CN111039231A - 智能叉车转弯路径规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能叉车转弯路径规划方法，包括步骤：S1、计算转弯参考圆的圆心、起点和终点；S2、确定叉车在不同位置处的瞄点；S3、确定真实轨迹圆信息；S4、获取运动信息。本发明的智能叉车转弯路径规划方法，可以实现转弯算法到直线算法的平滑过渡；而且是基于虚拟模型设计，能够适用各类型叉车的模型映射。

Description

智能叉车转弯路径规划方法

技术领域

本发明属于智能叉车技术领域，具体地说，本发明涉及一种智能叉车转弯路径规划方法。

背景技术

物联网是指在互联网基础上，通过射频、红外、全球定位***、激光扫描器等信息传感器设备，将互联网的终端拓展和延伸到任何物品与物品之间，进行信息通信与交换的网络，从而实现对物品进行识别、定位和管理等工作的一种网络。

随着Internet、广域和局域无线网络、移动信息设备的迅猛发展、移动计算(Mobile Computing)技术已经成为信息技术发展的方向，Mobilizing-“M”化已经成为企业竞争力的核心。作为“物流M化”技术之一的智能叉车技术将企业信息***扩展到叉车上，这种自动化操作使众多的生产、仓储和物流环节都受益非浅。智能叉车和AGV(AutomatedGuided Vehicle)是工业4.0智能工厂重要的运输工具，主要用来实现原材料、半成品以及成品零部件的储存和转运，为生产***的柔性化以及智能化提供重要保证的同时，也为***保持高效稳定的运行提供技术支撑。近年来，无轨导航以其路径灵活性高、可控性好、场地布置简单等优点，正在逐步取代传统的有轨导航(如磁导轨)，其实现方式有激光雷达导航、红外顶标传感器导航等。

激光雷达作为物联网终端设备之一，该测量手段是测绘行业由传统测量时代进入数字化测量时代的象征。激光雷达测量***能够快速有效的获取测区丰富的地理信息数据，包括坐标和影像数据，能够在一天时间内获取上百平方公里的测区数据，相比于传统测量数据激光雷达数量非常大，地里信息非常丰富，且获取的数据类型比较多，需要通过后期融合数据处理才能得到数据成果。

在智能叉车行进过程中时常需要进行转弯控制，方便叉车在狭小的空间中达到路径最优最快速的运动方向调整。在大量的差速轮、舵轮智能叉车的环境下，由于机械误差或软件控制误差等原因，智能叉车在行走直线的过程中也是通过转弯算法调控来实现的。

在智能叉车的转弯算法控制过程中，现有技术只针对转弯过程中对于路径的规划和智能叉车的控制，并未考虑到在行进到目标直线上时对控制的修正，导致始终将控制量定义在轨迹圆上。瞄点设计现有技术主要针对直线行走控制，控制规程需要使用平滑处理后的结果。而且现有技术为非模块化设计，针对具体模型复用性低，修改难度大，调试工作庞大。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种智能叉车转弯路径规划方法，目的是实现转弯算法到直线算法的平滑过渡。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：智能叉车转弯路径规划方法，包括步骤：

