[发明专利]基于全向车与装配工位自动对接系统及方法

权利要求书

1.一种利用基于全向车与装配工位自动对接系统进行基于全向车与装配工位自动对接的方法，其特征在于，该基于全向车与装配工位自动对接系统包括第一激光位移传感器、第二激光位移传感器、第三激光位移传感器，车体运动控制系统、上位机中控系统和车体驱动系统，其中第一、第二激光位移传感器分别安装在全向车前端两侧，一侧一个，检测方向为车体前进方向，第三激光位移传感器安装在车体前端中心位置，检测方向为车体横向方向，装配工位下方安装三个挡板，第一、第二、第三激光位移传感器检测到自身到对应挡板的距离分别为d₁、d₂和d₃，其中车体运动控制系统用于接收第一、第二、第三激光位移传感器检测到的距离信息并实时控制四个车轮电机的动作，其中上位机中控系统用于调度全向车自主转运及自动对接，其中车体驱动系统包括四个伺服驱动器和四个伺服电机，车体运动控制系统与四个伺服驱动器连接，伺服驱动器各自与一伺服电机一对一地连接，车体运动控制系统发送运动指令给伺服驱动器，伺服驱动器根据指令按照给定速度和方向驱动伺服电机转动；

基于全向车与装配工位自动对接的方法包括以下步骤：

通过上位机中控系统设定全向车起点和终点，全向车携带车架进行自主导航转运，当到达装配工位区域时，全向车开始减速，同时自动对接系统实时监测前方和横向距离，当第一、第二激光位移传感器检测前方距离d₁和d₂分别为100mm时，车体停止运动，开始与装配工位自动对接，车体运动控制系统通过三个激光位移传感器的测量值计算得到Δd＝d₁-d₂，为车体前端左右偏转误差，计算得到Δd₁＝d₃-d₄，为车体前端左右横向偏移误差，其中d₄＝100mm为横向设定值，把Δd和Δd₁作为测量偏差值分别进行PID控制，原理是：首先，车体进行原地调节姿态，以把Δd和Δd₁值同时控制在±2mm内，原地调节分为以前端为中心旋转调节和横向移动调节，二者调节顺序可以互换，所述以前端为中心旋转调节为：当Δd2mm或Δd-2mm时，设定以车架前端中心点为转弯原点进行旋转，预设车体绕转弯原点旋转时的车体后端车轮角速度的值，并根据公式(1)计算车体绕转弯原点旋转时的车体前端车轮角速度：

ω_i/ω_k＝(H-W-L)/(-(H+W+L)) (1)

其中ω_i为前端两个车轮角速度，ω_k为后端两个车轮角速度，H为车体中心到旋转点的距离，W为车体中心到车轮中心横向距离，L为车体中心到车轮中心纵向距离；所述横向移动调节为：当Δd₁2mm或Δd₁-2mm时，令车体前进速度v_y＝0，车体自转角速度ω＝0，根据左右横向 偏移误差Δd₁进行车体横向速度v_x的调节，调节车体横向位移；以上原地调节保证了左右横向偏移误差和左右偏转误差小于2mm；然后，在车体进行向前移动时进行实时姿态的模糊PID调节，以保证Δd和Δd₁的误差在±0.5mm内，此过程中令车体前进速度v_y＝0.05m/s，根据Δd的值对车体自转角速度ω进行调节，根据Δd₁的值对车体横向速度v_x进行调节，调节过程中实时计算车轮角速度如公式(2)所示：

其中ω₁、ω₂、ω₃、ω₄分别为前左、前右、后左、后右车轮的角速度，车轮半径为r，车体中心到车轮中心的前后距离为l_y，车体中心到车轮中心横向距离为l_x，通过实时计算得到的不同的车轮的角速度值来实时调节车体姿态，当调节到Δd和Δd₁的误差在±0.5mm内时把当前的四个车轮的角速度值发送到车轮驱动系统中，进而控制车体运动；当第一、第二激光位移传感器测量到前方距离变为70mm时，车体减速停止，车架与装配工位接触，完成自动对接任务。