一种多舵轮AGV轨迹跟踪控制方法

本发明涉及车辆运动控制，具体涉及一种多舵轮agv轨迹跟踪控制方法。

背景技术：

1、多舵轮自动导引车通常配置两组以上可独立控制转速和转角的舵轮，通过各组舵轮协同实现直行、横移、转向及曲线行驶，并可通过增加舵轮数量满足重载运输需求。此类车辆广泛应用于结构化工业环境，通常沿磁条、色带等固定目标轨迹运行。

2、现有多舵轮自动导引车在固定轨迹场景中，多采用pid控制或模型预测控制实现轨迹跟踪。pid控制根据车辆相对于目标轨迹的偏差生成纠偏量，并通过比例、积分和微分环节调节车辆运动；模型预测控制则依据车辆状态空间模型，在各控制周期内预测车辆运动状态并求取控制量，再转换为各舵轮的转向和行走控制指令。

3、然而，pid控制的比例增益较小时，车辆在大曲率弯道或较大横向偏差下容易出现纠偏力度不足和响应滞后；比例增益较大时，车辆在小偏差区又容易发生超调、振荡或舵轮往复微振，积分环节还可能造成输出饱和。模型预测控制依赖较准确的车辆模型，且控制周期内计算负荷较大。因此，现有方法难以同时兼顾小偏差平稳修正、较大偏差及时纠偏以及多舵轮转向与行走指令的协调执行。

4、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。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供了一种多舵轮agv轨迹跟踪控制方法，用以解决现有技术中难以同时兼顾小偏差平稳修正、较大偏差及时纠偏以及多舵轮转向与行走指令协调执行的问题。

2、本发明的技术方案为：一种多舵轮agv轨迹跟踪控制方法，所述轨迹跟踪控制方法包括：通过车头轨迹检测传感器和车尾轨迹检测传感器，分别获取车头检测点、车尾检测点相对于固定目标轨迹的第一横向偏移距离、第二横向偏移距离，并以传感器中心至有效检测边界的距离作为最大横向偏移距离；将两横向偏移距离分别输入同一连续非线性映射，以小偏差增益系数作为零偏移附近的映射基准距离，，映射基准距离随归一化横向偏移量增大而由小偏差增益系数向中偏差增益系数连续过渡，并由最大调整角限定映射输出；其中，所述小偏差增益系数大于中偏差增益系数，所述中偏差增益系数大于由最大横向偏移距离和最大调整角共同确定的边界距离量，以生成前轮轴中心点实时期望偏转角和后轮轴中心点实时期望偏转角；根据两实时期望偏转角及前轮轴中心与后轮轴中心之间的间距进行分支判定，确定实时期望转动中心；根据所述实时期望转动中心与各组舵轮中心的坐标关系，确定各组舵轮的期望偏转角和转动半径，以最大转动半径为归一化基准，按转动半径比例分配当前行走速度；根据各组舵轮的期望偏转角、实际偏转角及指令周期确定转向速度，并将行走速度和转向速度发送至对应舵轮伺服驱动器。

3、可选地，所述通过车头轨迹检测传感器和车尾轨迹检测传感器，分别获取第一横向偏移距离、第二横向偏移距离，并以传感器中心至有效检测边界的距离作为最大横向偏移距离，包括：以车辆中心为原点、车身横向为横轴、车身纵向为纵轴，并以车身右侧和车头方向为正向；将两轨迹检测传感器的中心设置于所述纵轴上，以对应传感器中心作为车头检测点或车尾检测点；由两轨迹检测传感器分别检测所述固定目标轨迹，并将传感器中心至有效检测边界的距离确定为所述最大横向偏移距离。

4、可选地，所述将两横向偏移距离分别输入同一连续非线性映射，包括：将所述第一横向偏移距离和所述第二横向偏移距离分别作为前轮轴中心点和后轮轴中心点的映射输入，并按照横向偏移方向确定对应实时期望偏转角的偏转方向；以所述小偏差增益系数作为零偏移附近的映射基准距离，基于横向偏移距离相对于所述最大横向偏移距离的变化，使映射基准距离在小偏差增益系数和中偏差增益系数之间线性连续过渡；再使动态增益调节因子以归一化横向偏移量为权重，在所述动态映射基准距离和边界距离量之间线性插值；从而使基于所述动态增益调节因子计算得到的实时期望偏转角随归一化横向偏移量增大而呈非线性变化，使映射输出在零偏移附近连续且保持低灵敏，并在横向偏移距离增大时提高偏转响应，且不超过所述最大调整角。

