自動導(dǎo)引控制方法、控制裝置及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種自動導(dǎo)引控制方法、控制裝置及系統(tǒng)，其中方法包括：獲取AGV的角度偏差和位置偏差；根據(jù)所述角度偏差和位置偏差，判斷AGV當(dāng)前的偏差狀態(tài)是否為終端域狀態(tài)；如果不是，則采用相應(yīng)的控制策略控制AGV進入終端域狀態(tài)；在終端域狀態(tài)下控制AGV運動至平衡點以同時消除所述角度偏差和位置偏差；利用AGV的角度偏差和位置偏差通過計算規(guī)劃出AVG的未來一段時間內(nèi)的行駛軌跡以消除偏差，從全局角度把握整個控制過程。
【專利說明】自動導(dǎo)引控制方法、控制裝置及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自動控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種自動導(dǎo)引控制方法、控制裝置及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]無人搬運車(Automated Guided Vehicle, AGV)是指裝備具有自動導(dǎo)引裝置,能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護以及各種移栽功能的運輸車。
[0003]基于視覺導(dǎo)引的AGV是通過車載攝像機獲取路面的指引信息識別路徑，具有路徑設(shè)置簡單、便于維護與改線、不受電磁場干擾、可方便的識別多工位和路徑分支等諸多優(yōu)點，近年來得到很快的發(fā)展。視覺導(dǎo)引是通過車載攝像機獲取局部視野中的指引信息，即AGV與路徑標(biāo)志線的相對偏差，實現(xiàn)路徑跟蹤，目前大量的研究集中于幾種常用的控制方法，包括PID控制、最優(yōu)控制、模糊控制等，現(xiàn)有技術(shù)中有將最優(yōu)控制與模糊控制相結(jié)合、專家駕駛經(jīng)驗與PID控制相結(jié)合等控制方法。
[0004]但基于視覺導(dǎo)引的AGV系統(tǒng)是一個典型的時延、非線性不穩(wěn)定系統(tǒng)，且具有非完整性約束，上述傳統(tǒng)方法在解決AGV的路徑跟蹤問題時，局限于局部的糾偏，只能基于攝像頭視野內(nèi)的圖像進行糾偏，無法從全局角度把握整個控制過程，控制參數(shù)整定困難，且難以處理客觀存在的輸入約束和狀態(tài)約束。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在下文中給出關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。
[0006]—方面，本發(fā)明提供一種自動導(dǎo)引控制方法，包括:
[0007]獲取AGV的角度偏差和位置偏差；
[0008]根據(jù)所述角度偏差和位置偏差，判斷AGV當(dāng)前的偏差狀態(tài)是否為終端域狀態(tài)；
[0009]如果不是，則采用相應(yīng)的控制策略控制AGV進入終端域狀態(tài)；
[0010]在終端域狀態(tài)下控制控制AGV運動至平衡點以同時消除所述角度偏差和位置偏差。
[0011]另一方面，本發(fā)明提供一種自動導(dǎo)引控制裝置，包括:
[0012]偏差獲取模塊,用于獲取AGV的角度偏差和位置偏差；
[0013]狀態(tài)判斷模塊，用于根據(jù)所述角度偏差和位置偏差，判斷AGV當(dāng)前的偏差狀態(tài)是否為終端域狀態(tài)；
[0014]狀態(tài)轉(zhuǎn)換模塊，用于當(dāng)所述AGV當(dāng)前的偏差狀態(tài)不為終端域狀態(tài)時，控制采用相應(yīng)的控制策略控制AGV進入終端域狀態(tài)；
[0015]偏差消除模塊，用于在終端域狀態(tài)下控制控制AGV運動至平衡點以消除所述角度偏差和位置偏差。
[0016]另一方面，本發(fā)明提供一種自動導(dǎo)引系統(tǒng)，包括上述的自動導(dǎo)引控制裝置，還包括AGV以及路徑標(biāo)識線，所述AGV設(shè)置有攝像頭，所述攝像頭沿所述AGV參考中心線探出預(yù)設(shè)距離安裝于所述AGV前方。