S1、计算转弯参考圆的圆心、起点和终点；

S2、确定叉车在不同位置处的瞄点；

S3、确定真实轨迹圆信息；

S4、获取运动信息。

所述步骤S1包括：

S101、根据起始位置和叉车行径方向确认叉车起始直线；

S102、根据起始直线与目标直线的交点、起始向量与目标方向确认两外切圆圆心位置；

S103、根据起始直线与目标直线的交点与外切圆圆心位置获得起始直线与目标直线的角平分线；

S104、根据叉车起始方向垂线与角平分线的交点得到转弯参考圆圆心位置与半径，构建转弯参考圆；

S105、转弯参考圆的圆心与目标直线做垂线的交点得到叉车的终点。

在所述步骤S2中，设置叉车模型，在叉车模型未进入弯道前，将起始直线与目标直线的角平分线与转弯参考圆的交点位置设置为瞄点。

在所述步骤S2中，设置叉车模型，在叉车模型入弯后，以固定的角度增量计算在转弯参考圆上的点或目标直线上的点。

在所述步骤S2中，设置叉车模型，在叉车模型出弯后，获取模型参考点在目标直线上的投影，取目标方向上极大点作为瞄点以拉回模型。

所述步骤S3包括：

S301、定义叉车模型的中轴线，取叉车模型中轴线上一点作为参考点；

S302、获取参考中心位置信息与当前环境瞄点信息；

S303、根据参考点、参考中心和当前环境瞄点这三个点做圆，获得当前环境的真实轨迹圆。

本发明的智能叉车转弯路径规划方法，可以实现转弯算法到直线算法的平滑过渡；而且是基于虚拟模型设计，能够适用各类型叉车的模型映射。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是路径规划与计算示意图；

图2是模型实时控制真实路径规划图；

图3是转弯规划仿真图，图中圆型点代表中轴线上一点，星型点代表参考中心，直线代表起始与终止直线。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

本发明提供了一种智能叉车转弯路径规划方法，包括如下的步骤：

S1、计算转弯参考圆的圆心、起点和终点；

S2、确定叉车在不同位置处的瞄点；

S3、确定真实轨迹圆信息；

S4、获取运动信息。

具体地说，在智能叉车行进过程中时常需要进行转弯控制，方便叉车在狭小的空间中达到路径最优最快速的运动方向调整。在大量的差速轮、舵轮智能叉车的环境下，由于机械误差或软件控制误差等原因，大多叉车在行走直线的过程中也是通过转弯算法调控来实现的。

叉车在进行转弯前，可获得的参考值有以下几个：叉车模型，叉车的控制类型、路径起始与终止量。其中，叉车的控制类型是指叉车具体是由差速轮、舵轮、万向轮等作为其主动轮的区别。路径起始与终止量指的是叉车起始位置与叉车需要行进的目标位置量。叉车在转弯过程中，其起始量即为叉车当前位置与叉车行径方向构成的向量，同理其终止位置及叉车目标位置方向向量即为终止量，当然一开始其目标位置是无法确定的，但可以预知的是其目标路线与方向。对于叉车模型需要设立其参考中心，及整个运动工程中的参考位置，以此来确定叉车的具***置，此处参考中心位置即为起始位置。

为了确定转弯路径需要在已知条件中获得转弯的参考圆与目标位置，如图1所示，上述步骤S1包括：

S101、根据起始位置和叉车行径方向确认叉车起始直线；

S102、根据起始直线与目标直线的交点、起始向量与目标方向确认两外切圆圆心位置；

S103、根据起始直线与目标直线的交点与外切圆圆心位置获得起始直线与目标直线的角平分线；

S104、根据叉车起始方向垂线与角平分线的交点得到转弯参考圆圆心位置与半径，构建转弯参考圆；

S105、转弯参考圆的圆心与目标直线做垂线的交点得到叉车的终点，也即叉车的目标位置为目标直线的垂线与目标直线的交点，转弯参考圆的圆心位于该垂线上。

根据之前的路径规划计算，以获得转弯参考圆的圆心、起点、终点。在叉车运动过程中，我们知道光确定了这些是没有用的，原因在于软硬件的误差，使得叉车的控制不可能按照总路径规划上的线路做到完全的一致的情况，此时需要增加实时调整。为了方便调整控制算法，设置一个叉车模型，该叉车模型为非真实的叉车模型，而是为了通过仿真各类型叉车控制访问频率，配置出适合该类型叉车的控制算法，为了获取真实的叉车速度需要在得出结论后根据虚拟模型映射到真实模型中。将整个运动过程根据叉车控制的访问频率设置为若干时间段，每个时间段定义一个目标瞄点。

目标瞄点是为了将叉车整个运动过程分割成若干小段，而分割段参考是通过各类型叉车的控制访问频率决定的，以此将一个绕圆的运动实际分割成若干个直线运动。目标瞄点的设计基本参考极远的点，已减少模型速度的调整量。

