模块2组成，对接模块2安装于本体四周，可以从任意方位实现自由组合，也可以根据实际应用需求，有选择的安装于某一两个需要的方位。既可以是两个相同功能的本体1一起组合，也可以是几个不同功能本体1结合在一起。

如图5～图7所示，对接子模块和对接母模块分别安装于两个本体1上，整个对接的子模块和母模块都安装于直线滑轨上，在子模块和母模块安装板13下面，有一个限位块12，在限位块两边各有一个限位机构：左限位机构10和右限位机构11，子模块和母模块可沿直线滑轨9在设定的范围(范围根据实际情况和需要设定)内左右滑动。在子模块中间安装了用于校正位置偏差的校正子端4，在母模块端则是校正母端7。对接母端5和对接子端6分布于校正子端、校正母端两边。对接子端主要由旋转电机17、旋转轴承18和旋转块构成21，旋转电机17通过电机安装板16安装于对接子端的安装板13上，旋转柱20安装于旋转电机17的输出端，旋转块21安装在旋转柱20的另一端，轴承安装盖19将旋转轴承固定在旋转柱20上。如图8，当需要组合的时候，先是校正子端4和校正母端7接触，通过安装在校正块15的校正轴承14的导向，将校正子端4导入到校正母端7中，带动校正子模块和校正母模块在直线滑轨9上运动，从而校正整个对接子模块和对接母模块的相对位置。当位置校正好之后，对接子端6中的旋转块21已经进入到对接母端5的凹槽中，旋转电机17旋转带动旋转块21旋转，固定于对接母端5的凹槽中。分离时，先由旋转电机17旋转，将旋转块21与对接母端5分开，然后由本体1移动带动对接子模块和对接母模块的分离，左、右限位机构中的弹簧推动限位块12，从而使对接子模块和对接母模块回归到初始位置。