基于磁导航的四驱AGV姿态调整运动模型.pdf
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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910335282.3 (22)申请日 2019.04.24 (71)申请人 重庆大学 地址 400044 重庆市沙坪坝区沙坪坝正街 174号 (72)发明人 张源鸿张艺潇袁丹夫王静静 杭科宇许鹏范瑞林景栋 (74)专利代理机构 北京同恒源知识产权代理有 限公司 11275 代理人 杨柳岸 (51)Int.Cl. G05D 1/08(2006.01) (54)发明名称 一种基于磁导航的四驱AGV姿态调整运动模 型 (57)摘要 本发明属于新能源汽车姿态控制领域, 涉及 一种。
2、基于磁导航的四驱AGV姿态调整运动模型, 该基于磁导航的四驱AGV姿态调整运动模型包括 以下步骤: 通过磁导航传感器推导四驱AGV小车 的姿态角; 通过四驱AGV小车的四个轮胎能在相 同时间在原地完成姿态调整得到四驱AGV小车原 地旋转模型; 通过四驱AGV小车的四个轮胎在前 进方向速度相同得到四驱AGV小车前进方向速度 模型; 通过四驱AGV小车能在前进一定距离时完 成姿态调整得到基于约束时间与运送距离的姿 态运动合成模型; 本发明提供了四驱AGV小车姿 态调整的运动模型, 可以实现对四驱AGV小车的 转速、 转向控制。 权利要求书3页 说明书7页 附图4页 CN 109976372 A 2。
3、019.07.05 CN 109976372 A 1.一种基于磁导航的四驱AGV姿态调整运动模型, 其特征在于: 应用于四驱AGV小车且 该小车四个轮子相互独立且可单独控制; 在车身两侧安装第一磁导航传感器组, 包含分设 在车身两侧的两个磁导航传感器; 在车身头尾安装第二磁导航传感器组, 包含分设在车身 头部、 中部或尾部任意两个组合的位置上的两个磁导航传感器; ; 该基于磁导航的四驱AGV姿态调整运动模型包括以下步骤: 通过磁导航传感器推导四驱AGV小车的姿态角; 通过四驱AGV小车的四个轮胎能在相同时间在原地完成姿态调整得到四驱AGV小车原 地旋转模型; 通过四驱AGV小车的四个轮胎在前进。
4、方向速度相同得到四驱AGV小车前进方向速度模 型; 通过四驱AGV小车能在前进一定距离时完成姿态调整得到基于约束时间与运送距离的 姿态运动合成模型。 2.如权利要求1中所述的基于磁导航的四驱AGV姿态调整运动模型, 其特征在于: 在步 骤 “通过磁导航传感器推导四驱AGV小车的姿态角” 中, 四驱AGV小车偏离垂直方向不同角度 时, 以第一磁导航传感器组内两个磁导航传感器偏离中心距离分别为DL、 DR, 上述两个磁导 航传感器之间距离为M4, 小车姿态角为x, 小车姿态角的数学表达为: 3.如权利要求1中所述的基于磁导航的四驱AGV姿态调整运动模型, 其特征在于: 在步 骤 “通过四驱AGV小。
5、车的四个轮胎能在相同时间在原地完成姿态调整得到四驱AGV小车原地 旋转模型” 中, 以四驱AGV小车的车身中心为原点O, 以逆时针方向为正方向, 表示第i个车 轮沿车轮切线方向的速度, 可分解为沿前进方向的速度与垂直于前进方向的 速度对于第i个车轮, 其中i1,2,3,4, 满足以下关系式: 4个车轮水平方向的位移矢量和为0, 使用t表示某一运行时间, 四个车轮需满足的关 系的数学表达为: 姿态调整完成后, 四个车轮转向需全部调整为前进方向, 即y轴方向, 四个车轮需满足 的关系的数学表达为: i表示在t时间内第i个车轮转过的角度, r为四个车轮的车轮半径。 4.如权利要求3中所述的基于磁导航。