5、可选地，所述最大调整角、小偏差增益系数、中偏差增益系数和边界距离量，包括：将所述最大调整角设置为角度量，将所述小偏差增益系数、所述中偏差增益系数和所述边界距离量设置为距离量；根据所述最大横向偏移距离和所述最大调整角确定所述边界距离量，并使所述小偏差增益系数大于所述中偏差增益系数，所述中偏差增益系数大于所述边界距离量；以轨迹检测传感器中心至车辆中心的距离作为所述小偏差增益系数的初始值，并取该初始值与所述边界距离量的中间值作为所述中偏差增益系数的初始值。

6、可选地，所述最大调整角的标定，包括：使多舵轮agv运行于极限曲率弯道段，并记录车辆相对于所述固定目标轨迹的外偏状态、舵轮与地面的侧滑状态以及货物姿态；当车辆频繁外偏或脱离所述固定目标轨迹时增大所述最大调整角，当出现舵轮侧滑或货物倾覆风险时减小所述最大调整角；重复运行和调整，直至车辆在所述极限曲率弯道段稳定跟随所述固定目标轨迹，将对应的最大调整角确定为标定值。

7、可选地，所述小偏差增益系数和中偏差增益系数的标定，包括：使多舵轮agv运行于直道段，当舵轮发生往复微振时增大所述小偏差增益系数，当车辆收敛过慢时减小所述小偏差增益系数，直至车辆平稳修正微小偏差；使多舵轮agv运行于大曲率弯道段，当车辆外偏且响应滞后时减小所述中偏差增益系数，当车辆修正过猛或发生甩尾时增大所述中偏差增益系数，直至车辆稳定跟随所述固定目标轨迹。

8、可选地，所述根据两实时期望偏转角及前轮轴中心与后轮轴中心之间的间距进行分支判定，确定实时期望转动中心，包括：比较所述前轮轴中心点实时期望偏转角和所述后轮轴中心点实时期望偏转角；当两者相同时，按照等角状态下前轮轴中心和后轮轴中心的运动几何关系确定所述实时期望转动中心；当两者不同时，按照非等角状态下所述间距和转向方向的运动几何关系确定所述实时期望转动中心。

9、可选地，所述根据所述实时期望转动中心与各组舵轮中心的坐标关系，确定各组舵轮的期望偏转角，包括：当所述实时期望转动中心与目标舵轮中心位于同一车身横向基准线上时，将所述目标舵轮的期望偏转角设为零；当两者位于同一车身纵向基准线上时，根据所述实时期望转动中心相对于目标舵轮中心的纵向位置和转动方向确定极限偏转方向；在其余情况下，根据目标舵轮中心指向所述实时期望转动中心的连线方向确定期望偏转角，并以顺时针偏转为正。

10、可选地，所述确定各组舵轮的转动半径，以最大转动半径为归一化基准，按转动半径比例分配当前行走速度，包括：以各组舵轮中心至所述实时期望转动中心的几何距离作为对应舵轮的转动半径；确定各组舵轮中的最大转动半径，使具有所述最大转动半径的舵轮行走速度等于所述当前行走速度；按照各舵轮转动半径与所述最大转动半径的比例关系，确定其余各组舵轮的行走速度。

11、可选地，所述根据各组舵轮的期望偏转角、实际偏转角及指令周期确定转向速度，并将行走速度和转向速度发送至对应舵轮伺服驱动器，包括：在每一指令周期获取各组舵轮的实际偏转角，确定各组舵轮由实际偏转角调整至对应期望偏转角的调整方向和调整量；按照使各组舵轮在下一指令周期到达对应期望偏转角的周期到达策略，生成各组舵轮的转向速度；将各组舵轮的行走速度和转向速度组成同步控制指令，发送至对应舵轮伺服驱动器。

12、本发明的有益效果在于：

13、本发明通过车头轨迹检测传感器和车尾轨迹检测传感器分别获取相对于固定目标轨迹的横向偏移距离，并将两项横向偏移距离输入受小偏差增益系数、中偏差增益系数和最大调整角约束的同一连续非线性映射，使车辆在接近目标轨迹时形成较平缓的偏转响应，在横向偏移增大时形成较快的纠偏响应，并在极限偏移处精确收敛于所述最大调整角；进一步根据前、后轮轴中心点实时期望偏转角确定实时期望转动中心，计算各组舵轮的期望偏转角和转动半径，以最大转动半径为基准分配行走速度，再结合实际偏转角和指令周期生成转向速度并同步下发，使各组舵轮的转向与行走控制保持协调。由此，能够兼顾小偏差平稳修正和较大偏差及时纠偏，降低控制周期的计算负担，并提高固定轨迹运行的稳定性、实时性及参数适配能力。