[0017]本發(fā)明提供的自動導(dǎo)引控制方法、控制裝置及系統(tǒng)，利用AGV的角度偏差和位置偏差通過計算規(guī)劃出AVG的未來一段時間內(nèi)的行駛軌跡以消除偏差，從全局角度把握整個控制過程。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1為本發(fā)明提供的自動導(dǎo)引控制方法一種實施例的流程圖。
[0020]圖2為本發(fā)明提供的自動導(dǎo)引控制方法中AVG—種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3a和圖3b為本發(fā)明提供的自動導(dǎo)引控制方法中AVG直線運動模型和圓弧運動模型的示意圖。
[0022]圖4為本發(fā)明提供的自動導(dǎo)引控制方法中AVG處于終端域狀態(tài)時的運動模型示意圖。
[0023]圖5為本發(fā)明提供的自動導(dǎo)引控制方法第一類狀態(tài)的仿真圖。
[0024]圖6為本發(fā)明提供的自動導(dǎo)引控制方法第二類狀態(tài)一種情況的仿真圖。
[0025]圖7為本發(fā)明提供的自動導(dǎo)引控制方法第二類狀態(tài)又一種情況的仿真圖。
[0026]圖8為本發(fā)明提供的自動導(dǎo)引控制方法一種實施例的實驗數(shù)據(jù)圖。
[0027]圖9為本發(fā)明提供的自動導(dǎo)引控制裝置一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖10為本發(fā)明提供的自動導(dǎo)引系統(tǒng)一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0029]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。在本發(fā)明的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特征可以與一個或更多個其它附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應(yīng)當(dāng)注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發(fā)明無關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的部件和處理的表示和描述?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0030]實施例一
[0031]參考圖1，本實施例提供一種自動導(dǎo)引控制方法，包括:
[0032]步驟SlOl，獲取AGV的角度偏差和位置偏差；
[0033]步驟S102，根據(jù)所述角度偏差和位置偏差，判斷AGV當(dāng)前的偏差狀態(tài)是否為終端域狀態(tài)；[0034]步驟S103，如果當(dāng)前偏差狀態(tài)不是終端域狀態(tài)，則采用相應(yīng)的控制策略控制AGV進入終端域狀態(tài)；
[0035]步驟S104，在終端域狀態(tài)下控制AGV運動至平衡點以消除所述角度偏差和位置偏差。
[0036]執(zhí)行步驟SlOl，獲取AGV的角度偏差和位置偏差,角度偏差為AGV運動方向與路徑標(biāo)識線方向的偏差，位置偏差為AVG參考中心與路徑標(biāo)識線的垂直距離。
[0037]參考圖2，攝像頭201沿AVG車體202參考中心線安裝于車體202前方，探出預(yù)設(shè)距離，垂直照射地面，攝像頭202到AVG參考中心的距離為預(yù)瞄距離。
[0038]預(yù)瞄距離的選取極大的影響著AGV的控制精度。定義攝像頭視野邊線與參考中心的連線與車輛行駛方向的夾角為adef，定義預(yù)瞄距離為L。根據(jù)控制系統(tǒng)的需要，為了保持控制的穩(wěn)定性，即當(dāng)AGV的參考中心與路徑中心重合時，需要限制角度偏差在一定的范圍內(nèi)，可根據(jù)實際需要調(diào)整。據(jù)此，本實施例中將adrf定義為5°，攝像頭視野范圍d已知，根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系即可計算出預(yù)瞄距離L，即:
