[发明专利]一种叉车式AGV磁导轨跟踪控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种叉车式AGV磁导轨跟踪控制系统及方法。控制系统包含磁导轨感知子系统、速度和角度检测子系统、舵轮控制子系统和跟踪控制子系统。控制方法的基本步骤是跟踪控制子系统从磁导轨感知子系统获取传感器信息，确定车身姿态与相对位置，并结合从速度和角度检测子系统中获取的舵轮旋转角速度和方向角度，确定叉车式AGV当前运行状态，根据运行状态使用不同模式跟踪磁导轨。该系统及方法能够在只依赖单一磁导轨传感器检测的情况下，进行车身定位与运行状态识别，并自动调整叉车式AGV舵轮旋转角速度和舵轮方向角度，一体化实现对叉车式AGV车速的平滑控制以及对直线、曲线磁导轨的稳定跟踪。

技术领域

本发明涉及智能物流和AGV(Automated Guided Vehicle，自动导引运输车)运动控制领域，具体涉及一种叉车式AGV磁导轨跟踪控制系统及方法。

背景技术

在现代大型工业生产及物流仓储中，物流叉车式AGV是必不可少的运载工具，它承担着仓库与仓库间或仓库内部物料运输与搬运任务。叉车式AGV在无人操作的状态下运行，通常需要具备一定程度的路径跟踪与导引功能。这其中最为安全可靠的方案是使用磁导轨进行引导。由于现场的具体场景各异，叉车式AGV运动规划需求各不相同，这会导致磁导轨敷设路径通常较为复杂，有的路段甚至会出现转弯与直线相交叠、连续转弯的复杂路径，这些情况为AGV在保持较快运行速度情况下平稳安全通过转弯点提出了更高要求。

应用于物流场合的叉车式AGV因为要叉取托盘，在车前或车后安装有插齿、支架等结构(参考附图1)，增加了转弯半径，也有别于传统AGV的乘载结构。物流叉车式AGV出于节省空间和便于转向的考虑，相较于AGV的差速轮系结构，基于三轮行走机构的叉车式AGV的设计更具优势，即在底盘上，叉车式AGV三个车轮(一个舵轮，两个辅助轮，参考附图2)分别布置在等腰三角形的三个顶点上。舵轮既能旋转提供前进动力，又能绕车轮垂直地面中线转动，提供左右转向动力。其他两个辅助轮无动力，起支撑作用(参考附图3)。基于三轮行走机构的叉车式AGV在运动控制策略上与基于差速轮设计的AGV有着本质不同，差速轮机构依靠左右两侧轮的线速度之差实现AGV的左右转向，而叉车式AGV的运动转向需要融合两个维度的车轮状态信息：舵轮旋转角速度、舵轮方向角度，进而协同设计磁导轨跟踪控制策略。三轮行走机构的叉车式AGV在转弯半径方面具有明显优势，更适用于仓储物流空间稀缺的应用场合。

中国专利CN103935935A，“万向型驱动叉车AGV”，其AGV为万向轮结构且并未讨论自动跟踪控制的策略与方式。中国专利CN104597905A，“磁导航AGV的路径跟踪方法”，通过综合横向、纵向两个传感器的数据判断AGV的姿态，产业化成本较高，另外跟踪时并未考虑到弯道的情况且跟踪状态区分复杂，不实用。中国专利CN106671906B，“AGV叉车的控制方法、控制装置及AGV叉车”，采用激光雷达的定位导航方式，其计算生成的运动轨迹具有一定的不确定性，即叉车直线或曲线运动形式不能确定，由于仓储货物摆放环境的非结构化，该方式实用性差且成本较高。中国专利CN104317289B，“一种新型叉车型AGV小车”，融合使用了激光、惯性、磁导轨等多种导航方式。这类融合方法通常存在算法实时性较差、制造成本高、稳定性不足、安装调试复杂等问题。

需要指出的是，现有AGV磁导航跟踪方法大都基于差速轮系机构、多传感器融合、磁导轨直线跟踪与曲线跟踪分开处理，因此需要一种针对三轮行走机构的磁导轨跟踪控制系统和方法，能够在只依赖单一磁导轨传感器的情况下，一体化实现叉车式AGV对直线、曲线磁导轨的稳定跟踪。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种叉车式AGV磁导轨跟踪控制系统及方法。针对物流领域三轮行走机构叉车式AGV，能够实时跟踪直线与弯曲磁导轨，自动调整叉车式AGV舵轮旋转角速度和舵轮方向角度，实现AGV车速控制与稳定的磁导轨跟踪，提高AGV的工作效率，降低运营成本。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：