本發明屬于移動機器人領域，具體涉及一種差速驅動式AGV控制系統及自動循跡方法。

背景技術：

自動導航車(Automatic Guided Vehicle，AGV)是一種無人駕駛的智能化搬運設備，屬于移動機器人范疇，是自動化物流系統的關鍵設備之一。

差速驅動式AGV具有體積小、自重輕、成本低廉、結構相對簡單等優點，目前在AGV行業得到廣泛應用。基于該結構形式的AGV能按照預先鋪設好的路徑準確無誤的行駛是AGV的核心技術。

目前已公開的差速驅動式AGV技術都沒有對系統建立完整的控制模型，多采用模糊控制、魯棒控制等方法，將AGV系統看做一個“黑盒子”進行控制。然而這些方法對控制器計算能力和實時性的要求都很高，在實際應用中實現的難度大、成本高。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是對差速驅動式AGV建立一個完整的控制系統及自動循跡方法，以實現AGV對路徑的可靠跟蹤。

本發明的基本原理是：以軌跡檢測模塊反饋的地面路徑信息和導引基準之間的差作為控制器的輸入量，以AGV驅動部件的左右輪差速比為依據，得到AGV驅動部件的左右兩輪的控制速度，從而使AGV按照預先鋪設的路徑準確行駛。

本發明的技術方案是：

差速驅動式AGV控制系統，其特殊之處在于：

包括軌跡檢測裝置和控制器；所述控制器包括數據處理模塊、數據收發模塊和控制模塊；所述數據處理模塊包括左右輪差速比獲取模塊和左右輪速度獲取模塊；

所述軌跡檢測裝置的輸入端與AGV的驅動部件相連，輸出端與所述左右輪差速比獲取模塊的輸入端相連；所述左右輪差速比獲取模塊的輸出端和數據收發模塊的輸出端均與所述左右輪速度獲取模塊的輸入端相連；所述左右輪速度獲取模塊的輸出端與所述控制模塊的輸入端相連；所述控制模塊的輸出端與AGV的電機驅動器相連；

所述軌跡檢測裝置用于對預先設定好的路徑進行識別，獲取地面路徑數據；所述左右輪差速比獲取模塊將所述地面路徑數據和導引基準進行比較，得到AGV驅動部件的左右輪差速比；所述數據收發模塊用于接收和發送AGV的車速基準值；所述左右輪速度獲取模塊根據所述車速基準值和所述左右輪車速比得到AGV驅動部件的左右輪控制速度；所述控制模塊根據所述左右輪控制速度對AGV進行控制。

上述軌跡檢測裝置采用光電檢測模塊。

上述軌跡檢測裝置采用磁檢測模塊。

上述軌跡檢測裝置采用CCD探測器模塊。

上述軌跡檢測裝置包括安裝在AGV驅動部件前端的前置軌跡檢測模塊和安裝在AGV驅動部件中部的后置軌跡檢測裝置；前置軌跡檢測裝置和后置軌跡檢測裝置的輸入端均與AGV驅動部件相連，輸出端均與所述左右輪差速比獲取模塊的輸入端相連。

上述AGV控制系統還包括與所述數據收發模塊的輸入端相連的操作面板、手控器或上位機。

基于上述差速驅動式AGV控制系統的自動循跡方法，其特殊之處在于：包括以下步驟：

步驟一：鋪設AGV運行軌跡

在預先設定好的路徑上鋪設與地面有明顯色差的色帶，或者鋪設磁條；

步驟二：對步驟一所鋪設的軌跡進行識別，獲取鋪設軌跡的路徑數據；

步驟三：根據導引基準線和所述路徑數據得到AGV驅動部件的左右輪差速比；

步驟四：根據左右輪基準速度和所述左右輪差速比得到AGV驅動部件的左右輪控制速度；

步驟五：控制模塊根據所述左右輪控制速度對AGV進行控制。

上述步驟二中的軌跡檢測裝置包括安裝在AGV驅動部件前端的前置軌跡檢測裝置和安裝在AGV驅動部件中部的后置軌跡檢測裝置。

上述步驟三中獲取AGV驅動部件的左右輪差速比的具體方法為：

1)將軌跡檢測裝置獲取的路徑數據與導引基準線進行比較，得到前置軌跡檢測裝置獲取的鋪設軌跡與導引基準線的橫向偏移距離和后置軌跡檢測裝置得到的鋪設軌跡與導引基準線的橫向偏移距離；

