基于激光传感器定位的非完整AGV导引控制

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所属分类:AGV设计资料
摘要

针对非完整AGV(automatic guided vehicle)复杂非线性系统的高精度自由路径导引控制问题,提出一种基于激光传感器定位的路径跟随控制方法。首先在Serret Frenet 框架下建立AGV路径跟随运动学误差模型;然后基于Lyapunov直接法设计渐进稳定路径跟随控制器,解决AGV非完整约束控制的困难。最后采用多点激光反馈三角测量方法,实现AGV的精确实时定位。仿真结果表明,该控制器能够快速消除路径跟随误差,AGV系统运行平稳,能够精确跟随规定路径。

0 引言

自动导向车 ( automatic guided vehicle,AGV) 是现代化物流的重要设备,主要用于各种环境下的物料储运,因其具有安全、灵活、高效等优点,日益得到广泛应用。AGV 是移动机器人的一个重要应用分支,导引控制 AGV 以一定的精度沿着特定轨迹运行是 AGV 进行预规划路径导航的基础。为了实现有效的导引控制,首先得解决 AGV 的定位方法和控制方法的问题。激光传感器定位[1]是利用 3个及以上激光反射板的位置信息,实现 AGV 的自定位。与磁点定位[2]、RFID 定位[3]、视觉定位[4]等方法相比,激光传感器定位更为灵活,抗干扰能力强,且定位精度高,方便进行路径规划和自由路径导引,成为目前 AGV 系统较为普遍应用的定位方法之一。导引控制方法可采用轨迹跟踪[5]和路径跟随[6],相比之下,路径跟随不要求参考轨迹随时间变化,其前进速度可自由设定,从而方便行程统计,更适用于 AGV 系统的集中调度规划。非完整 AGV 是一个复杂的多输入多输出非线性系统,由于受到非完整约束,运动空间受限,其路径跟随控制器设计难度较大。本文将对非完整 AGV 的数学模型、激光定位方法、路径跟随控制器算法进行研究,并给出仿真实验情况。

1 AGV 运动学模型分析

研究对象 ( 2,0) 型[7]非完整 AGV 的结构如图 1 所示,它由车体、两个独立驱动轮和万向轮组成,其中:xoy 为全局惯性坐标系 { U} ; xcocyc 为局部坐标系 { F} ; θ为 AGV 的导向角度; Oc 为 AGV 的质心; de 为 Oc 与 Op 之间的距离; θr 为路径曲线 Op 点的切线与 x 轴的夹角; v 和 w分别为 AGV 的线速度和角速度; 两驱动轮间的距离为2b ; 轮子半径为 r 。

万向轮用来提高 AGV 的载质量能力,通过控制两驱动轮的不同转速可实现 AGV 各种运动形式。

基于激光传感器定位的非完整AGV导引控制

图 1 AGV 路径跟随原理图

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