6、的四驱AGV姿态调整运动模型, 其特征在于: 在步 权利要求书 1/3 页 2 CN 109976372 A 2 骤 “通过四驱AGV小车的四个轮胎能在相同时间在原地完成姿态调整得到四驱AGV小车原地 旋转模型” 中, 表示四驱AGV小车车身沿其切线方向的旋转速度, 可分解为沿前进方向的 速度与垂直于前进方向的速度满足以下关系式: 设四驱AGV小车的车身以匀速旋转, 直至姿态调整完成后, 最终调整为前进方向, 四驱 AGV小车车身的匀速旋转速度的数学表达为: 表示四驱AGV小车的车身总姿态角, tsum表示姿态调整规定总时间, R表示四驱AGV小车 车身的半径。 5.如权利要求1中所述的基于磁。
7、导航的四驱AGV姿态调整运动模型, 其特征在于: 在步 骤 “通过四驱AGV小车的四个轮胎在前进方向速度相同得到四驱AGV小车前进方向速度模 型” 中, 四驱AGV小车前进方向的速度与轮胎速度的垂直方向分量相同, 即 其中表示四个轮胎在垂直方向的速度分量,表示四驱AGV小车前进方向的速度。 6.如权利要求5中所述的基于磁导航的四驱AGV姿态调整运动模型, 其特征在于: 在步 骤 “通过四驱AGV小车的四个轮胎在前进方向速度相同得到四驱AGV小车前进方向速度模 型” 中, 在前进方向上AGV小车满足: 其中, 表示四驱AGV小车在进行姿态调整的切向速度, sinx表示四驱AGV小车姿态角的 正弦。
8、值, t表示运行时间, l表示四驱AGV小车在姿态调整时经过t时间前进的距离。 7.如权利要求6中所述的基于磁导航的四驱AGV姿态调整运动模型, 其特征在于: 在步 骤 “通过四驱AGV小车的四个轮胎在前进方向速度相同得到四驱AGV小车前进方向速度模 型” 中, 四驱AGV小车的第i个车轮满足: 其中, 表示四驱AGV小车的轮胎的切向速度, sin i表示四驱AGV小车第i个车轮轮胎切 向角的正弦值。 8.如权利要求1中所述的基于磁导航的四驱AGV姿态调整运动模型, 其特征在于: 在步 骤 “通过四驱AGV小车能在前进一定距离时完成姿态调整得到于约束时间与运送距离的姿 态运动合成模型” 中, 。
9、运行时间t以及其对应的前进距离l的车轮转向角 i与四驱AGV小 车姿态角x, 车轮速度的关系的数学表达为: 权利要求书 2/3 页 3 CN 109976372 A 3 为正整数。 9.如权利要求8中所述的基于磁导航的四驱AGV姿态调整运动模型, 其特征在于: 在步 骤 “通过四驱AGV小车能在前进一定距离时完成姿态调整得到于约束时间与运送距离的姿 态运动合成模型” 中, 四驱AGV小车的第i个车轮转向角 i与车轮姿态角x, 车轮半径r的关系 如下: i表示四驱AGV小车第i个车轮轮胎的转向角, x表示四驱AGV小车车身的姿态角, R表示 四驱AGV小车车身半径, r表示四驱AGV小车第i个车。
10、轮轮胎的半径。 10.如权利要求9中所述的基于磁导航的四驱AGV姿态调整运动模型, 其特征在于: 在步 骤 “通过四驱AGV小车能在前进一定距离时完成姿态调整得到于约束时间与运送距离的姿 态运动合成模型” 中, 四驱AGV小车第i个车轮的切向速度与四驱AGV小车的车身的姿态角 x基于约束时间tsum的关系式为: 表示四驱AGV小车第i个车轮的切向速度, DL表示四驱AGV小车的左侧磁导航偏离中心 的距离, tsum为约束时间, x表示四驱AGV小车车身的姿态角, i表示四驱AGV小车第i个车轮 轮胎的转向角。 权利要求书 3/3 页 4 CN 109976372 A 4 一种基于磁导航的四驱A。
11、GV姿态调整运动模型 技术领域 0001 本发明属于新能源汽车姿态控制领域, 涉及一种基于磁导航的四驱AGV姿态调整 运动模型。 背景技术 0002 由于四驱AGV没有悬挂系统, 在运行中无法保证四个轮子均能可靠接触地面, 因此 四驱AGV姿态调整模型与四驱汽车姿态的调整模型有极大的区别; 同时四驱型AGV四个轮子 的转速、 转向均能够独立调整, 其可调整的自由度更多, 需要确定的因素也更多, 因此对四 驱AGV进行姿态调整时必须建立四驱AGV的姿态调整运动模型。 发明内容 0003 有鉴于此, 本发明的目的在于提供一种基于磁导航的四驱AGV姿态调整运动模型, 四驱AGV小车的四个轮子互相独立。
