[发明专利]一种基于差速轮组AGV的导航系统及控制方法

权利要求书

1.一种基于差速轮组AGV的导航系统，包括导航路径和AGV，其特征在于，所述导航路径为设置在地面的导航磁条，所述AGV设有四个呈中心对称分布的差速轮组和四个呈中心对称分布的磁导航传感器，所述差速轮组设有两个对称分布的驱动轮，所述磁导航传感器用于采集导航路径信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于差速轮组AGV的导航系统，其特征在于，所述导航路径的一侧设有用于定位AGV的定位磁地标，导航路径的另一侧设有RFID位置码；所述AGV上设有对应识别定位磁地标和RFID位置码的磁地标传感器和RFID传感器。

3.根据权利要求2所述的一种基于差速轮组AGV的导航系统，其特征在于，所述AGV的前后侧中部和左右侧中部分别设有激光扫描仪，激光扫描仪用于识别导航路径上的障碍物并触发保护指令。

4.根据权利要求3所述的一种基于差速轮组AGV的导航系统，其特征在于，所述差速轮组安装有绝对值编码器，绝对值编码器用于检测差速轮组的航向角。

5.根据权利要求4所述的一种基于差速轮组AGV的导航系统，其特征在于，所述RFID位置码设置在导航路径的节点位置，节点位置为启动点位置、停止点位置、加速点位置、减速点位置或变向点位置。

6.根据权利要求5所述的一种基于差速轮组AGV的导航系统，其特征在于，所述AGV以自身坐标系为车身坐标系，车中心为原点，正前方为Y方向，正右方为X方向；所述四个差速轮组对应设置在AGV的四个角处，右前方的差速轮组为一号轮组，其余的差速轮组按逆时针依次为二号轮组、三号轮组和四号轮组。

7.根据权利要求6所述的一种基于差速轮组AGV的导航系统，其特征在于，所述四个磁导航传感器分别为前磁导航传感器、后磁导航传感器、左磁导航传感器和右磁导航传感器；前磁导航传感器和后磁导航传感器用于AGV在Y方向行进时采集导航路径信息，左磁导航传感器和右磁导航传感器用于AGV在X方向行进时采集导航路径信息。

8.一种权利要求7所述导航系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在Y方向的启动点位置，给定AGV的Y方向速度Vy，并通过导航纠偏方法使AGV沿导航路径行进；

S2、当RFID传感器检测到表示加速的RFID位置码时，使Vy的值以线性方式增大至预设的第一目标值；

S3、当RFID传感器检测到表示减速的RFID位置码时，使Vy的值以线性方式减小至预设的第二目标值；

S4、当RFID传感器检测到表示停止的RFID位置码时，使Vy的值以线性方式减小至零；并通过磁地标传感器检测定位磁地标对AGV进行定位；

S5、当RFID传感器检测到表示变向的RFID位置码时，使Vy的值以线性方式减小至零；并使各差速轮组旋转90°后，给定AGV的X方向速度Vx。

9.根据权利要求8所述的导航系统的控制方法，其特征在于，所述导航纠偏方法包括以下步骤：

S101、通过前磁导航传感器和后磁导航传感器实时采集导航路径信息，通过绝对值编码器实时检测各差速轮组的当前航向角；

S102、根据前磁导航传感器和后磁导航传感器的位置，计算AGV中心相对导航路径的偏移量DP和航向偏角AP，航向偏角AP是指Vy方向与导航路径之间形成的夹角；

S103、根据偏移量DP和航向偏角AP计算纠偏速度Vx_j和纠偏转速w，w是指AGV绕中心的旋转速度；

S104、采用速度分解法将Vy、Vx_j和w分解到各差速轮组，以得到各差速轮组的目标速度和目标航向角；

S105、根据各自的目标速度、目标航向角计算各差速轮组驱动轮的目标角速度；

S106、根据各差速轮组驱动轮的目标角速度控制对应驱动电机的转速。

10.根据权利要求9所述的导航系统的控制方法，其特征在于，

在上述步骤S102中，所述偏移量DP和航向偏角AP按以下公式计算获得，

DP＝FCV-BCV (1)

AP＝FCV+BCV-n (2)

公式(1)、(2)中，FCV为前磁导航传感器相对导航路径的位置，BCV为后磁导航传感器相对导航路径的位置，n等于磁导航传感器的探测点位数加1；

在上述步骤S103中，所述纠偏速度Vx_j和纠偏转速w按以下公式计算获得，

Vx_j＝DP/DP_MAX×Max_Vx (3)

w＝AP/AP_MAX×Max_w (4)

Max_Vx＝tan(AP_MAX/180×π)×Vy (5)

Max_w＝tan(AP_MAX/180×π)×Vy/(y-x×(AP_MAX/180×π)) (6)

公式(3)、(4)、(5)、(6)中，DP_MAX为最大偏移量，取值L/2，L为磁导航传感器的长度；AP_MAX为最大航向偏角，取值3～5°；Max_Vx和Max_w为随Vy变化的可变比例因子；x和y为各差速轮组中心坐标的绝对值；

在上述步骤S104中，所述各差速轮组的目标速度和目标航向角按以下公式计算获得，

Vx_m＝Vx_j+y_m×w (7)

Vy_m＝Vy+x_m×w (8)

α_m＝atan(Vx_m/Vy_m) (9)

公式(7)、(8)、(9)中，Vx_m和Vy_m为各差速轮组的目标速度，α_m为各差速轮组的目标航向角，x_m和y_m为各差速轮组中心的坐标；

在上述步骤S105中，所述各差速轮组驱动轮的目标角速度按以下公式计算获得，

Speed_m＝Vy_m/r (10)

dspeed_m＝Speed_m×Scale_m (11)

Speed_m_1＝Speed_m+dspeed_m (12)

Speed_m_2＝Speed_m-dspeed_m (13)

当Δα_m＝0时，Scale_m＝0 (14)

当0|Δα_m|≤K1时，Scale_m＝0.15～0.2 (15)

当K1|Δα_m|K2时，Scale_m＝0.2～0.25 (16)

公式(10)、(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)中，Speed_m为基准角速度，dspeed_m为差速值，Scale_m为差速比例因子，Speed_m_1和Speed_m_2为两驱动轮的目标角速度，车头偏左时，左驱动轮的目标角速度的Speed_m_1，右驱动轮的目标角速度的Speed_m_2，车头偏右时，左驱动轮的目标角速度的Speed_m_2，右驱动轮的目标角速度的Speed_m_1，Δα_m为目标航向角与当前航向角的差值，K1取值3.6～4.5，K2取值9.6～10.5。