磁导航AGV的路径跟踪方法

摘要

本发明公开了一种磁导航AGV的路径跟踪方法。该路径跟踪方法包括：步骤1，判断横向检测传感器中间两个点以及纵向传感器的所有点是否有信号输出；步骤2，基于步骤1，若是直接跳入到步骤7；步骤3，基于步骤2，若否，则判断横向传感器的哪几位有信号输出；步骤4，基于步骤3，同时判断纵向信号输出点是否有第一个点，若是直接跳入到步骤7；步骤5；步骤6，经计算出来的控制量输出给两个控制电机执行纠偏过程，并判断是否进入到接近姿态；步骤7，若满足接近姿态的条件，则车体两个驱动轮的其中一个轮转速保持不变且另一个轮以原来的转速反转。该路径跟踪方法使得AGV的控制精度大大提高。

说明书

技术领域

本发明涉及自动导航小车领域，特别涉及一种磁导航AGV的路径跟踪方 法。

背景技术

AGV即自动导航小车(Automated Guided Vehicle),是指装备有电磁或者 光学等自动导引装备，能够沿着规定路径行驶，具有安全保护以及各种移栽 功能的运输车，属于轮式移动机器人的范畴。现有的AGV磁导航控制方式， 大多数采用单排或者双排传感器阵列。

这样的传感器布置，虽然也能使AGV沿着磁道运行，但是由于传感器上 霍尔元件之距离的原因，使得计算出来的距离偏差和角度偏差有一定的误差； 目前大多数的纠偏过程比较繁琐，AGV的状态划分较多，虽然能实时纠偏， 但是增加了控制器的运算任务量；采用单纯的单排传感器时，当AGV处在中 间位置时，没有准确的标志反映此时AGV的角度偏差，有可能使AGV越过 磁带，导致AGV在磁导线附近做微量的摆动。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理 解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术 人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种步骤简单合理的磁导航AGV的路径跟踪方 法，该磁导航AGV的路径跟踪方法采用T字形布局的传感器组，通过综合横 向传感器以及纵向传感器的信号输出位判断AGV的姿态；在不同姿态下用不 同的控制策略使AGV进入平衡状态，有效地解决的检测出AGV在接近姿态 时的角度偏差，使得AGV的控制精度大大提高，同时也使得动态稳定性也提 高很多。

为实现上述目的，本发明提供了磁导航AGV的路径跟踪方法，该磁导航 AGV采用呈T字形布局的横向检测传感器和纵向传感器，并通过综合横向传 感器以及纵向传感器的信号输出位判断该磁导航AGV的姿态，在不同姿态下 用不同的控制策略使AGV进入平衡状态；

该路径跟踪方法包括以下步骤：步骤1，判断横向检测传感器中间两个点 以及纵向传感器的所有点是否有信号输出；步骤2，基于步骤1，若否，则判 断是否横向检测传感器的中间两个点以及纵向检测传感器的第一个点有信号 输出且纵向检测传感器存在无信号输出的点；若是直接跳入到步骤7；步骤3， 基于步骤2，若否，则判断横向传感器的哪几位有信号输出；步骤4，基于步 骤3，同时判断纵向信号输出点是否有第一个点，若是直接跳入到步骤7；步 骤5，基于步骤4，若结论为否，则计算出此时车体的距离偏差和角度偏差， 同时计算出车体的纠偏半径和电机转速增量；步骤6，经计算出来的控制量输 出给两个控制电机执行纠偏过程，并判断是否进入到接近姿态；步骤7，若满 足接近姿态的条件，则车体两个驱动轮的其中一个轮转速保持不变且另一个 轮以原来的转速反转，直到纵向检测传感器所有的点都有信号输出为止，两 个驱动轮的转速恢复为设定的车体前进的速度。

