CN107783540A - 一种四轮驱动转向的控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种四轮驱动转向的控制方法及装置，该控制方法包括：获取AGV小车的车体转弯半径以及其中一个驱动轮的速度；根据获取的车体转弯半径和驱动轮的速度，计算其他各驱动轮的速度，其数学表达式如下：其中，Vout为AGV小车的前外驱动轮的速度或后外驱动轮的速度，Vin为AGV小车的前内驱动轮的速度或后内驱动轮的速度，W、L分别为AGV小车的内外驱动轮距离、前后驱动轮距离，R为车体转弯半径；按照计算出的各驱动轮的速度，相应对各驱动轮的速度进行调整以完成转向。本发明通过实时获取AGV小车的车体转弯半径以及其中一个驱动轮的速度，相应地计算出其他各个驱动轮的速度并进行调节，从而达到各个驱动轮的平稳转向，提高了驱动效果，避免了侧翻现象。
Description
技术领域
本发明涉及一种四轮驱动转向的控制方法及装置，属于AGV运动控制技术领域。
背景技术
随着工业自动化的不断发展，物流仓储系统也随之进步和完善。其中自动物流运输车(AGV)作为移动机器人领域的一员，在物流仓储领域逐渐得到应用。AGV是指装备有电磁或光学等自动导引装置，在上位机的控制之下，沿规定的导引路径行驶，完成自动停靠等一系列任务。
AGV小车需要适应复杂的工厂环境，传统的AGV小车一般采用双差速驱动或单轮驱动，双差速驱动的方式完全靠内外轮之间的速度差来实现转向，小车在转弯的过程中就存在车轮滑移、震动等情况，进而容易使车轮磨损，差速控制的本质也造成了能量损耗大的特点；单轮驱动则是仅使用一个驱动轮来实现行驶和转向的功能，另外再利用两个从动轮作为支撑，这种驱动方式的小车双向运动性能差，转向时容易使小车脱离预定轨道，造成安全事故，且其转弯半径大。因此，开发一种新型AGV的运动转向控制方法具有很强的现实意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种四轮驱动转向的控制方法及装置，用于解决现有AGV小车转向驱动效果较差的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种四轮驱动转向的控制方法，包括以下方案：
方法方案一：步骤如下：
获取AGV小车的车体转弯半径以及其中一个驱动轮的速度；
根据获取的车体转弯半径和驱动轮的速度，计算其他各驱动轮的速度，其数学表达式如下：
其中，Vout为AGV小车的前外驱动轮的速度或后外驱动轮的速度，Vin为AGV小车的前内驱动轮的速度或后内驱动轮的速度，W、L分别为AGV小车的内外驱动轮距离、前后驱动轮距离，R为车体转弯半径；
按照计算出的各驱动轮的速度，相应对各驱动轮的速度进行调整以完成转向。
方法方案二：在方法方案一的基础上，通过实时检测和计算来获取AGV小车的车体转弯半径。
方法方案三、四：分别在方法方案一、二的基础上，通过给定来获取AGV小车其中一个驱动轮的速度。
本发明还提供了一种四轮驱动转向的控制装置，包括以下方案：
装置方案一：包括处理器和存储器，所述处理器用于处理存储在存储器中的指令以实现如下方法：
获取AGV小车的车体转弯半径以及其中一个驱动轮的速度；
根据获取的车体转弯半径和驱动轮的速度，计算其他各驱动轮的速度，其数学表达式如下：
其中，Vout为AGV小车的前外驱动轮的速度或后外驱动轮的速度，Vin为AGV小车的前内驱动轮的速度或后内驱动轮的速度，W、L分别为AGV小车的内外驱动轮距离、前后驱动轮距离，R为车体转弯半径；
按照计算出的各驱动轮的速度，相应对各驱动轮的速度进行调整以完成转向。
装置方案二：在装置方案一的基础上，所述处理器还用于处理存储在存储器中的指令以实现如下方法：
通过实时检测和计算来获取AGV小车的车体转弯半径。
本发明的有益效果是：将阿克曼原理应用到AGV小车四轮驱动控制中，通过实时获取AGV小车的车体转弯半径以及其中一个驱动轮的速度，相应地计算出其他各个驱动轮的速度并进行调节，从而达到各个驱动轮的平稳转向，避免了侧翻现象，提高了驱动效果，能够满足自动化工厂灵活性、柔性和经济实用的要求。
附图说明
图1是本发明所建立的转向运动模型。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
本发明提供了一种四轮驱动转向的控制方法，具体包括以下步骤：
(1)根据AGV小车的运动特点，建立转向运动模型。
所建立的转向运动模型如图1所示，该模型诠释了AGV在转向时的运动情况。其中，在XIOIYI坐标系内，AGV小车的前外驱动轮1、前内驱动轮2、后外驱动轮3、后内驱动轮4的转角分别为θ1、θ2、θ3、θ4，对应驱动轮的转弯半径分别为R1、R2、R3、R4，行驶速度分别为V1、V2、V3、V4。AGV小车的内外驱动轮距离、前后驱动轮距离分别记为W、L，AGV小车的弯道圆心记为O，AGV小车的车体质心记为Or，小车整体的速度记为V，速度V的方向向量记为Yr，与速度V垂直的指向弯道圆心O的方向向量记为Xr，小车的车体转弯半径记为R，即车体质心Or与小车的弯道圆心O之间的距离为R。
(2)根据四轮转向原理，获取AGV小车转向时的各驱动轮转角对应关系。
由于四轮转向时可以完全满足阿克曼原理，因此四轮转向时的转角关系满足：
