一种基于二维码定位导航的AGV控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于二维码定位导航的AGV控制系统及其控制方法，属于AGV控制领域。所述方法优化了小车上电初始化步骤，提供一种上电自动简单归位程序，通过新式归位方法，解决了传统AGV上电后处于静默状态，无法自动简单归位的缺点，达到了启动自动消除角度偏差，简化后续纠偏复杂度的目的；通过多策略纠偏方案，解决了传统纠偏方式的单一化，应用面窄的问题，达到了简化纠偏方式，有效减少纠偏时间的目的；通过多传感器数据融合，解决了传统纠偏方案中获取数据单一，数据获取片面化，导致纠偏策略的失效的问题，有效地提高了AGV控制系统的稳定性和纠偏精度。系统的稳定性和纠偏精度。系统的稳定性和纠偏精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二维码定位导航的AGV控制系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及一种基于二维码定位导航的AGV控制系统及其控制方法，属于AGV控制领域。

技术介绍

[0002]随着科技的发展进步和购物方式的重大变革，物流分拣设备在生产制造、分拣运输和资源配置领域发挥着越来越重要的作用。根据物流仓储设备的最新发展报告显示，我国绝大多数分拣仓库的自动化设备覆盖率仍旧很低，主要还是依靠人力来完成分拣工作，人工成本占总成本比例超过30％。
[0003]为了降低人工成本，提高分拣仓库的空间利用率，智能化无人仓储逐渐成为物流领域的主流研究方向。随着研究的日益深入，自动导航小车(Automated Guided Vehicle，AGV)作为一种能够减少搬运时间、降低管理和人工成本的新型自动化物流设备，开始进入行业视野。AGV是一款以车载大功率电池为动力来源，装有电磁学或光学等非接触式导引装置的自动化运输设备，该设备能够在装载包裹任务的同时按照预先规划的导引路径行驶。AGV在满充情况下能够以1
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2m/s的运行速度连续工作4小时以上，同时可以将分拣过程中产生的所有相关信息储存在实时更新的数据库中，这不仅能极大提升仓库分拣效率，还可以大幅度减少人工和管理成本。随着AGV功能的不断完善，该设备在相关领域也发挥着越来越重要的作用。
[0004]近年来，随着科技的不断进步，AGV导引方式也随之不断发展，常用的AGV导引方式有很多，如电磁导引、磁带导引、二维码导引、光学导引等固定路径导引，惯性导引、SLAM导引、GPS导引等自由路径导引。根据AGV自身的类型、结构和应用场景的不同，可选用不同的导引方式。
[0005]电磁导引方式不易污染和破损，但是无法更改行驶路径，所以电磁导引适用于路径不需要经常变动且路况比较简单的场地。惯性导引只能得到AGV自身的位置姿态和方向速度，不能获得AGV在地图中的位置信息，因此惯性导引经常与其他导引方式复合使用。SLAM导航技术定位精度髙，无需铺设导轨，线路可柔性规划，是一种非常有前景的导航方式。但是该技术所需成本相对较高，且对工作环境要求较为苛刻，因此目前成熟的产品较少。二维码导引由读码器、中央控制器等零部件组成，通过中央控制器处理读码器数据来获得AGV位置和位姿信息。该方式是目前市面上常见的AGV导引方式之一，实施较为简单。
[0006]目前基于二维码导航AGV发展虽然趋于成熟，但在纠偏方式及整体系统构成方面仍然存在进步空间。
[0007]AGV纠偏控制即是根据其行驶过程中采集到的位置偏差信息然后通过对自身速度的调节使AGV保持正确的运行状态。当AGV偏离预定轨迹时，能根据自身控制器的作用，使得AGV在一定时间内回到正确的轨迹，即轨迹跟踪。
[0008]张艳针对AGV停靠位置精度不高的问题，利用Data matrix二维码中的位置信息进行导航定位，为适应不同路况条件，采用二步纠偏法在跟踪过程中进行位置纠偏，最终AGV
路径跟踪的实现过程是先采用二步纠偏方法进行位置纠偏，再采用积分分离型比例积分微分(Proportion Integration Differentiation，PID)实现了角度纠偏(张艳,朱振伟.二维码导航AGV控制系统研究[J].山东农业大学学报(自然科学版),2019,50(03):441
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444)。夏坡坡根据红外传感器获取AGV车身距离引导线的偏差距离，利用动态偏差实现前视距离的判断，提出了基于改进型纯跟踪方法，解决不同初始状态的路径跟踪问题(夏坡坡,姚立健,杨自栋,张瑞峰,赵辰彦.基于改进型纯追踪模型的温室AGV运输平台路径追踪[J].农机化研究,2019,41(11):52
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56+61.DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2019.11.009.)。施文提出了基于改进免疫方法寻优的P比例模糊控制结构对AGV跟踪路径进行偏差修正，实现跟踪误差的减小(施文,张伟,王亚刚.基于免疫算法的P模糊控制AGV路径偏正[J].控制工程,2021,28(05):870
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876.DOI:10.14107/j.cnki.kzgc.20190267.)。罗哉利用最优偏差转化的方法建立AGV的纠偏控制器，可以快速平稳地消除航向偏差(罗哉,唐颖奇,李冬,王岚晶.基于最优偏差路径的自动导引车纠偏方法[J].仪器仪表学报,2017,38(04):853
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860.DOI:10.19650/j.cnki.cjsi.2017.04.009.)。李照以二维码作为导航信息，用模糊控制实现AGV路径的纠偏(李照,舒志兵,严亮.基于模糊路径纠偏的AGV视觉精定位研究[J].电子技术应用,2018,44(04):81
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85.DOI:10.16157/j.issn.0258
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7998.173846.)。张坤采用模糊控制实现差速式AGV的转向控制，提高其转向控制的准确性和快速性(张坤,许伦辉.基于模糊控制的AGV差速转向控制算法研究[J].自动化与仪表,2016,31(10):1
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4+66.DOI:10.19557/j.cnki.1001
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9944.2016.10.001.)。
[0009]上述文献中，控制方法在路径跟踪控制过程中有较好的跟踪效果，但是上述控制方法多根据单一数据信息进行控制，纠偏复杂度较高、耗费时间过长，且未充分考虑几何路径高度复杂导致小车高速行驶时出现的不稳定情况，从而AGV控制系统的纠偏精度和稳定性均比较差。