优选地，上述技术方案中，横向检测传感器和纵向传感器检测到的磁导 航AGV的状态包括：

第一类状态：平衡姿态，是指传感器组的接近圆有信号输出且纵向传感 器的其余所有检测单元都有信号输出；

第二类状态：极端姿态，是指横向检测传感器的中间两个点无信号输出 且纵向检测传感器第一个点无信号输出，在此状态下的纠偏策略是，计算出 此时的AGV的距离偏差和角度偏差，再求出纠偏半径和控制量；

第三类状态：接近姿态，此时横向检测传感器的中间两个点和纵向检测 传感器的第一个点均有信号输出。

优选地，上述技术方案中，纵向传感器与磁导航AGV的中心线重合，所 述磁导航AGV的中心线是指在小车底盘平面内经过两驱动轮轴线的中点且 垂直于两驱动轮轴线的线；所述两驱动轮的轴线经过纵向传感器的第一个信 号检测点。

优选地，上述技术方案中，距离偏差是指所述纵向传感器第一个霍尔元 件投影到地面上的点与磁条方向线的垂直距离，所述角度偏差是指所述的 AGV车体中心线与磁条方向线的夹角。

优选地，上述技术方案中，横向传感器中间两个点以及纵向传感器靠近 横向传感器的第一个点都在接近圆的圆周上，接近圆的直径为磁带的宽度。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：该磁导航AGV的路径跟踪 方法采用T字形布局的传感器组，通过综合横向传感器以及纵向传感器的信 号输出位判断AGV的姿态；在不同姿态下用不同的控制策略使AGV进入平 衡状态，有效地解决的检测出AGV在接近姿态时的角度偏差，使得AGV的 控制精度大大提高，同时也使得动态稳定性也提高很多。

附图说明

图1是本发明提供的一种AGV自动纠偏控制流程图；

图2是本发明提供的一种T字形的传感器的布置方式；

图3是本发明提供的一种极端姿态时的AGV姿态示意图；

图4是本发明提供的一种接近姿态时的AGV姿态示意图；

图5是本发明提供的一种在平衡位置时的AGV姿态示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本 发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括” 或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分， 而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1所示，根据本发明具体实施方式的磁导航AGV的路径跟踪方法的 包括以下步骤：

步骤1，判断横向检测传感器中间两个点以及纵向传感器的所有点是否有 信号输出；

该磁导航AGV的路径跟踪方法采用的传感器组(横向检测传感器及纵向 传感器)呈T字形布局；通过综合横向传感器以及纵向传感器的信号输出位 判断AGV的姿态；在不同姿态下用不同的控制策略使AGV进入平衡状态； 两个传感器检测到的AGV的状态包括以下几个方面：

第一类状态：平衡姿态，是指传感器组的接近圆有信号输出且纵向传感 器的其余所有检测单元都有信号输出，此时，控制电机的速度增量△V都为 零。

第二类状态：极端姿态，是指横向检测传感器的中间两个点无信号输出 且纵向检测传感器第一个点无信号输出。在此状态下的纠偏策略是，计算出 此时的AGV的距离偏差ed和角度偏差eα，再求出纠偏半径R和控制量△ V,由于所述AGV控制器的扫描频率较大，故在这个纠偏阶段的所述四个参量 ed、eα、R、△V是根据扫描频率和传感器信号输出点的变化而变化的。

第三类状态：接近姿态，此时横向检测传感器的中间两个点和纵向检测 传感器的第一个点均有信号输出。

所述传感器组的纵向传感器与小车的中心线重合，所述小车的中心线是 指在小车底盘平面内经过两驱动轮轴线的中点且垂直于两驱动轮轴线的线； 所述的两驱动轮的轴线经过纵向传感器的第一个信号检测点(霍尔元件)；

参考附图2，以8位磁敏传感器为例，T字形传感器的布局，横向传感器 6的中间两个点和纵向传感器2的靠近横向传感器的一端的第一个点3在同一 个圆周7上，且所述的圆周7的直径为磁带的宽度。本发明将这三个检测点 组成的整体称为接近圆；纵向传感器2安装时与所述的小车1的中心线8重 合，且两个驱动轮5的轴线经过所述的纵向传感器2的靠近横向传感器端的 第一个点3。

