AGV全向导航行驶方法与流程

本发明涉及麦克纳姆轮全向移动AGV的导航定位技术领域，具体涉及一种AGV全向导航行驶方法。

背景技术：

麦克纳姆轮全向移动平台作为一种灵活的运载平台解决方案被广泛的应用于航空、航天、教育、医疗、工业、物流等各个领域。而目前AGV(自动引导运输车)主要针对舵轮形式AGV使用磁条导引加地标定位的导航定位方案，该种方案在磁条路径规划需要留出相应的转弯半径且行驶路径较为简单。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何实现AGV的高精度定位以及全向移动导航行驶。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种AGV全向导航行驶方法，包括以下步骤：

S1、AGV接收上位机发送的行驶路径的路径信息，所述行驶路径由一组连续路径节点组成，每个路径节点的信息都包含坐标信息(x,y)；所述路径信息包括每个路径节点的信息，以及各个路径节点之间的关系信息；所述关系信息包括路径节点之间的距离信息；

S2、根据所述路径信息进行路径解析，即把所述路径信息中的每个路径节点归为以下7类中的一类：停止点：表示AGV到达此路径节点后停止；旋转点：AGV到达此路径节点后旋转；减速点：表示AGV到达此路径节点后减速；转减点：表示AGV到达此路径节点后先旋转、再进行加速最后进行减速操作；行驶点：表示AGV到达此路径节点后进行保持正常行驶；转停点：表示AGV到达此路径节点后先旋转、再停止；加减点：表示AGV到达此路径节点后先进行加速后进行减速操作；

S3、根据每个路径节点的分类确定AGV在该路径节点的行驶状态组合，从而完成行驶任务；其中每个路径节点的分类包含AGV五种行驶状态中的一种或几种：停止态、行走态、旋转态、减速态以及加减速态，其中加减速态表示AGV会在行驶过程中先加速到最大速度后再减速至最小行驶速度，其中转减点对应的行驶状态组合为由旋转态转为加减速态，转停点对应的行驶状态组合为由旋转态转为停止态。

优选地，在步骤S3完成行驶任务的过程中，按照如下方式进行实时的导航纠偏：

如果AGV车体发生第一种偏离情况，即车体中心点在车体下方磁条的磁条路径上，同时车体中轴线与磁条路径有一个不为零的夹角，则根据磁传感器返回的值，分析车体与磁条的偏离程度，并计算出旋转速度ω进行车身姿态调整，实现纠偏；

如果车体发生第二种偏离情况，即车体中心点不在磁条路径上，同时车体中轴线与磁条路径平行，则根据磁传感器返回的值，分析车体与磁条的偏离程度，并计算出横移速度x进行车身姿态调整，实现纠偏；

如果车体发生的偏移情况为第一种与第二种情况的复合偏离情况，即既有旋转偏移，又有横向偏移的情况，则将得到的复合偏离情况拆解为第一种与第二种情况，再通过其各自对应的计算方式计算出相应的调整速度x与ω，同时进行横移和旋转调整，实现纠偏；

所述磁传感器为前、后两个磁传感器，分别安装在车体前端与后端；若车体正常行驶，没有任何偏移，则车体中心点在磁条路径上，同时车体中轴线与磁条路径之间没有夹角。

优选地，在步骤S3完成行驶任务的过程中，按照如下方式行驶：设行驶路径中有两个纵坐标相等的相邻路径节点，若二者之间的距离大于或等于预设阈值，则将两个路径节点中先行驶到的路径节点归为转减点；否则将两个路径节点中先行驶到的路径节点A归为行驶点，且车体在路径节点A朝它自身坐标系的α-β方向，向两个路径节点中后行驶到的路径节点B行驶，α表示车体在路径节点A的车头朝向，β为车体的行驶方向，β根据两个路径节点的坐标信息得到。

