CN102145808B工业型激光导引agv的双闭环控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于机器人技术和自动化领域，特别涉及一种作业于自动化车间的自动导航运输车的工业型激光导引AGV的控制系统及其路径跟踪控制方法。

背景技术

激光导引AGV(AGV,Automatic Guided Veh icle)是一种以激光作为导引方式的自动导航运输车，由于定位精度高，能适合多种环境的复杂路径，可快速变更行驶路径，目前得到广泛应用。控制系统是AGV的核心内容，而路径跟踪控制方法是保证AGV控制精度的关键所在。

目前大部分激光导引AGV生产厂家的控制系统都是从瑞典的NDC公司引进的，其成套控制系统价格昂贵。

已有公开的实验型AGV系统为单闭环控制系统，由于工业型AGV驱动装置中使用了减速器等传动系统，这些传动系统都存在由间隙引起的误差问题，又加上AGV是轮式移动机器人，车轮以及地面之间存在着非完整约束，故实验型AGV系统的单位直闭环控制系统在用于工业型激光导引AGV时势必存在有动态响应差等问题，产生很大的路径跟随误差。

在路径跟踪控制方法方面，目前最常用的是模糊控制方法。模糊控制具有鲁棒性和稳定性好的特点，适用于复杂的非线性系统的控制，很多学者通过对AGV进行建模仿真或通过实验型AGV对算法进行验证，结果表明该方法是路径跟踪控制方法中控制效果最好的方法之一。但是在将常规模糊控制算法应用于工业型激光导引AGV路径跟踪控制时出现了路径跟踪速度慢的现象，尤其是当AGV在高速状态下行走时，延时效应和系统响应慢表现的更为明显。这是由于工业实用型AGV系统复杂、重量大、惯性大，故与一般的实验型AGV相比，控制难度要大很多，且很难达到应有的精度。另外由于伺服电机驱动系统响应的时滞性影响了系统调节速度，使之未能快速调节到稳定状态。在速度较高时，由于AGV行走较快，延时效应会使精确跟踪预定路径变的更难。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种工业型激光导引AGV的双闭环控制系统及其路径跟踪控制方法，以期更好地实现工业型激光导引AGV的自主行走功能并提闻AGV路径跟踪的快速性和稳定性。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明工业型激光导引AGV的双位置闭环控制系统是由检测模块和控制模块组成，其结构特点是：

所述检测模块是由作为电机位置传感器的编码器和作为AGV位姿传感器的激光扫描仪构成；

所述控制模块由伺服驱动器和工控机构成，设置所述控制模块是由内位置环和外位置环构成的双位置闭环控制模块；

所述内位置环为电机转角位置环，由编码器检测电机转角位置信号，将所述电机转角位置信号反馈到伺服驱动器，以伺服驱动器为电机驱动单元；

所述外位置环是以激光扫描仪读取AGV位姿信号，所述AGV位姿信号反馈到工控机，工控机输出信号至伺服驱动器信号输入端，电机转动输出通过减速器驱动AGV行走转向机构；以外位置环中反馈的AGV位姿信号计算AGV当前位置的路径跟踪误差，将所述路径跟踪误差作为控制系统的输入量。

本发明工业型激光导引AGV控制系统的路径跟踪控制方法的特点是采用模糊预测控制算法，在AGV运动所在平面的直角坐标系中，将AGV的位姿表示为（x，y，a)，其中(x, y)为AGV在所述直角坐标系中的位置坐标，a为所述AGV的方位角,所述方位角为AGV的中心轴线与X轴正向的夹角； [0014] 设置所述AGV的目标位姿为U丨，y’，a ,)，由激光扫描仪检测得到AGV的起点位姿为Uci，〜a0);根据相关路径规划算法规划出从所述起点位姿（X(l，yci，a0)到目标位姿（X’ ,1’，a ,)的理论路径L ;

定义实际位姿和目标位姿之间的误差为位姿误差，所述位姿误差包括法向位置误差epn和方位角误差ea ；

所述路径跟踪控制方法通过以下步骤完成：

a、由激光扫描仪检测到AGV的实际位姿为（xA，yA，a A)，则AGV的方位角误差ea和法向位置误差epn分别为：

ea = aA-a ‘ (I)