所述的磁带的宽度以传感器的安装高度处正好有两个点信号输出为宜。

所述传感器组将检测到的信号送入到上位机分析和处理，所述的上位机 可以是PLC，也可以是51系列单片机或者是运动控制器。

参考附图3，所述上位机检测到信号以后，先分析纵向传感器的第一个点 是否有信号输出，若没有，则需要计算出这时候AGV的角度偏差e_α和距离偏 差e_d，其分别采用如下的方式计算：

$e_{\alpha }=\arctan \frac{L_1}{L_2}$

e_d＝L₂·sin(e_α)

上述公式当中，L₁是指横向传感器的信号输出点的平均中点到其中间两 点中点的距离，L₂是指，纵向传感器的有信号输出的点的中点到其第一个点 的距离。

所述的上位机计算出e_α和e_d以后，通过以下方式计算出纠偏半径R和 电机控制量ΔV：

$R=\frac{L_2·\sin \left(\arctan \left(\frac{L_1}{L_2}\right)\right)}{1-\cos \left(\arctan \left(\frac{L_1}{L_2}\right)\right)};$

$\mathrm{\Delta V}=\frac{L·V}{R}$

以上公式中，L是指AGV两轮之间的距离，V是指车体移动的线速度。

结合附图4，经过上述纠偏以后，AGV会进入到接近姿态，此时所述上 位机会给其中一个电机以相反的转速，使AGV原地转动一个角度直到纵向传 感器的所有检测点都有信号输出。

结合附图5，当AGV进入到平衡状态时，横向传感器只有中间两个点有 信号输出且纵向传感器所有点都有信号输出，这时上位机给两个电机的信号 均相同，AGV平稳向前。

纵向传感器的第一个点无信号输出，AGV再次姿态下的纠偏策略是，实 时计算出当前AGV的距离偏差ed和角度偏差eα，再求出纠偏半径R和控 制量△V,由于所述AGV控制器的扫描频率较大，故在这个纠偏阶段的所述四 个参量ed、eα、R、△V是根据扫描频率和传感器信号输出点的变化而变化 的，这样有利于小车平稳的进入下一个状态。

步骤2，基于步骤1，若否，则判断是否横向检测传感器的中间两个点以 及纵向检测传感器的第一个点有信号输出且纵向检测传感器存在无信号输出 的点；若是直接跳入到步骤7；

步骤3，基于步骤2，若否，则判断横向传感器的哪几位有信号输出；

步骤4，基于步骤3，同时判断纵向信号输出点是否有第一个点，若是直 接跳入到步骤7；

步骤5，基于步骤4，若结论为否，则计算出此时车体的距离偏差ed和 角度偏差eα，同时计算出车体的纠偏半径R和电机转速增量△V；

所述的距离偏差是指所述纵向传感器第一个霍尔元件投影到地面上的点 与磁条方向线的垂直距离，所述的角度偏差是指所述的AGV车体中心线与磁 条方向线的夹角；

步骤6，经计算出来的控制量输出给两个控制电机执行纠偏过程。并判断 是否进入到接近姿态。

步骤7，若满足接近姿态的条件，则车体两个驱动轮的其中一个轮转速保 持不变且另一个轮以原来的转速反转，直到纵向检测传感器所有的点都有信 号输出为止，两个驱动轮的转速恢复为设定的车体前进的速度。

综上，该磁导航AGV的路径跟踪方法采用T字形布局的传感器组，通过 综合横向传感器以及纵向传感器的信号输出位判断AGV的姿态；在不同姿态 下用不同的控制策略使AGV进入平衡状态，有效地解决的检测出AGV在接 近姿态时的角度偏差，使得AGV的控制精度大大提高，同时也使得动态稳定 性也提高很多。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。 这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述 教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在 于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实 现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。 本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。