优选地，如果α-β超出取值范围(-180°,180°]，那么对α-β进行加或减360°操作。

优选地，所述坐标信息(x,y)与路径节点识别号ID一一对应，具有唯一性。

(三)有益效果

本发明根据上位机发送的路径信息，并按照一种路径解析算法对路径点进行解析和分类，实现AGV的高精度定位以及全向移动导航行驶。其中，还根据磁导航传感器反馈的实时信息进行综合判断，从而得出AGV导航行驶的方位、速度等信息，进一步实现AGV的高精度定位；还根据在狭小区域与复杂路径区域的判断方式，进一步实现全向移动导航行驶。

附图说明

图1为本发明实施例的旋转偏离情况示意图；

图2为本发明实施例的横向偏离情况示意图；

图3为本发明实施例的复合偏离情况示意图；

图4为本发明实施例的行驶路径示意图；

图5为本发明实施例中方案1示意图；

图6为本发明实施例中方案2示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明实施例提供了一种AGV全向导航行驶方法，包括以下步骤：

S1、AGV接收上位机发送的行驶路径的路径信息，所述行驶路径由一组连续路径节点组成，每个路径节点的信息都包含坐标信息(x,y)；所述路径信息包括每个路径节点的信息，以及各个路径节点之间的关系信息；所述关系信息包括路径节点之间的距离信息；坐标信息(x,y)与路径节点识别号ID一一对应，具有唯一性。

S2、根据所述路径信息进行路径解析，即把所述路径信息中的每个路径节点归为以下7类中的一类：停止点：表示AGV到达此路径节点后停止；旋转点：AGV到达此路径节点后旋转；减速点：表示AGV到达此路径节点后减速；转减点：表示AGV到达此路径节点后先旋转、再进行加速最后进行减速操作；行驶点：表示AGV到达此路径节点后进行保持正常行驶；转停点：表示AGV到达此路径节点后先旋转、再停止；加减点：表示AGV到达此路径节点后先进行加速后进行减速操作；本步骤中，当车体到达对应路径节点时，AGV会接收到RFID上传的地标点信息(与坐标信息对应的标签)，此时才对路径节点进行分类，通过RFID技术可以实现对数万节点的区别标识，有效扩展了AGV行驶路径的复杂度；

S3、根据每个路径节点的分类确定AGV在该路径节点的行驶状态组合，从而完成行驶任务；其中每个路径节点的分类包含AGV五种行驶状态中的一种或几种：停止态、行走态、旋转态、减速态以及加减速态，其中加减速态表示AGV会在行驶过程中先加速到最大速度后再减速至最小行驶速度，其中转减点对应的行驶状态组合为由旋转态转为加减速态，转停点对应的行驶状态组合为由旋转态转为停止态。

在步骤S3完成行驶任务的过程中，按照如下方式进行实时的导航纠偏：

如图1所示，如果AGV车体发生第一种偏离情况，即车体中心点在车体下方磁条的磁条路径上，同时车体中轴线与磁条路径有一个不为零的夹角，则根据磁传感器返回的值，分析车体与磁条的偏离程度，并计算出旋转速度ω进行车身姿态调整，实现纠偏；磁传感器的位置为：磁传感器为前、后两个磁传感器，分别安装在车体前端与后端(图1中上、下两个小矩形，图1中左、右两侧的四个大矩形为车轮)，前、后两个传感器返回的值均为从左向右依次为1至9(对应图中不同的圆圈，若第一个圆圈亮则返回的值为1，第二个圆圈亮则返回的值为2，依次类推，若最后一个即第9个圆圈亮则值为9，或者相邻的两个圆圈，或相邻的三个圆圈亮，若两个或三个圆圈亮，则返回的值为这两个或三个圆圈对应值的平均值)。磁条的位置为：若车体正常行驶，没有任何偏移，则车体中心点在磁条路径上，同时车体中轴线与磁条路径之间没有夹角，磁条是布置在地面上。