12、即可以单独控制每个轮胎。 四驱AGV小车进行姿态调整 时, 四个轮胎可以设定不同的速度以及方向来实现姿态调整。 0004 为达到上述目的, 本发明提供如下技术方案: 0005 一种基于磁导航的四驱AGV姿态调整运动模型, 应用于四驱AGV小车且该小车四个 轮子相互独立且可单独控制; 在车身两侧安装第一磁导航传感器组, 包含分设在车身两侧 的两个磁导航传感器; 在车身头尾安装第二磁导航传感器组, 包含分设在车身头部、 中部或 尾部任意两个组合的位置上的两个磁导航传感器; ; 0006 该基于磁导航的四驱AGV姿态调整运动模型包括以下步骤: 通过磁导航传感器推 导四驱AGV小车的姿态角; 通过四驱。
13、AGV小车的四个轮胎能在相同时间在原地完成姿态调整 得到四驱AGV小车原地旋转模型; 通过四驱AGV小车的四个轮胎在前进方向速度相同得到四 驱AGV小车前进方向速度模型; 通过四驱AGV小车能在前进一定距离时完成姿态调整得到基 于约束时间与运送距离的姿态运动合成模型。 0007 可选地, 在步骤 “通过磁导航传感器推导四驱AGV小车的姿态角” 中, 四驱AGV小车 偏离垂直方向不同角度时, 以第一磁导航传感器组内两个磁导航传感器偏离中心距离分别 为DL、 DR, 上述两个磁导航传感器之间距离为M4, 小车姿态角为x, 小车姿态角的数学表达为: 0008 0009 可选地, 在步骤 “通过四驱A。
14、GV小车的四个轮胎能在相同时间在原地完成姿态调整 得到四驱AGV小车原地旋转模型” 中, 以四驱AGV小车的车身中心为原点O, 以逆时针方向为 正方向 , 表示第i个车轮沿车轮切线方向的速度, 可分解为沿前进方向的速度 与垂直于前进方向的速度对于第i个车轮, 其中i1,2,3,4, 满足以下关系式: 说明书 1/7 页 5 CN 109976372 A 5 0010 0011 0012 4个车轮水平方向的位移矢量和为0, 使用t表示某一运行时间, 四个车轮需满足 的关系的数学表达为: 0013 0014 姿态调整完成后, 四个车轮转向需全部调整为前进方向, 即y轴方向, 四个车轮需 满足的关系。
15、的数学表达为: 0015 0016 i表示在t时间内第i个车轮转过的角度, r为四个车轮的车轮半径。 0017 可选地, 在步骤 “通过四驱AGV小车的四个轮胎能在相同时间在原地完成姿态调整 得到四驱AGV小车原地旋转模型” 中, 表示四驱AGV小车车身沿其切线方向的旋转速度, 可 分解为沿前进方向的速度与垂直于前进方向的速度满足以下关系式: 0018 0019 0020 设四驱AGV小车的车身以匀速旋转, 直至姿态调整完成后, 最终调整为前进方向, 四驱AGV小车车身的匀速旋转速度的数学表达为: 0021 0022表示四驱AGV小车的车身总姿态角, tsum表示姿态调整规定总时间, R表示四。
16、驱 AGV小车车身的半径。 0023 可选地, 在步骤 “通过四驱AGV小车的四个轮胎在前进方向速度相同得到四驱AGV 小车前进方向速度模型” 中, 四驱AGV小车前进方向的速度与轮胎速度的垂直方向分量相 同, 即 0024 0025其中表示四个轮胎在垂直方向的速度分量, 表示四驱AGV小车前进方向的速 度。 0026 可选地, 在步骤 “通过四驱AGV小车的四个轮胎在前进方向速度相同得到四驱AGV 小车前进方向速度模型” 中, 在前进方向上AGV小车满足: 0027 0028其中, 表示四驱AGV小车在进行姿态调整的切向速度, sinx表示四驱AGV小车姿 说明书 2/7 页 6 CN 10。
