AGV运输速度控制方法、系统、设备及介质与流程

agv运输速度控制方法、系统、设备及介质
技术领域
1.本发明涉及智能机器人技术领域，尤其是一种agv运输速度控制方法、系统、设备及介质。


背景技术：

2.agv是自动导引车(automated guided vehicle)，指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，工业应用中不需驾驶员的搬运车，以可充电之蓄电池为其动力来源。一般可透过电脑来控制其行进路线以及行为，或者是利用电磁轨道(electromagnetic path-following system)来设立其行进路线，电磁轨道黏贴於地板上，无人搬运车则依循电磁轨道所带来的讯息进行移动与动作。
3.为减少agv在启停阶段产生的冲击、失步、超程或振荡，必须设计专门的加减速控制规律，使agv行驶电机的输入(频率、电压)按照给定规律变化，使agv在各种工况下都能快速、平稳地启停，减少货物晃动，从而增加agv的机动性和使用寿命。目前，大部分搬运装置速度控制设计简单，主要是依靠摩擦力来保持货架与agv的相对位置关系，在启动或者停止情况下，货物很有可能会倾倒或者失稳。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种agv运输速度控制方法、系统、设备及介质，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
5.第一方面，提供一种agv运输速度控制方法，包括：
6.检测agv搭载货物的货物重量和agv运行时搭载货物的晃动程度；
7.依据货物重量和晃动程度判断搭载货物的货物类型；
8.依据货物类型和行进路径构建运动速度模型，在加速阶段和减速阶段中动态控制agv的速度；所述运动速度模型具有加速阶段、匀速阶段和减速阶段。
9.进一步地，所述依据所述货物重量和晃动程度判断搭载货物的货物类型，包括；
10.当晃动程度大于晃动预设值时，判断货物类型为易倾倒货物；
11.当晃动程度小于活动预设值且货物重量大于重量预设值，判断货物类型为重型货物；
12.当晃动程度小于活动预设值且货物重量小于重量预设值，判断货物类型为轻型货物。
13.进一步地，所述依据货物类型和行进路径构建运动速度模型，在加速阶段和减速阶段中动态控制agv的速度，包括：
14.依据易倾倒货物和行进路径构建运动速度模型；所述易倾倒货物的晃动程度大于晃动预设值；
15.在加速阶段控制agv以变化率递减的加速度作变加速直线运动，在达到目标速度
后进入匀速阶段；
16.在剩余行进路径的长度小于第二阈值长度时进入减速阶段，控制agv以变化率递增的加速度作变减速直线运动至运行路径的终点并停止。
17.进一步地，所述依据易倾倒货物和行进路径构建运动速度模型，包括：
18.在加速阶段，迭代产生由不同变化率的加速度所产生的速度曲线；
19.获得中点加速度与agv最佳启动加速度偏离最小的速度曲线，将该速度曲线所对应的加速度变化率代入至运动速度模型。
20.进一步地，所述依据货物类型和行进路径构建运动速度模型，在加速阶段和减速阶段中动态控制agv的速度，包括：
21.依据重型货物和行进路径构建运动速度模型；所述重型货物的晃动程度小于活动预设值且货物重量大于重量预设值；
22.在加速阶段控制agv以变化率先增后减的加速度作变加速直线运动，在达到目标速度后进入匀速阶段；
23.在剩余行进路径的长度小于第三阈值长度时进入减速阶段，控制agv以变化率先增后减的加速度作变减速直线运动至运行路径的终点并停止。
24.进一步地，所述依据货物类型和行进路径构建运动速度模型，在加速阶段和减速阶段中动态控制agv的速度，包括：
25.依据轻型货物和行进路径构建运动速度模型；所述轻型货物的晃动程度小于活动预设值且货物重量小于重量预设值；
26.在加速阶段控制agv匀加速以达到目标速度，并在达到目标速度后进入匀速阶段；
27.在剩余行进路径的长度小于第一阈值长度时进入减速阶段，控制agv匀减速行进至运行路径的终点并停止。
28.第二方面，提供一种agv运输速度控制系统，包括：
29.检测模块，用于检测agv搭载货物的货物重量和agv运行时搭载货物的晃动程度；
30.判断模块，用于依据货物重量和晃动程度判断搭载货物的货物类型；
31.驱动模块，用于依据货物类型动态控制agv在行进过程中的速度。
32.第三方面，提供一种计算机设备，包括：
33.存储器，存储有计算机程序；
34.处理器，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所述的agv运输速度控制方法。
35.第四方面，提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的agv运输速度控制方法。
36.本发明的有益效果：根据agv搭载的货物类型，控制agv在启动时的加速阶段和制动时的减速阶段时的速度，从而适应该货物的自身特性，减少agv在启停阶段产生的冲击、失步、超程或振荡，延长agv的机动性和使用寿命。
附图说明
37.图1是根据一实施例示出的agv运输速度控制方法的流程图。