对于第一种情况，设前磁传感器的值为a，后磁传感器的值为b，前后磁传感器之间的距离为定值L，则计算前后磁传感器之间的数值差的绝对值|a-b|与和的一半(a+b)/2，并计算出车体中轴线与磁条之间的夹角α的三角函数tanα＝|a-b|/L，由此计算出夹角α，将夹角α乘以系数得到旋转速度ω，利用旋转速度ω进行车身姿态调整，实现纠偏，其中所述系数根据车体旋转到最偏程度时，按照夹角α越小旋转速度ω相应地越小的理论所进行的试验得到，本实施例中系数为0.02。

如图2所示，如果车体发生第二种偏离情况，即车体中心点不在磁条路径上，同时车体中轴线与磁条路径平行，则根据磁传感器返回的值，分析车体与磁条的偏离程度，并计算出横移速度x进行车身姿态调整，实现纠偏；

对于第二种情况，将前、后磁传感器的值之和的一半(a+b)/2减去前磁传感器或后磁传感器的中心值得到车体下方磁条的中点与车体中心点之间的距离d，然后计算横移速度x＝2.5d，利用横移速度x进行车身姿态调整，实现纠偏，这个过程中利用了中点距离d越小横移速度x越小的线性关系。

大多数的偏移情况会是上述两种情况的复合，即既有旋转偏移，又有横向偏移的情况，此时将需要同时进行横移和旋转调整操作实现纠偏。如图3所示，如果车体发生的偏移情况为第一种与第二种情况的复合偏离情况，则将得到的复合偏离情况拆解为第一种与第二种情况，再通过其各自对应的计算方式计算出相应的调整速度x与ω，同时进行横移和旋转调整，实现纠偏；

对于复合偏离情况，将前、后磁传感器的值之和的一半(a+b)/2减去前磁传感器或后磁传感器的中心值得到车体下方磁条的中点与车体中心点之间的距离d，然后计算横移速度x＝ytanα+d*2.5/cosα，利用x、y的复合速度进行车身姿态调整(车体以x、y的复合速度(两个速度矢量x、y之和)前进，以便沿着磁条前进)，实现纠偏，其中y为预设的车体前进速度。

在步骤S3完成行驶任务的过程中，还按照如下方式行驶：设行驶路径中有两个纵坐标相等的相邻路径节点，若二者之间的距离大于或等于预设阈值，则将两个路径节点中先行驶到的路径节点归为转减点；否则将两个路径节点中先行驶到的路径节点A归为行驶点，且车体在路径节点A朝它自身坐标系的α-β方向，向两个路径节点中后行驶到的路径节点B行驶，α表示车体在路径节点A的车头朝向，β为车体的行驶方向，β根据两个路径节点的坐标信息得到。如果α-β超出取值范围(-180°,180°]，那么对α-β进行加或减360°操作。

例如，针对麦克纳姆轮全向移动AGV，如果需要行驶如图4的路径时(①->②->③->④->⑤->⑥)，则会存在两种方案：1.如图5，在行驶到③点后逆时针旋转90°，向前行驶至④点再顺时针旋转90°后向前行驶；2.如图6，在行驶至③点后横向移动至④点再向前行驶。如果③点至④点的行驶距离很小或行驶空间较为狭窄车体无法旋转，那么可以执行上述方案2的工作模式；如果③点至④点的行驶距离较长或是需要车身正向行驶，那么可以执行上述方案1的工作模式。

对于方案1，可以利用路径解析算法将③点划归为转减点、④点划归为旋转点，那么AGV到达③点与④点后就会按照方案1描述的进行旋转后正向行驶。

对于方案2，利用路径解析算法将③点与④点划归为行驶点。可以通过车身当前姿态(车头朝向)α与车体行驶的方向β的相对关系来计算出车身速度。例如图2，假设车身在抵达③点时状态为α＝-90°且车体需要向β＝0°方向前进，那么车身只需要向它自身坐标系的α-β＝-90°方向行驶，即向左行驶，对x速度赋负值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。