[发明专利]双舵轮自动导引车轨迹追踪控制方法及系统

说明书

本发明公开了双舵轮自动导引车轨迹追踪控制方法及系统，包括：建立双舵轮自动导引车AGV运动学模型：基于上述模型，计算双舵轮自动导引车转弯半径；建立双舵轮前后舵轮的位置坐标即AGV车体位置坐标；通过计算得到控制量作用于双舵轮自动导引车，实现双舵轮AGV轨迹跟踪控制。

技术领域

本发明属于控制技术领域，尤其涉及双舵轮自动导引车轨迹追踪控制方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

自动导引车是集成传感器技术、运动控制等技术于一体的综合控制系统，已广泛应用于物资运输、工业生产等诸多领域，已成为智慧物流、智能制造和柔性生产中的重要设备。

自动导引车按照驱动方式分类，可以分为差速驱动导引车和舵轮驱动导引车。而舵轮式自动导引车由于驱动轮数量不同，常分为单舵轮自动导引车、双舵轮自动导引车与多舵轮自动导引车。其中双舵轮AGV由于车体运动灵活且应用场景丰富，值得重点关注研究。

能够精准高效地完成轨迹跟踪任务控制是AGV系统的关键性能指标，也是AGV系统的研究热点之一。国内外对AGV轨迹跟踪问题的研究较多，且多采用横向或纵向纠偏控制实现AGV轨迹跟踪。

发明人在研究中发现，针对差速自动导引车，现有文献提出了一种基于最优偏差路径的模糊PID(proportional–integral–derivative)纠偏算法，可以实现跟踪精度为3.2mm，横向偏差在5mm范围内的纠正，但位姿偏差的获取方式影响了系统鲁棒性。现有文献提出了一种基于模糊自整定PD(proportional–derivative)调节器来动态跟踪AGV轨迹，可实时监控车载的运行状态、跟踪控制信息，但在转弯时需要较大幅度降低速度；现有文献提出一种基于遗传算法的无人车横向模糊控制策略，但是实时性不高，且需要经过大量训练。针对单舵轮自动导引车，现有文献提出基于李雅普诺夫稳定性理论，设计了实现单舵轮AGV轨迹追踪的反演控制器，保证了跟踪误差稳定性；现有文献提出基于免疫模糊PID的智能路径控制方法，实现了小型农机在复杂环境下，直线与曲线的轨迹跟踪。针对双舵轮自动导引车，现有文献分析前后舵轮转角间关系，提出了低速行驶下车辆轨迹追踪方案；现有文献提出基于反演法设计了一种针对双舵轮半挂牵引车的轨迹追踪控制器，控制前后舵轮沿着统一轨迹行驶，提升了车辆的机动性。以上模型均包含较多参数，且参数值选取方法仅针对特定场景，难以实现推广。

在快速路径跟踪时，AGV可能出现调整不及时而大幅走偏。针对四轮全向自动导引车，现有文献提出一种结合主动悬挂的四轮转向集成控制系统，运用模型预测控制算法，以车体各项性能指标为控制目标，满足极限工况下车体四轮转向的稳定性要求。现有文献提出了一种基于反步法的轨迹跟踪控制器来跟踪给定的轨迹。现有文献设计一种滑动模式动态控制器，使自动导引车的速度收敛于速度控制输入，实现AGV匀速跟踪轨迹。

在轨迹跟踪控制方面，目前常见的控制器模型主要有PID控制器；前馈-反馈控制器；线性二次型调节器以及模型预测控制器等。其中，模型预测控制(model predictivecontrol,MPC)是通过搭建系统模型，预测系统未来状态量和输出量，对控制量进行滚动优化，选择最佳控制行为的算法，主要应用于非线性高耦合的复杂系统控制中。致力于解决更长时间跨度的轨迹跟踪问题，现有文献提出一种具有非完整约束的AGV控制方案，采用模型预测控制直接处理约束。将误差模型连续线性化后，使用二次规划求模型预测控制。现有文献对基于MPC的轨迹跟踪控制器与基于PID的轨迹跟踪控制器进行对比，结果显示在保证响应速度的基础上，MPC控制器具有更好的跟踪效果。

发明人在研究中还发现，迄今为止，对双舵轮AGV的轨迹跟踪研究还不够深入。双舵轮AGV按底盘结构分类，主要分为两种，分别为舵轮中线布置结构与舵轮对角布置结构。其中，双舵轮驱动、激光导引，底盘采用舵轮中线布置的六轮AGV，具有操控性强、性价比高的优点，但对其轨迹跟踪控制研究甚少。

发明内容