(3)获取AGV小车的车体转弯半径R，根据转向运动模型，利用几何学原理建立各驱动轮转角与车体转弯半径R之间的函数关系，从而求出各个转向角的大小。
其中，AGV小车的车体转弯半径R可以通过实时检测和计算来获取，例如根据实时检测到或者接收到的转弯程度的大小，来计算出相应的转弯半径。由于计算车体转弯半径属于现有技术，此处不再赘述。
具体的，求取出的各个转向角的大小关系如下：
其中，θout、θin分别为AGV小车的外侧驱动轮、内侧驱动轮的转向角。
(4)根据运动模型的几何关系，建立各驱动轮转弯半径之间的关系：
(5)获取AGV小车其中一个驱动轮的速度，根据驱动轮行驶速度与驱动轮转弯半径和各驱动轮转弯角速度w的关系，转向时根据各驱动轮的运动学关系可得出：
根据式(3)、(4)、可得轮毂电机行驶速度与转弯半径的关系：
根据上述步骤(1)至(5)，知道某一驱动轮的速度，即可得出其他各轮速度。其中一个驱动轮速度的获取可根据应用人为给定，也可以通过其他控制器计算给定。
(6)按照计算出的驱动轮速度，对各驱动轮的实际速度进行调整以完成转向。
通过上述步骤，控制AGV完成转向，后期还可以利用相应的控制算法完成AGV轨迹优化。
上述四轮驱动转向的控制方法将阿克曼原理应用于四驱AGV转向控制算法之中，克服了原有AGV双轮差速转向时的震动问题以及单轮驱动转向时的偏移路径问题，可以实现平稳转向，具有很强的现实应用意义。
本发明还提供了一种四轮驱动转向的控制装置，包括处理器和存储器，所述处理器用于处理存储在存储器中的指令以实现如下方法：
获取AGV小车的车体转弯半径以及其中一个驱动轮的速度；
根据获取的车体转弯半径和驱动轮的速度，计算其他各驱动轮的速度，其数学表达式如下：
其中，Vout为AGV小车的前外驱动轮的速度或后外驱动轮的速度，Vin为AGV小车的前内驱动轮的速度或后内驱动轮的速度，W、L分别为AGV小车的内外驱动轮距离、前后驱动轮距离，R为车体转弯半径；
按照计算出的各驱动轮的速度，相应对各驱动轮的速度进行调整以完成转向。
该四轮驱动转向的控制装置的核心是实现上述的四轮驱动转向的控制方法，由于已对该控制方法进行了详细介绍，此处对控制装置不再赘述。
Claims (5)
1.一种四轮驱动转向的控制方法，其特征在于，步骤如下：
获取AGV小车的车体转弯半径以及其中一个驱动轮的速度；
根据获取的车体转弯半径和驱动轮的速度，计算其他各驱动轮的速度，其数学表达式如下：
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其中，Vout为AGV小车的前外驱动轮的速度或后外驱动轮的速度，Vin为AGV小车的前内驱动轮的速度或后内驱动轮的速度，W、L分别为AGV小车的内外驱动轮距离、前后驱动轮距离，R为车体转弯半径；
按照计算出的各驱动轮的速度，相应对各驱动轮的速度进行调整以完成转向。
2.根据权利要求1所述的四轮驱动转向的控制方法，其特征在于，通过实时检测和计算来获取AGV小车的车体转弯半径。
3.根据权利要求1或2所述的四轮驱动转向的控制方法，其特征在于，通过给定来获取AGV小车其中一个驱动轮的速度。
4.一种四轮驱动转向的控制装置，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器用于处理存储在存储器中的指令以实现如下方法：
获取AGV小车的车体转弯半径以及其中一个驱动轮的速度；
根据获取的车体转弯半径和驱动轮的速度，计算其他各驱动轮的速度，其数学表达式如下：
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其中，Vout为AGV小车的前外驱动轮的速度或后外驱动轮的速度，Vin为AGV小车的前内驱动轮的速度或后内驱动轮的速度，W、L分别为AGV小车的内外驱动轮距离、前后驱动轮距离，R为车体转弯半径；
按照计算出的各驱动轮的速度，相应对各驱动轮的速度进行调整以完成转向。
5.根据权利要求4所述的四轮驱动转向的控制装置，其特征在于，所述处理器还用于处理存储在存储器中的指令以实现如下方法：
通过实时检测和计算来获取AGV小车的车体转弯半径。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20191106 Address after: 461500 No.19, west side of South section of Weiwu Road, heshiqiao Town, mayor of Xuchang, Henan Province Applicant after: Henan Senyuan Zhongfeng Intelligent Manufacturing Co., Ltd Address before: Changge City, Xuchang City, Henan province 461500 Weiwu Road, South West Applicant before: Henan Senyuan Electric Co., Ltd. |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180309 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |