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基于自動(dòng)導(dǎo)引車路徑跟蹤的路徑重規(guī)劃和控制器設(shè)計(jì)

當(dāng)前的物流領(lǐng)域多利用自動(dòng)導(dǎo)引車提高物流過(guò)程的自動(dòng)化程度，降低物流成本。但是與人工運(yùn)送相比，自動(dòng)導(dǎo)引車還不夠智能化，其在工作過(guò)程中經(jīng)常與已知或未知的障礙物發(fā)生碰撞。與已知的障礙物發(fā)生碰撞，多由路徑跟蹤控制器控制性能較差所導(dǎo)致，使用高性能的路徑跟蹤控制器可以解決該問(wèn)題。與未知的障礙物發(fā)生碰撞，多由傳感器引起，其在路徑規(guī)劃后不能檢測(cè)出事先未標(biāo)識(shí)的障礙物，將路徑重規(guī)劃算法應(yīng)用在自動(dòng)導(dǎo)引車上可以解決該問(wèn)題。本文利用D* Lite算法進(jìn)行路徑重規(guī)劃并基于反步法進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)。

所使用的自動(dòng)導(dǎo)引車采用差動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，左右兩側(cè)各有一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，前后各安裝一個(gè)被動(dòng)輪維持自動(dòng)導(dǎo)引車平衡，尺寸為100×60×210cm。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以分為控制器、傳感器和執(zhí)行器3個(gè)部分。控制器包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)Tank 800、無(wú)線鍵盤和鼠標(biāo)以及觸摸屏顯示器。傳感器使用激光測(cè)量系統(tǒng)LMS-151和激光導(dǎo)航系統(tǒng)NAV-200，用于障礙物檢測(cè)和定位。使用具有高性能編碼器的兩個(gè)大功率無(wú)刷直流電機(jī)作為執(zhí)行器。給出了自動(dòng)導(dǎo)引車的運(yùn)動(dòng)方程，并對(duì)路徑重規(guī)劃算法進(jìn)行說(shuō)明。目前，常用的路徑規(guī)劃算法為A*、LPA*、D*和D* Lite。由于D* Lite算法不是在事前進(jìn)行路徑重規(guī)劃，而是利用工作過(guò)程收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行重規(guī)劃，且D* Lite算法所消耗的時(shí)間較多，因而其非常適合進(jìn)行短時(shí)間路徑重規(guī)劃。給出D* Lite算法的詳細(xì)計(jì)算過(guò)程，為方便理解該算法，又利用圖形對(duì)D* Lite算法進(jìn)行描述。對(duì)如何設(shè)計(jì)路徑跟蹤控制器進(jìn)行說(shuō)明。通過(guò)考慮自動(dòng)導(dǎo)引車的線速度和角速度，基于反步法設(shè)計(jì)路徑跟蹤控制器，使自動(dòng)導(dǎo)引車輛依據(jù)參考位置和參考方向進(jìn)行路徑跟蹤。給出了自動(dòng)導(dǎo)引車進(jìn)行路徑跟蹤的誤差表達(dá)式和一個(gè)李雅普諾夫函數(shù)。利用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論判斷控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。依據(jù)上述設(shè)計(jì)給出控制系統(tǒng)框圖。通過(guò)仿真和實(shí)車試驗(yàn)，對(duì)上述算法和路徑跟蹤控制器的性能進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，D* Lite算法和新設(shè)計(jì)的路徑跟蹤控制器能很好地躲避障礙并以很小的誤差實(shí)現(xiàn)路徑跟蹤。

Yuhanes Dedy Setiawan et al. International Conference on Advances in Computing, Communications and Informatics, New Delhi-Sept. 24-27, 2014.

編譯：王維