耿牛牛

（機(jī)械科學(xué)研究總院，北京 100044）

單舵輪AGV路徑跟蹤方法的研究

耿牛牛

（機(jī)械科學(xué)研究總院，北京 100044）

0 引言

自動導(dǎo)引運(yùn)輸車即AGV，是裝備有電磁或光電等自動導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有編程和模式選擇裝置、安全保護(hù)及各種移載功能的搬運(yùn)機(jī)器人。AGV具有自動化程度高、安全、靈活等特點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于汽車制造、機(jī)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(guān)鍵設(shè)備之一。AGV機(jī)器人可廣泛應(yīng)用于柔性系統(tǒng)的各個(gè)運(yùn)輸搬運(yùn)環(huán)節(jié)，通過實(shí)時(shí)檢測并控制正確的運(yùn)動方向，按照系統(tǒng)指令自動存放、搬運(yùn)各類半成品、成品零部件到規(guī)定的位置，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化車間物料的自動搬運(yùn)。

1 單舵輪AGV運(yùn)動學(xué)模型

單舵輪AGV是一種常見的AGV結(jié)構(gòu)形式，輪系部分主要包括1個(gè)舵輪和2個(gè)固定從動輪，也可以附加多個(gè)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(yùn)動學(xué)模型，萬向支撐輪對運(yùn)動學(xué)模型無影響。對于單舵輪AGV，建立運(yùn)動學(xué)模型的任務(wù)，是根據(jù)編碼器返回值等已知條件，實(shí)時(shí)求解AGV的位姿（“位置與姿態(tài)”的簡稱，下同），用以實(shí)現(xiàn)AGV的實(shí)時(shí)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(diǎn)為舵輪回轉(zhuǎn)中心，O2點(diǎn)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(cè)為正方向）；當(dāng)舵輪旋轉(zhuǎn)θ角度（規(guī)定逆時(shí)針為正方向）時(shí)，O為前后輪軸線交點(diǎn)，也是AGV瞬態(tài)回轉(zhuǎn)中心， R是瞬態(tài)回轉(zhuǎn)半徑；假設(shè)當(dāng)前AGV行走的線速度為 ，角速度為ω。由于在實(shí)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(biāo)系內(nèi)運(yùn)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(diǎn)）在工作區(qū)域二維正交坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，z為AGV姿態(tài)角（規(guī)定 軸正方向?yàn)?，逆時(shí)針為正方向）。假設(shè)對于一極小時(shí)間段Δt，AGV從動輪中心由A運(yùn)動至B，A點(diǎn)位姿為（x0，y0，z0），B點(diǎn)為（x1，y1，z1）。因此

式中b、d為AGV的結(jié)構(gòu)參數(shù)，Δt為已知量；為AGV車載控制器的一個(gè)程序運(yùn)行周期，也是已知量；由行走電機(jī)編碼器返回值可求解出AGV瞬態(tài)速度，即v值，同理，由轉(zhuǎn)向電機(jī)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(jī)時(shí)的位姿初值，即可迭代求出任意時(shí)刻位姿。

2 行走誤差校正

如圖3所示，對于任意時(shí)刻，AGV由當(dāng)前位姿又可求解出O1點(diǎn)坐標(biāo)，進(jìn)而可求解出O1、O1點(diǎn)到目標(biāo)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(dāng)前速度、安全要求、下一停位點(diǎn)距離等因素，調(diào)整舵輪轉(zhuǎn)角，使AGV行走在與規(guī)定的導(dǎo)引路徑近似重合的平滑曲線上，從而實(shí)現(xiàn)路徑跟蹤。

圖3 AGV行走誤差校正示意

3 結(jié)論

本文所提出的路徑跟蹤方法已應(yīng)用于試驗(yàn)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(shí)間連續(xù)運(yùn)行，平均速度 ，AGV停位誤差均在 之內(nèi)，驗(yàn)證了該算法的正確性與可行性。

圖4 AGV試驗(yàn)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(dǎo)航傳感器的返回信號，實(shí)時(shí)計(jì)算并修正行走位置偏差，使AGV沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛。其中，實(shí)時(shí)定位方法是路徑跟蹤技術(shù)的基礎(chǔ)與核心。本文針對單舵輪AGV，提出了一種基于編碼器信號計(jì)算的三自由度實(shí)時(shí)定位方法，通過定位信息互補(bǔ)，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