2)將AGV驅動部件中心點軌跡與鋪設的AGV運行軌跡的切點記為F，過F點作驅動部件輪軸的垂線，垂足為H；計算點A和點H之間的距離AH：

式中AD是前、后軌跡檢測裝置中心點之間的距離，GA是后置軌跡檢測裝置獲取的鋪設軌跡與導引基準線之間的橫向偏移距離，GQ是前置軌跡檢測裝置獲取的鋪設軌跡與后置軌跡檢測裝置獲取的鋪設軌跡之間的橫向偏移距離；

3)計算點F和點H之間的距離FH:

4)計算左右輪差速比

式中v₁是左輪速度，v₂是右輪速度，BC是AGV驅動部件左右輪中心點之間的距離。

上述步驟四中獲取AGV驅動部件的左右輪控制速度的方法為：用數據收發模塊接收到的左右輪的基準速度分別乘以所述左右輪差速比即得到左右輪的控制速度。

本發明的有益效果：

本發明開創性地對差速驅動式AGV建立了完整的控制系統并提供了基于該控制系統的自動循跡方法，能夠兼容現有差速驅動式AGV的多種導引方式，實現AGV對路徑的可靠跟蹤。

附圖說明

圖1是本發明的原理框圖；

圖2是AGV的驅動部件的俯視圖；

圖3是AGV瞬時運行軌跡圖。

具體實施方式

以下參見圖1～圖3，對本發明作詳細說明。

一、軌跡檢測裝置

軌跡檢測裝置包括安裝在AGV驅動部件前端的前置軌跡檢測裝置和安裝在AGV驅動部件中間的后置軌跡檢測裝置；前置、后置軌跡檢測裝置同時對預先設定好的路徑進行識別。

軌跡檢測主要有三種方式：

1：在預先設定好的路徑上鋪設與地面有明顯色差的色帶，軌跡檢測裝置采用光電檢測模塊，得到路徑數據；

2：在預先設定好的路徑上鋪設磁條，軌跡檢測裝置采用磁檢測模塊，得到路徑數據；

3：在預先設定好的路徑上鋪設與地面有明顯色差的色帶，檢測裝置采用CCD相機，得到路徑數據。

本發明的軌跡檢測裝置輸出的路徑數據為一個16位的二進制碼，代表了軌跡檢測裝置內部16個采樣通道檢測出的下方色帶或磁條，根據該路徑數據可以判斷色帶或磁條相對于軌跡檢測裝置的偏離位置。

二、控制器

本發明的控制器可以采用單片機、DSP、FPGA等嵌入式芯片或PLC、工控機等集成控制器。本實施例中采用DSP核心控制器。

DSP核心控制器由數據處理模塊、數據收發模塊和控制模塊三部分組成，其中數據處理模塊由左右輪差速比獲取模塊和左右輪速度獲取模塊組成。

1、各模塊的功能如下：

左右輪差速比獲取模塊根據導引基準線和軌跡檢測裝置所獲得的路徑數據得到AGV驅動部件的左右輪差速比；導引基準線是前置軌跡檢測裝置和后置軌跡檢測裝置采樣點的中線的連線，即驅動部件的縱向中線，如圖3所示。

數據收發模塊用于接收和發送來自操作面板、手控器或上位機發來的AGV驅動部件的左右輪基準速度，即用戶或工業現場當前時刻希望AGV行駛的速度，也即車速基準速度；

左右輪速度獲取模塊根據左右輪基準速度和左右輪差速比得到左右輪控制速度；

控制模塊根據左右輪控制速度分別產生左輪PWM波和右輪PWM波，左輪PWM波和右輪PWM波分別對AGV驅動部件的左輪和右輪進行控制，從而實現對AGV的控制。這里PWM波為脈沖寬度調制，即占空比可變的脈沖波形。

2、左右輪差速比的具體計算方法

(1)將軌跡檢測裝置獲取的路徑數據與導引基準線進行比較，通過計算處理得出前置軌跡檢測裝置獲取的鋪設軌跡與導引基準線的橫向偏移距離和后置軌跡檢測裝置得到的鋪設軌跡與導引基準線的橫向偏移距離。

(2)利用下述公式(1)～(3)計算得到AGV驅動部件的左右輪差速比：

上式中AD是前后檢測裝置的距離，GA是后置軌跡檢測裝置得到的鋪設軌跡與導引基準線之間的橫向偏移距離；GQ是前置軌跡檢測裝置得到的鋪設軌跡與后置軌跡檢測裝置得到的鋪設軌跡之間的橫向偏移距離；v₁是左輪速度；v₂是右輪速度；BC是驅動裝置左右輪中心點之間的距離。

(3)用AGV驅動部件的左右輪基準速度分別乘以左右輪差速比，得到左右輪的控制速度。