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和倉儲系統，它是柔性制造生產線和自動化立體倉庫等現代化物流倉儲系統的關鍵設備之一。AGV機器人可廣泛應用于柔性系統的各個運輸搬運環節，通過實時檢測并控制正確的運動方向，按照系統指令自動存放、搬運各類半成品、成品零部件到規定的位置，從而實現數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，是根據編碼器返回值等已知條件，實時求解AGV的位姿（“位置與姿態”的簡稱，下同），用以實現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（規定左側為正方向）；當舵輪旋轉θ角度（規定逆時針為正方向）時，O為前后輪軸線交點，也是AGV瞬態回轉中心， R是瞬態回轉半徑；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）在工作區域二維正交坐標系下的坐標，z為AGV姿態角（規定 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，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，調整舵輪轉角，使AGV行走在與規定的導引路徑近似重合的平滑曲線上，從而實現路徑跟蹤。

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，系統長時間連續運行，平均速度 ，AGV停位誤差均在 之內，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