【權(quán)利要求】
1.一種自動導(dǎo)引控制方法，其特征在于，包括: 獲取AGV的角度偏差和位置偏差； 根據(jù)所述角度偏差和位置偏差，判斷AGV當(dāng)前的偏差狀態(tài)是否為終端域狀態(tài)； 如果不是，則采用相應(yīng)的控制策略控制AGV進入終端域狀態(tài)； 在終端域狀態(tài)下控制AGV運動至平衡點以同時消除所述角度偏差和位置偏差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動導(dǎo)引控制方法，其特征在于，所述角度偏差為AGV運動方向與路徑標(biāo)識線方向的偏差；所述位置偏差為AVG參考中心與路徑標(biāo)識線的垂直距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動導(dǎo)引控制方法，其特征在于，所述AGV的偏差狀態(tài)包括:第一類狀態(tài)、第二類狀態(tài)以及終端域狀態(tài)；判斷AGV當(dāng)前的偏差狀態(tài)，包括: 當(dāng)所述AGV滿足第一約束條件時，為第一類狀態(tài)； 當(dāng)所述AGV滿足第二約束條件時，為第二類狀態(tài)； 當(dāng)所述AGV滿足第三約束條件時，為終端域狀態(tài)； 其中，所述第一約束條件為:所述角度偏差與位置偏差的乘積大于O，或所述位置偏差等于O，所述角度偏差逆時針為正，順時針為負，當(dāng)AGV參考中心位于路徑標(biāo)識線左側(cè)時，位置偏差為正，位于右側(cè)時為負； 所述第二約束條件為:所述角度偏差等于O，或所述角度偏差與位置偏差的乘積小于O且轉(zhuǎn)動半徑大于第一范圍或小于第二范圍，所述轉(zhuǎn)動半徑通過以下公式計算獲得: D _ed一 Ka ~ , ^，Ra為轉(zhuǎn)動半徑，ea為角度偏差，ed為位置偏差；
1-LOS^a 所述第一范圍通過以下公式計算獲得: D -V —-,Dw為AGV兩驅(qū)動輪的間距，V。為AGV的線速度，amin為控制變量的最小改變量； 所述第二范圍通過以下公式計算獲得: D -Vc —-，Dw為AGV兩驅(qū)動輪的間距，V。為AGV的線速度，amax為控制變量的最大改
A?max變量； 所述第三約束條件為:所述角度偏差與位置偏差的乘積小于0且轉(zhuǎn)動半徑在第一范圍和第二范圍之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動導(dǎo)引控制方法，其特征在于，所述采用相應(yīng)控制策略控制AVG進入終端域狀態(tài)，包括: 當(dāng)所述AGV處于第一類狀態(tài)下時，減小角度偏差直到角度偏差與位置偏差的乘積小于0，以滿足第二約束條件使所述AGV進入第二類狀態(tài)； 當(dāng)所述AGV處于第二類狀態(tài)下時，通過減小或增大轉(zhuǎn)動半徑以滿足第三約束條件使所述AVG進入終端域狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動導(dǎo)引控制方法，其特征在于，在終端域狀態(tài)下控制控制AGV駛向平衡點以同時消除所述角度偏差和位置偏差，包括:在所述終端域狀態(tài)下計算獲得關(guān)于控制變量的控制序列，根據(jù)所述控制變量控制所述AGV沿軌跡運動至平衡點；其中， 控制變量通過以下公式計算獲得:
Dw VCl I — COS Ca I Av =——^1 Dw SAGV兩驅(qū)動輪的間距，V。為AGV的線速度，ea為角度偏差，
e<i，ed為位置偏差，A V為控制變量； 所述平衡點通過以下方法確定: 確定AGV中心線與路徑標(biāo)識線的交點，在所述路徑標(biāo)識線沿AVG運動方向上確定平衡點，所述平衡點到所述交點的距離與所述交點到AGV參考中心的距離相等； 所述軌跡為以所述平衡點和AGV參考中心為切點、交點到參考中心直線和交點到平衡點直線為切線的圓弧。