17、9976372 A 6 态角的正弦值, t表示运行时间, l表示四驱AGV小车在姿态调整时经过t时间前进的 距离。 0029 可选地, 在步骤 “通过四驱AGV小车的四个轮胎在前进方向速度相同得到四驱AGV 小车前进方向速度模型” 中, 四驱AGV小车的第i个车轮满足: 0030 0031其中, 表示四驱AGV小车的轮胎的切向速度, sin i表示四驱AGV小车第i个车轮轮 胎切向角的正弦值。 0032 可选地, 在步骤 “通过四驱AGV小车能在前进一定距离时完成姿态调整得到于约束 时间与运送距离的姿态运动合成模型” 中, 运行时间t以及其对应的前进距离l的车轮 转向角 i与四驱AGV小车姿态。
18、角x, 车轮速度的关系的数学表达为: 0033为正整数。 0034 可选地, 在步骤 “通过四驱AGV小车能在前进一定距离时完成姿态调整得到于约束 时间与运送距离的姿态运动合成模型” 中, 四驱AGV小车的第i个车轮转向角 i与车轮姿态 角x, 车轮半径r的关系如下: 0035 0036 i表示四驱AGV小车第i个车轮轮胎的转向角, x表示四驱AGV小车车身的姿态角, R 表示四驱AGV小车车身半径, r表示四驱AGV小车第i个车轮轮胎的半径。 0037 可选地, 在步骤 “通过四驱AGV小车能在前进一定距离时完成姿态调整得到于约束 时间与运送距离的姿态运动合成模型” 中, 四驱AGV小车第i。
19、个车轮的切向速度与四驱AGV小 车的车身的姿态角基于约束时间的关系式为: 0038 0039表示四驱AGV小车第i个车轮的切向速度, DL表示四驱AGV小车的左侧磁导航偏 离中心的距离, tsum为约束时间, x表示四驱AGV小车车身的姿态角, i表示四驱AGV小车第i 个车轮轮胎的转向角。 0040 本发明的有益效果在于: 0041 本发明提供了一种基于磁导航的四驱AGV姿态调整运动模型, 能够通过四个独立 的驱动器对整体小车进行姿态调整, 可以实现对四轮的单独控制, 四个轮胎可以设定不同 的速度以及方向来实现姿态调整。 0042 本发明的其他优点、 目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中。
20、进行阐述, 并 且在某种程度上, 基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的, 或者可 以从本发明的实践中得到教导。 本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和 获得。 说明书 3/7 页 7 CN 109976372 A 7 附图说明 0043 为了使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚, 下面将结合附图对本发明作优 选的详细描述, 其中: 0044 图1为四个磁导航传感器的安装位置示意图; 0045 图2为第i个车轮示意图。 0046 图3为四驱AGV小车姿态调整示意图; 0047 图4为本发明的模型构建流程图。 具体实施方式 0048 以下通过特定的具体实例说明本发。
21、明的实施方式, 本领域技术人员可由本说明书 所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。 本发明还可以通过另外不同的具体实 施方式加以实施或应用, 本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用, 在没有背离 本发明的精神下进行各种修饰或改变。 需要说明的是, 以下实施例中所提供的图示仅以示 意方式说明本发明的基本构想, 在不冲突的情况下, 以下实施例及实施例中的特征可以相 互组合。 0049 其中, 附图仅用于示例性说明, 表示的仅是示意图, 而非实物图, 不能理解为对本 发明的限制; 为了更好地说明本发明的实施例, 附图某些部件会有省略、 放大或缩小, 并不 代表实际产品的尺寸; 对本领域。
