單舵輪AGV路徑跟蹤方法的研究

耿牛牛

（機械科學研究總院，北京 100044）

單舵輪AGV路徑跟蹤方法的研究

耿牛牛

（機械科學研究總院，北京 100044）

0 引言

自動導引運輸車即AGV，是裝備有電磁或光電等自動導引裝置，能夠沿規(guī)定的導引路徑行駛，具有編程和模式選擇裝置、安全保護及各種移載功能的搬運機器人。AGV具有自動化程度高、安全、靈活等特點，因而廣泛應用于汽車制造、機械加工等自動化生產(chǎn)和倉儲系統(tǒng)，它是柔性制造生產(chǎn)線和自動化立體倉庫等現(xiàn)代化物流倉儲系統(tǒng)的關鍵設備之一。AGV機器人可廣泛應用于柔性系統(tǒng)的各個運輸搬運環(huán)節(jié)，通過實時檢測并控制正確的運動方向，按照系統(tǒng)指令自動存放、搬運各類半成品、成品零部件到規(guī)定的位置，從而實現(xiàn)數(shù)字化車間物料的自動搬運。

1 單舵輪AGV運動學模型

單舵輪AGV是一種常見的AGV結構形式，輪系部分主要包括1個舵輪和2個固定從動輪，也可以附加多個萬向支撐輪。其中，舵輪與固定從動輪的布局方式和相對位置，決定了AGV的運動學模型，萬向支撐輪對運動學模型無影響。對于單舵輪AGV，建立運動學模型的任務，是根據(jù)編碼器返回值等已知條件，實時求解AGV的位姿（“位置與姿態(tài)”的簡稱，下同），用以實現(xiàn)AGV的實時定位。

圖1 單舵輪AGV輪系布局示意（俯視）

單舵輪AGV輪系布局示意如圖1所示，其中O1點為舵輪回轉中心，O2點為從動輪幾何中心， b是AGV軸距，d是舵輪距中心線的偏移量（規(guī)定左側為正方向）；當舵輪旋轉θ角度（規(guī)定逆時針為正方向）時，O為前后輪軸線交點，也是AGV瞬態(tài)回轉中心， R是瞬態(tài)回轉半徑；假設當前AGV行走的線速度為 ，角速度為ω。由于在實際中， θ絕對等于零的情況不存在，因此只考慮θ≠0的情況，可求得：

圖2 AGV在坐標系內(nèi)運動

如圖2所示，定義AGV的位姿為（x，y，z），其中 x、y為從動輪中心（圖1中O2點）在工作區(qū)域二維正交坐標系下的坐標，z為AGV姿態(tài)角（規(guī)定 軸正方向為0，逆時針為正方向）。假設對于一極小時間段Δt，AGV從動輪中心由A運動至B，A點位姿為（x0，y0，z0），B點為（x1，y1，z1）。因此

式中b、d為AGV的結構參數(shù)，Δt為已知量；為AGV車載控制器的一個程序運行周期，也是已知量；由行走電機編碼器返回值可求解出AGV瞬態(tài)速度，即v值，同理，由轉向電機編碼器返回值可求解出 θ值。因此，由x0，y0，z0可求解出x1，y1，z1，只要已知AGV開機時的位姿初值，即可迭代求出任意時刻位姿。

2 行走誤差校正

如圖3所示，對于任意時刻，AGV由當前位姿又可求解出O1點坐標，進而可求解出O1、O1點到目標行走路徑的距離d1、d2，即行走位置偏差。AGV根據(jù)d1、d2的大小和方向，綜合考慮當前速度、安全要求、下一停位點距離等因素，調(diào)整舵輪轉角，使AGV行走在與規(guī)定的導引路徑近似重合的平滑曲線上，從而實現(xiàn)路徑跟蹤。

圖3 AGV行走誤差校正示意

3 結論

本文所提出的路徑跟蹤方法已應用于試驗樣車（如圖4所示），輔助磁釘定位，測試路線為直線、圓弧及部分貝塞爾曲線，系統(tǒng)長時間連續(xù)運行，平均速度 ，AGV停位誤差均在 之內(nèi)，驗證了該算法的正確性與可行性。

圖4 AGV試驗樣車

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Path tracking technology of AGVs with single steer/drive unit

GENG Niu-niu

路徑跟蹤是AGV的基本功能模塊之一，其主要功能是根據(jù)導航傳感器的返回信號，實時計算并修正行走位置偏差，使AGV沿規(guī)定的導引路徑行駛。其中，實時定位方法是路徑跟蹤技術的基礎與核心。本文針對單舵輪AGV，提出了一種基于編碼器信號計算的三自由度實時定位方法，通過定位信息互補，可以使AGV路徑規(guī)劃更加靈活，定位精度得到提高。

AGV；單舵輪；編碼器

耿牛牛（1985 -），男，碩士研究生。

TP275

A

1009-0134(2011)4(上)-0081-02

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(上).25

2010-11-08