6.一種自動導(dǎo)引控制裝置，其特征在于，包括: 偏差獲取模塊，用于獲取AGV的角度偏差和位置偏差； 狀態(tài)判斷模塊，用于根據(jù)所述角度偏差和位置偏差，判斷AGV當(dāng)前的偏差狀態(tài)是否為終端域狀態(tài)； 狀態(tài)轉(zhuǎn)換模塊，用于當(dāng)所述AGV當(dāng)前的偏差狀態(tài)不為終端域狀態(tài)時，控制采用相應(yīng)的控制策略控制AGV進入終端域狀態(tài) ； 偏差消除模塊，用于在終端域狀態(tài)下控制AGV運動至平衡點以同時消除所述角度偏差和位置偏差。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自動導(dǎo)引控制裝置，其特征在于，所述偏差獲取模塊用于控制獲取AGV運動方向與路徑標(biāo)識線方向的偏差以確定所述角度偏差；以及，控制獲取AVG參考中心與路徑標(biāo)識線的垂直距離以確定所述位置偏差。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自動導(dǎo)引控制裝置，其特征在于，所述AGV的偏差狀態(tài)包括:第一類狀態(tài)、第二類狀態(tài)以及終端域狀態(tài)；所述狀態(tài)判斷模塊用于根據(jù)以下規(guī)則判斷AGV當(dāng)前的偏差狀態(tài): 當(dāng)所述AGV滿足第一約束條件時，為第一類狀態(tài)； 當(dāng)所述AGV滿足第二約束條件時，為第二類狀態(tài)； 當(dāng)所述AGV滿足第三約束條件時，為終端域狀態(tài)； 其中，所述第一約束條件為:所述角度偏差與位置偏差的乘積大于0，或所述位置偏差等于0，所述角度偏差逆時針為正，順時針為負，當(dāng)AGV參考中心位于路徑標(biāo)識線左側(cè)時，位置偏差為正，位于右側(cè)時為負； 所述第二約束條件為:所述角度偏差等于0，或所述角度偏差與位置偏差的乘積小于0且轉(zhuǎn)動半徑大于第一范圍或小于第二范圍，所述轉(zhuǎn)動半徑通過以下公式計算獲得:
Q R = I一~7~ ，Ra為轉(zhuǎn)動半彳5, ea為角度偏差，ed為位;SM扁差;
I — COSca 所述第一范圍通過以下公式計算獲得:—-,Dw為AGV兩驅(qū)動輪的間距，V。為AGV的線速度，amin為控制變量的最小改變量； 所述第二范圍通過以下公式計算獲得: D -V
, Dw為AGV兩驅(qū)動輪的間距，V。為AGV的線速度，amax為控制變量的最大改 變量； 所述第三約束條件為:所述角度偏差與位置偏差的乘積小于O且轉(zhuǎn)動半徑在第一范圍和第二范圍之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自動導(dǎo)引控制裝置，其特征在于，所述狀態(tài)轉(zhuǎn)換模塊用于控制當(dāng)所述AGV處于第一類狀態(tài)下時，控制減小角度偏差直到角度偏差與位置偏差的乘積小于O，以滿足第二約束條件使所述AGV進入第二類狀態(tài)；以及， 當(dāng)所述AGV處于第二類狀態(tài)下時，控制減小或增大轉(zhuǎn)動半徑以滿足第三約束條件使所述AVG進入終端域狀態(tài)； 和/或， 所述偏差消除模塊用于在所述終端域狀態(tài)下計算獲得關(guān)于控制變量的控制序列，根據(jù)所述控制變量控制所述AGV沿軌跡運動至平衡點；其中， 控制變量通過以下公式計算獲得: SAGV兩驅(qū)動輪的間距，V。為AGV的線速度，ea為角度偏差， ed為位置偏差，A V為控制變量； 所述平衡點通過以下方法確定: 確定AGV中心線與路徑標(biāo)識線的交點，在所述路徑標(biāo)識線沿AVG運動方向上確定平衡點，所述平衡點到所述交點的距離與所述交點到AGV參考中心的距離相等； 所述軌跡為以所述平衡點和AGV參考中心為切點、交點到參考中心直線和交點到平衡點直線為切線的圓弧。
10.一種自動導(dǎo)引系統(tǒng),其特征在于,包括如權(quán)利要求6-9任一所述的自動導(dǎo)引控制裝置，還包括AGV以及路徑標(biāo)識線，所述AGV設(shè)置有攝像頭，所述攝像頭沿所述AGV中心線探出預(yù)設(shè)距離安裝于所述AGV前方。
【文檔編號】G05D1/02GK103488174SQ201310422018
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】李忠明, 蘇志遠, 翁迅, 張經(jīng)天 申請人:北京郵電大學(xué)