38.图2是根据第一个实施例示出的agv运输速度控制方法的步骤s300的子步骤的流
程图。
39.图3是图2实施例公开的运动速度模型的曲线图。
40.图4是根据第二个实施例示出的agv运输速度控制方法的步骤s300的子步骤的流程图。
41.图5是图4实施例公开的运动速度模型的曲线图。
42.图6是根据第三个实施例示出的agv运输速度控制方法的步骤s300的子步骤的流程图。
43.图7是图6实施例公开的运动速度模型的曲线图。
44.图8是图6实施例公开的调整后的运动速度模型的曲线图。
45.图9是根据一实施例示出的一种agv运输速度控制系统的结构框图。
46.图10是根据一实施例示出的一种计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
47.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清晰，下面将结合实施例和附图，对本发明作进一步的描述。
48.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
49.根据本发明的第一方面，提供一种agv运输速度控制方法，应用于agv小车在运输过程中的速度控制。
50.参阅图1，图1是根据一实施例示出的agv运输速度控制方法的流程图。如图1所示，所述方法包括以下步骤：
51.步骤s100.检测agv搭载货物的货物重量和agv运行时搭载货物的晃动程度。
52.其中，agv的载货机构(例如是叉车式agv的叉臂)设置有振动测试仪，通过振动测试仪测量agv行进过程由货物造成的载货机构振动频率信息，由于货物与agv的载货机构直接接触，因此可以用载货机构振动频率信息来衡量货物晃动程度的情况。
53.agv可以是设置有压力传感器，通过压力传感器测量货物重量，也可以是在agv搭载货物前对货物进行称重，通过无线通信将称重得到的货物重量传送至agv。
54.步骤s200.依据货物重量和晃动程度判断搭载货物的货物类型。
55.其中，本实施例提供的agv运输速度控制方法依据货物重量和晃动程度将货物分为三种类型，分别是易倾倒货物、重型货物以及轻型货物。依据货物重量和晃动程度判断搭载货物的货物类型的具体步骤为：
56.当晃动程度大于晃动预设值时，判断货物类型为易倾倒货物，易倾倒货物容易在搬运过程中发生重心变化而翻侧或翻到。示例性地，易倾倒货物可以是液体货物和堆叠起来的码垛等。
57.当晃动程度小于活动预设值且货物重量大于重量预设值，判断货物类型为重型货物，重型货物具有惯性较大的特点。
58.当晃动程度小于活动预设值且货物重量小于重量预设值，判断货物类型为轻型货
物，轻型货物惯性小且不容易翻侧或翻到。
59.步骤s300.依据货物类型和行进路径构建运动速度模型，在加速阶段和减速阶段中动态控制agv的速度。
60.其中，运动速度模型具有加速阶段、匀速阶段和减速阶段。根据上述步骤s200判断的货物类型，选择对应的速度控制策略对agv加以控制，以适应该货物类型的特点。
61.具体地，agv在运输过程中作直线运动，加速阶段是agv的启动阶段，agv搭载货物并开始进行运输，agv从速度为零开始加速至目标速度，加速至目标速度后agv进入匀速阶段，agv以目标速度作匀速直线运动，向行进路径的终点行进，当即将到达行进路径的终点时，进入减速阶段，agv的速度逐渐下降至零并到达行进路径的终点。
62.在本实施例中，根据agv搭载的货物类型，控制agv在启动时的加速阶段和制动时的减速阶段时的速度，从而适应该货物的自身特性，减少agv在启停阶段产生的冲击、失步、超程或振荡，延长agv的机动性和使用寿命。
63.下面对三种根据货物类型动态控制agv在行进过程中的速度的具体步骤及原理作进一步说明。
64.参阅图2，图2是根据第一个实施例示出的agv运输速度控制方法的步骤s300的子步骤的流程图。如图2所示，所述方法包括以下步骤：
65.步骤s310.依据易倾倒货物和行进路径构建运动速度模型。
66.其中，易倾倒货物的晃动程度大于晃动预设值。
67.步骤s320.在加速阶段控制agv以变化率递减的加速度作变加速直线运动，在达到目标速度后进入匀速阶段。
68.步骤s330.在剩余行进路径的长度小于第二阈值长度时进入减速阶段，控制agv以变化率递增的加速度作变减速直线运动至运行路径的终点并停止。
69.由于易倾倒货物容易在搬运过程中重心发生变化，如按找常规的加速或减速控制进行速度规划，容易导致货物晃动或含液体的货物波动较大的现象，因此，在加速阶段的起始部分和减速阶段的结束部分均采用变化率较少的加速度控制agv进行变速运动，减少货物晃动程度。
70.本实施例提供一种搭载易倾倒货物时采用的运动速度模型。
71.依据易倾倒货物和行进路径构建如下运动速度模型：
[0072][0073]
其中，v
(t)
表示当前速度，v
(m)
表示目标速度，τ表示该模型的速度曲线的曲率因数，t表示当前时间，表示该模型的相位角，(t0,t1)表示加速阶段，(t1,t2)表示匀速阶段，(t2,t3)表示减速阶段。
[0074]
本实施例采用如下步骤对参数τ和进行设计：
[0075]
(1)在加速阶段，迭代产生由不同变化率的加速度所产生的速度曲线。