技术实现思路

[0010]为了有效降低纠偏复杂度和时间耗费问题，以及改善整体系统运行的稳定性，本专利技术提供了一种基于二维码定位导航的AGV控制系统及其控制方法，所述技术方案如下：
[0011]本专利技术的第一个目的在于提供一种基于二维码定位导航的AGV控制系统，包括：上位机和AGV车载系统，所述上位机包括：
[0012]地图监控模块，用于根据二维码标签生成电子地图，并在地图中实时更新小车位置和运行状态；
[0013]状态信息模块，用于实时观测小车的状态信息和网络连接信息；
[0014]指令发送模块，用于向小车发送动作指令；
[0015]路径规划模块，用于根据小车的起始点和目标点，通过蚁群方法进行最优路径搜索，最终得到最优路径；
[0016]所述AGV车载系统用于实现AGV的实际运行；所述AGV车载系统包括：主板和从板；
[0017]所述主板包括：实时调度系统，用于轮回询问小车的不同功能模块的反馈信息，在接收到所述反馈信息后，所述主板通过无线通信模块将所述反馈信息打包上传给所述上位机；
[0018]所述从板包括：读码器、数字量微惯导系统和电机驱动模块；在所述读码器读取当
前位姿信息后，上传至所述上位机，所述上位机根据当前位姿发出路径数据包或命令数据包；所述从板接收到所述路径数据包或命令数据包后开始执行命令，所述电机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二维码定位导航的AGV控制系统，包括：上位机和AGV车载系统，其特征在于，所述上位机包括：地图监控模块，用于根据二维码标签生成电子地图，并在地图中实时更新小车位置和运行状态；状态信息模块，用于实时观测小车的状态信息和网络连接信息；指令发送模块，用于向小车发送动作指令；路径规划模块，用于根据小车的起始点和目标点，通过蚁群方法进行最优路径搜索，最终得到最优路径；所述AGV车载系统用于实现AGV的实际运行；所述AGV车载系统包括：主板和从板；所述主板包括：实时调度系统，用于轮回询问小车的不同功能模块的反馈信息，在接收到所述反馈信息后，所述主板通过无线通信模块将所述反馈信息打包上传给所述上位机；所述从板包括：读码器、数字量微惯导系统和电机驱动模块；在所述读码器读取当前位姿信息后，上传至所述上位机，所述上位机根据当前位姿发出路径数据包或命令数据包；所述从板接收到所述路径数据包或命令数据包后开始执行命令，所述电机驱动模块驱动电机同步直行至指定距离或转向至指定方向；所述数字量微惯导系统基于陀螺仪与加速度计解算小车航向角，在小车经过两个二维码之间空白区域时，结合电机编码器反馈信息，推算当前小车位姿状况，同时对于运行中出现的横向和角度偏差进行纠正，当小车经过不同地面二维码时，不断上传位姿信息，不断对位姿进行调整，防止误差积累最终导致丢码。2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述主板搭载的模块包括：避障雷达模块、无线通信模块、电源模块、指令收发模块、LCD显示模块和FreeRTOS系统；所述实时调度系统采用FreeRTOS系统；所述反馈信息包括：所述电源模块反馈的电量电压信息、所述避障雷达模块反馈的障碍物体接近信息、所述从板反馈的路径信息和命令完成反馈信息；所述LCD显示模块显示小车电量信息；所述指令收发模块通过串口通信实现主板和从板之间的指令收发功能。3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述上位机将所述最优路径生成路径数据包下发至所述AGV车载系统，所述路径数据包括多个节点信息，每个节点信息包括：地址码ID、动作码、速度挡位信息和动作参数。4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述AGV车载系统基于STM32搭建而成，所述主板和从板为STM32板。5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述电机驱动模块采用差速驱动方式，基于CANopen协议开发。6.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述上位机基于JavaFX架构搭建而成。7.一种基于二维码定位导航的AGV纠偏方法，其特征在于，所述AGV纠偏方法基于权利要求1
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6任一项所述的一种基于二维码定位导航的AGV控制系统实现，包括：步骤一：AGV上电后，读码器读取到有效二维码信息，小车进入简单归位程序，小车进行位置调整以接近X轴和Y轴，并调整角度，使小车只存在横向偏差S，所述横向偏差S为AGV两轮中心点与理想行进轨迹的垂直距离；
步骤二：根据实际场景设置第一参考偏差值M1、第二参考偏差值M2和第三参考偏差值M3，且M1>M2>M3，根据所述横向偏差的大小选择不同的纠偏方法；当所述横向偏差S>M1时，首先选择旋转归位方法进行纠偏，当横向误差纠正至小于所述第二参考偏差值M2时，若横向误差小于所述第三参考偏差值M3，则纠偏完成，若横向误差不小于所述第三参考偏差值M3，则执行一次纠偏方法，直至横向误差小于所述第三参考偏差值M3；当M1>S>M2时，若纠偏经过二维码节点数大于等于2，系统选择连续纠偏方法，若纠偏经过节点数只有1个，...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁彪，冯飞，周德强，盛卫锋，何长江，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：