在上述步骤S2中，设置叉车模型，在叉车模型未进入弯道前，将起始直线与目标直线的角平分线与转弯参考圆的交点位置设置为瞄点，如图2所示。

在上述步骤S2中，设置叉车模型，在叉车模型入弯后，以固定的角度增量计算在转弯参考圆上的点或目标直线上的点，作为瞄点，区分方式是在圆心与目标点的左右侧。

出弯后，实际可以直接切换到直线算法，但预留控量以防止叉车行进中误差过大。因此，在上述步骤S2中，在叉车模型出弯后，获取叉车模型的参考点在目标直线上的投影，取目标方向上极大点作为瞄点以拉回模型。

叉车实际运动过程中，不能单单以叉车模型的参考中心作为控制量，同时需要将叉车模型加入到参考中，原因是如果仅以参考中心作为控制量，实际控制过程中参考中心虽然会以用户控制的方式进行行进，但是车体会以参考中心为轴呈现不规则运动，所以在控制过程中必须输入叉车模型，至少在设计计算前定义一个叉车起始时的行径方向上规定好一条中轴线，如图2所示。

因此，上述步骤S3包括：

S301、定义叉车模型的中轴线，取叉车模型中轴线上一点作为参考点；

S302、获取参考中心位置信息与当前环境瞄点信息；

S303、根据参考点、参考中心和当前环境瞄点这三个点做圆，获得当前环境的真实轨迹圆。

即便参考中心并不在全局规划的轨迹上，绕圆轨迹依旧可以根据这三个点信息确定一个轨迹圆，依旧以此三个点作为轨迹参考能够将模型整体的行径轨迹都规划到运动路线上，且并不需要增加计算量。

在上述步骤S4中，已经获取到真实轨迹圆的信息，获取的运动信息包括叉车的转向角度或者叉车的差速轮的速度。对于具有舵轮的叉车来说，可以直接得到舵轮需要的转向角度信息，转向角度即轨迹中轴线轨迹圆切线行径方向与世界坐标系的夹角的角度。对于具有差速轮的叉车来说，需要根据用户给定的参考中心速度获取差速轮左右轮的速度，其根据差速轮推导公式即可，此处不再累述。最后将虚拟模型计算出的速度根据真实模型与虚拟模型的差别直接转换即可。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.智能叉车转弯路径规划方法，其特征在于，包括步骤：

S1、计算转弯参考圆的圆心、起点和终点；

S2、确定叉车在不同位置处的瞄点；

S3、确定真实轨迹圆信息；

S4、获取运动信息。

2.根据权利要求1所述的智能叉车转弯路径规划方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

S101、根据起始位置和叉车行径方向确认叉车起始直线；

S102、根据起始直线与目标直线的交点、起始向量与目标方向确认两外切圆圆心位置；

S103、根据起始直线与目标直线的交点与外切圆圆心位置获得起始直线与目标直线的角平分线；

S104、根据叉车起始方向垂线与角平分线的交点得到转弯参考圆圆心位置与半径，构建转弯参考圆；

S105、转弯参考圆的圆心与目标直线做垂线的交点得到叉车的终点。

3.根据权利要求2所述的智能叉车转弯路径规划方法，其特征在于，在所述步骤S2中，设置叉车模型，在叉车模型未进入弯道前，将起始直线与目标直线的角平分线与转弯参考圆的交点位置设置为瞄点。

4.根据权利要求2或3所述的智能叉车转弯路径规划方法，其特征在于，在所述步骤S2中，设置叉车模型，在叉车模型入弯后，以固定的角度增量计算在转弯参考圆上的点或目标直线上的点。

5.根据权利要求2或3所述的叉车转弯路径规划方法，其特征在于，在所述步骤S2中，设置叉车模型，在叉车模型出弯后，获取模型参考点在目标直线上的投影，取目标方向上极大点作为瞄点以拉回模型。

6.根据权利要求1至5任一所述的叉车转弯路径规划方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

S301、定义叉车模型的中轴线，取叉车模型中轴线上一点作为参考点；

S302、获取参考中心位置信息与当前环境瞄点信息；

S303、根据参考点、参考中心和当前环境瞄点这三个点做圆，获得当前环境的真实轨迹圆。

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