[0076]
(2)获得中点加速度与agv最佳启动加速度偏离最小的速度曲线，将该速度曲线所对应的加速度变化率代入至运动速度模型。
[0077]
具体地，本实施例采用遗传算法迭代地生成速度曲线的曲率因数τ，求取根据迭代地生成速度曲线的曲率因数τ产生的速度曲线在加速阶段的中点加速度，将各个迭代获得的中点加速度与agv载货直线往返运动得出的最佳启动加速度进行比较，与最佳启动加速度偏离最小的中点加速度所对应的曲率因数τ视为最优解，使用该曲率因数τ的运动速度模型最为符合agv的速度增加规律。
[0078]
而相位角是速度曲线在时间轴上的偏移量，其实际的物理含义是agv在加速阶段以及匀速阶段的时间，使用下式求取即：
[0079][0080]
其中，s1表示加速阶段的位移量，s2表示匀速阶段的位移量，vm表示目标速度，am表示最佳启动加速度，更为具体是在加速阶段或减速阶段agv搭载易倾倒货物来回直线运动选取的最佳数值。
[0081]
根据上述过程得到的运动速度模型所对应的速度曲线如图3所示，在本实施例中，加速阶段的曲率因数τ＝3.8。
[0082]
参阅图4，图4是根据第二个实施例示出的agv运输速度控制方法的步骤s300的子步骤的流程图。如图4所示，所述方法包括以下步骤：
[0083]
步骤s340.依据重型货物和行进路径构建运动速度模型。
[0084]
其中，重型货物的晃动程度小于活动预设值且货物重量大于重量预设值。
[0085]
步骤s350.在加速阶段控制agv以变化率先增后减的加速度作变加速直线运动，在达到目标速度后进入匀速阶段。
[0086]
步骤s360.在剩余行进路径的长度小于第三阈值长度时进入减速阶段，控制agv以变化率先增后减的加速度作变减速直线运动至运行路径的终点并停止。
[0087]
由于重型货物的运动惯性比较大，按照常规的加减速控制测量进行速度规划，agv的运行速度与规划偏差较大，导致agv响应较慢，因此，在加速阶段控制agv以变化率先增后减的加速度作变加速直线运动，补偿由于重型货物自身质量导致响应慢的缺陷，随着加速阶段结束，加速度以变化率较低的加速度进入匀速阶段，避免惯性影响切换过程，同理，从匀速阶段进入减速阶段时，控制agv以变化率先增后减的加速度作变减速直线运动，加速度的变化率逐渐减少，直至agv停下。
[0088]
本实施例提供一种搭载重型货物时采用的运动速度模型。
[0089]
依据重型货物和行进路径构建如下运动速度模型：
[0090][0091]
其中，v
(t)
表示当前速度，v
(m)
表示目标速度，σ表示该模型的速度曲线的曲率因数，t表示当前时间，θ表示该模型的相位角，e表示自然常数，(t0,t1)表示加速阶段，(t1,t2)表示匀速阶段，(t2,t3)表示减速阶段。
[0092]
本实施例采用如下步骤对参数σ和θ进行设计：
[0093]
该模型是依据直线加减速进行建立的，设定在加速阶段的末端可以达到目标速度vm，则有：
[0094][0095]
其中，am表示agv的最佳启动加速度，更为具体是在加速阶段或减速阶段agv搭载重型货物来回直线运动选取的最佳数值。
[0096]
假设agv行进到加速阶段的末端时，将t＝t1以及v
(t)
＝vm δ代入到上述关于重型货物的运动速度模型，得到：
[0097][0098]
其中，δ表示预设偏差量，用于提高运算效率和容错率，只要agv速度在vm±
δ范围内，即可认为agv速度达到目标值vm。
[0099]
而相位角θ是速度曲线在时间轴上的偏移量，其实际的物理含义是agv在加速阶段以及匀速阶段的时间，使用下式求取：
[0100][0101]
其中，s1表示加速阶段的位移量，s2表示匀速阶段的位移量，vm表示目标速度，am表示agv的最佳启动加速度。
[0102]
根据上述过程得到的运动速度模型所对应的速度曲线如图5所示，与常规的加减控制模型相比，本实施例提供的运动速度模型具有平滑性好和运动精度高的特点。
[0103]
参阅图6，图6是根据第三个实施例示出的agv运输速度控制方法的步骤s300的子步骤的流程图。如图6所示，所述方法包括以下步骤：
[0104]
步骤s370.依据轻型货物和行进路径构建运动速度模型。
[0105]
其中，轻型货物的晃动程度小于活动预设值且货物重量小于重量预设值。
[0106]
步骤s380.在加速阶段控制agv匀加速以达到目标速度，并在达到目标速度后进入
匀速阶段。
[0107]
步骤s390.在剩余行进路径的长度小于第一阈值长度时进入减速阶段，控制agv匀减速行进至运行路径的终点并停止。
[0108]
对应轻型货物(轻量货物、标量货物或空载)，其运动惯性小且不容易发生翻倒或翻侧，对与agv的运输要求以及机动性能要求不高，因此，在加速阶段和减速阶段采用匀变速控制agv，已达到平稳且高效率的运输效果。
[0109]
本实施例提供一种搭载轻型货物时采用的运动速度模型。
[0110]
依据轻型货物和行进路径构建如下运动速度模型：
[0111][0112]
其中，v
(t)
表示当前速度，v
(m)
表示目标速度，t表示当前时间，am表示agv的最佳启动加速度，(t0,t1)表示加速阶段，(t1,t2)表示匀速阶段，(t2,t3)表示减速阶段，根据上述过程得到的运动速度模型所对应的速度曲线如图7所示。