22、技术人员来说, 附图中某些公知结构及其说明可能省略是 可以理解的。 0050 本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件; 在本发明的描 述中, 需要理解的是, 若有术语 “上” 、“下” 、“左” 、“右” 、“前” 、“后” 等指示的方位或位置关系 为基于附图所示的方位或位置关系, 仅是为了便于描述本发明和简化描述, 而不是指示或 暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作, 因此附图中描述 位置关系的用语仅用于示例性说明, 不能理解为对本发明的限制, 对于本领域的普通技术 人员而言, 可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。 0051 请参阅图1-图4。
23、, 附图标记1、 2、 3、 4为四个磁导航传感器。 在AGV的前后左右分别安 装了四个磁导航传感器(1号与2号是一对, 3号与4号是一对, 前1后2右3左4), 通过四个磁导 航传感器的数据, 可以表征其车身的姿态。 0052 1.基于磁导航的AGV姿态检测模型 0053 AGV小车前后轮子中心之间间隔尺寸为M1; 左右轮子中心之间间隔尺寸为M2; 前后 两个磁导航传感器中心线与AGV小车的垂直中心线一致, 磁导航传感器之间间隔为M3; 左右 两个磁导航传感器的距离为M4, 左右磁导航传感器距离叉子的轮子中心为M5, 距离锂电池方 向轮子中心的距离为M6。 0054 当AGV小车偏离垂直方向。
24、不同角度时, 以左侧磁导航偏离中心距离DL,, 右侧磁导 航偏离中心距离DR与左右两个磁导航传感器的距离M4, 根据拓扑结构可以得到其与小车姿 态角x的关系: 0055 说明书 4/7 页 8 CN 109976372 A 8 0056 以上尺寸单位为mm, AGV小车的偏离以小车四个轮子的中心为基本尺寸, 以四个轮 子的中心点为旋转点。 0057 所以当AGV小车偏离正常方向需要进行姿态调整时, 可通过四个磁导航传感器的 数据对照公式(1)就可以计算出AGV小车的姿态角。 、 0058 2.四驱AGV小车原地旋转模型 0059 以四驱AGV小车的车身中心为原点O, 以逆时针方向为正方向, 建。
25、立坐标轴如图2。 就四驱AGV小车第i个车轮而言, 表示第i个车轮沿车轮切线方向的速度, 可分解为沿前进 方向的速度(i1,2,3,4)与垂直于前进方向的速度(i1,2,3,4, )对于第i个车轮, 其 中i1,2,3,4, 满足以下关系式: 0060 0061 0062 由于要求四驱AGV小车在前进过程中需保证车身中心不偏离, 即需满足4个车轮水 平方向的位移矢量和为0, 即满足以下关系式: 0063 0064 在式(4)中, t表示某一运行时间。 0065 由于要求四驱AGV小车在姿态调整完成后, 四个车轮转向需全部调整为前进方向, 即y轴方向。 因此满足以下关系式: 0066 0067 。
26、在式(5)中, i表示在t时间内第i个车轮转过的角度, 即为转向角; r为四个车 轮的车轮半径。 0068由图2可知, 表示四驱AGV小车车身沿其切线方向的旋转速度, 可分解为沿前进 方向的速度与垂直于前进方向的速度满足以下关系式: 0069 0070 0071 假设四驱AGV小车的车身以匀速旋转, 直至姿态调整完成后, 最终调整为前进方 向。 即可求出AGV车身的匀速旋转速度满足: 0072 0073在式(8)中, 表示四驱AGV小车的车身总姿态角, tsum表示姿态调整规定总时间, R 表示四驱AGV小车车身的半径。 0074 3.四驱AGV小车的前进方向速度模型 说明书 5/7 页 9 。
27、CN 109976372 A 9 0075 对四驱AGV小车的每个轮胎而言, 因为每个轮胎可以独立运转, 所以应该对每个轮 胎进行单独的分析。 由于四驱AGV小车的车身与轮胎同属于刚体结构, 所以四个轮胎在垂直 方向的速度分量相同。 由于是轮胎在垂直方向的速度分量提供了AGV小车前进的速度, 所以 AGV小车前进方向的速度与轮胎速度的垂直方向分量相同, 即 0076 0077其中表示四个轮胎在垂直方向的速度分量,表示四驱AGV小车前进方向的速 度。 在前进方向上AGV小车满足: 0078 0079其中, 表示四驱AGV小车在进行姿态调整的切向速度, sinx表示四驱AGV小车姿 态角的正弦值,。
28、 t表示运行时间, 可由人为规定, l表示四驱AGV小车在姿态调整时经过 t时间前进的距离。 0080 第i个车轮满足: 0081 0082其中, 表示四驱AGV小车的轮胎的切向速度, sin i表示四驱AGV小车第i个车轮轮 胎切向角的正弦值。 0083 4.基于约束时间与运行距离的AGV姿态调整运动模型 0084 基于模型2与模型3分析, 可将四驱AGV小车原地旋转模型与前进方向速度模型合 成四驱AGV小车姿态调整模型, 如图3所示。 即在AGV小车进行姿态调整时, 在保证小车的中 心点不偏离垂直方向且姿态调整的前进距离控制在L的前提下, 四驱AGV小车可以在前进距 离为L(即O点到END。
29、点距离)的时间内将偏离的角度调整到垂直方向即将姿态角减为零。 0085 基于以上分析, 联立公式(5)、 公式(10)与公式(11), 可得关系式(12), 此关系式描 述的是基于某一运行时间t以及其对应的前进距离l的车轮转向角 i与四驱AGV小车姿 态角x, 车轮速度的关系: 0086 0087由上式可求出四驱AGV小车的第i个车轮在t时间后的速度进而可求出四驱 AGV小车的第i个车轮的转向角 in。 0088 基于以上分析以及实际情况考虑, 在四驱AGV小车前进时进行姿态调整过程中, 即 从O点到END点, 考虑其车身旋转速度为匀速, 且第i个车轮旋转速度为匀速, 且二者所用时 间均相同,。
30、 即为约束时间tsum, 且前进的运行距离为L。 此时, x与可等价起来,tsum与t也 可等价起来。 因此, 可得出四驱AGV小车的第i个车轮转向角 i与车轮姿态角x, 车轮半径r的 关系如下: 0089 说明书 6/7 页 10 CN 109976372 A 10 0090 在式(12)中, i表示四驱AGV小车第i个车轮轮胎的转向角, x表示四驱AGV小车车 身的姿态角, R表示四驱AGV小车车身半径, r表示四驱AGV小车第i个车轮轮胎的半径。 0091同时, 可得出四驱AGV小车第i个车轮的切向速度与四驱AGV小车的车身的姿态 角x基于约束时间tsum的关系式如下: 0092 009。
31、3在式(13)中, 表示四驱AGV小车第i个车轮的切向速度, DL表示四驱AGV小车的左 侧磁导航偏离中心的距离, tsum为约束时间, x表示四驱AGV小车车身的姿态角, i表示四驱 AGV小车第i个车轮轮胎的转向角。 0094 最后说明的是, 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制, 尽管参照较 佳实施例对本发明进行了详细说明, 本领域的普通技术人员应当理解, 可以对本发明的技 术方案进行修改或者等同替换, 而不脱离本技术方案的宗旨和范围, 其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。 说明书 7/7 页 11 CN 109976372 A 11 图1 说明书附图 1/4 页 12 CN 109976372 A 12 图2 说明书附图 2/4 页 13 CN 109976372 A 13 图3 说明书附图 3/4 页 14 CN 109976372 A 14 图4 说明书附图 4/4 页 15 CN 109976372 A 15 。
- 内容关键字: 基于 导航 AGV 姿态 调整 运动 模型
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