[0113]
在本实施例中，由于行进路径的长度有别，可能需要考虑是否有足够时间让agv加速到设定的目标速度。
[0114]
为解决该问题，通过计算加速阶段的位移量和减速阶段的位移量，将上述两个阶段的位移量之和与行进路径的长度进行比较，若大于行进路径的长度则认为没有足够时间让agv加速到设定的目标速度，此时将运动速度模型调整至如下形式：
[0115][0116]
其中，v
(t)
表示当前速度，v
(
′
m)
表示加速到行进路径一半路程的速度，t表示当前时间，am表示agv的最佳启动加速度，(t0,t1′
)表示调整后的加速阶段，(t1′
,t2′
)表示调整后的减速阶段，本实施例调整后的运动速度模型所对应的速度曲线如图8所示。
[0117]
根据本发明的第二方面，提供一种agv运输速度控制系统。
[0118]
参阅图9，图9是根据一实施例示出的一种agv运输速度控制系统的结构框图。如图9所示，所述系统包括：
[0119]
检测模块901，用于检测agv搭载货物的货物重量和agv运行时搭载货物的晃动程度；
[0120]
判断模块902，用于依据货物重量和晃动程度判断搭载货物的货物类型；
[0121]
驱动模块903，用于依据货物类型动态控制agv在行进过程中的速度。
[0122]
所述agv运输速度控制系统执行上述第一方面的agv运输速度控制方法，关于agv运输速度控制系统的具体限定可以参见上文中对于agv运输速度控制方法的限定，在此不
再赘述。
[0123]
上述agv运输速度控制系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0124]
根据本发明的第三方面，还提供一种计算机设备。
[0125]
参阅图10，图10是根据一实施例示出的一种计算机设备的内部结构图。如图10所示，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机程序被处理器执行时以实现第一方面所述的一种agv运输速度控制方法。
[0126]
存储器和处理器各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。处理器用于控制agv小车，处理器包括至少一个可以软件或者是固件(firmware)的形式存储于存储器中或者是固化在服务器的操作系统(operating system，os)中的软件功能模块。处理器用于执行存储器中存储的可执行模块。
[0127]
其中，存储器可以是随机存取存储器(random access memory，ram)，只读存储器(read only memory，rom)，可编程只读存储器(programmable read-only memory，prom)，可擦除只读存储器(erasable programmable read-only memory，eprom)，电可擦除只读存储器(electric erasable programmable read-only memory，eeprom)等。其中，存储器用于存储程序以及语音数据，处理器在接收到执行指令后，执行程序。
[0128]
处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，简称cpu)、网络处理器(network processor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现成可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0129]
处理器将各种输入/输入装置耦合至处理器以及存储器。在一些实施例中，处理器以及存储器可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。
[0130]
外设接口将各种输入/输入装置耦合至处理器以及存储器。在一些实施例中，外设接口，处理器及存储器可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。
[0131]
根据本发明的第四方面，还提供一种计算机存储介质。
[0132]
所述计算机存储介质中存储有计算机程序，计算机存储介质可以是磁性随机存取存储器、只读存储器、可编程只读存储器、可擦除可编程只读存储器、电可擦除可编程只读存储器、快闪存储器、磁表面存储器、光盘、或只读光盘等；也可以是包括上述存储器之一或任意组合的各种设备，如移动电话、计算机、平板设备、个人数字助理等。所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的一种agv运输速度控制方法。
[0133]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0134]
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
[0135]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。