[发明专利]一种智能运输车路径规划方法有效

专利信息
申请号: 202011339612.5 申请日: 2020-11-25
公开(公告)号: CN112539750B 公开(公告)日: 2022-08-16
发明(设计)人: 詹军;高峰;关峰;佘勇 申请(专利权)人: 湖北三环智能科技有限公司
主分类号: G01C21/20 分类号: G01C21/20;G05D1/02
代理公司: 北京恒和顿知识产权代理有限公司 11014 代理人: 王福新
地址: 430000 湖北省武汉市洪山区东湖新*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 一种 智能 运输车 路径 规划 方法
【权利要求书】:

1.一种智能运输车路径规划方法,其特征在于:包括如下步骤:

步骤一:对四轴的AGV模型进行简化,求得AGV的运动学模型;

所述步骤一的具体内容为:首先对AGV的模型进行简化,不考虑机械加工精度、尺寸误差、变形影响,并对四轴的AGV模型进行了简化,将四轴转化成两轴车,仅考虑在理想状态下,AGV四个车轮运动学约束关系,则有数学模型表达式如下:

式中,αi表示Ni,i=1、2、3、4,四个车轮的每个轮轴与车轮中线之间;的夹角;

βi表示Ni车轮的中心与AGV中心的连线与x轴的夹角;

la与1b分别表示轮子中心与AGV中心点的横向距离和纵向距离;

R与r为轮子半径和辊子半径;

VRx为AGV的横向运动速度分量;

VRy为AGV的纵向运动速度分量;

Wbi表示轮子绕其轴线旋转的角速度;

Wri表示轮子绕其AGV中心旋转的角速度;

Wzi表示轮子绕接触点处的地面垂直线的旋转角速度;

WR表示整车的旋转角速度;

通过公式转换可以求得AGV的运动学模型如下:

式中α表示整车中心和车轮轴线的夹角;

步骤二:将工程场景的地图处理为二维栅格地图;

步骤三:从外形尺寸、加速度、内部相互作用方面对AGV的运输过程进行简化;

步骤四:建立A*算法的代价函数、权重系数;其中权重系数采用转化的高斯分布作为系数分配;并引入避障系数δ来满足避障要求;

所述步骤四的具体内容为:

4.1.采用启发式代价函数来评价当前点到目标点所需要的代价,使用当前点与起始点的距离来表示估价函数,两者组合成A*算法的代价函数f(n):

f(n)=g(n)+h(n) (3)

式中,f(n)是节点n的综合优先级;当需要选择下一个要遍历的节点时,会选取综合优先级最高的节点;g(n)是节点n距离起点的代价;h(n)是节点n距离终点的预计代价;

4.2.引入权重系数w(n)来提高算法的计算效率:

f(n)=g(n)+w(n)*h(n) (4)

对(4)式进行坐标点改造成为:

f(x,y)=g(x,y)+w(x)*h(x,y) (5)

同时定义现场起始点为S(xs,ys)和集装箱目标点E(xe,ye),则有代价函数和估价函数的曼哈顿距离分别为:

g(x,y)=|x-xs|+|y-ys| (6)

h(x,y)=|x-xe|+|y-ye| (7)

根据公式(6)和(7),可以得出各个点的代价函数值,选取其中最小值的点作为扩展点,作为路程的过程点;在远离目标点的时候,需要让h(x,y)的值尽量大,能够使得代价函数能够快速收敛,减少运算时间;当接近目标点的时候,需要让h(x,y)的值尽可能的小,能够让结果快速收敛于目标点;

选择高斯分布作为系数分配,但是高斯分布是钟形曲线,即是常见的正态分布曲线,越接近中心,值越大,远离中心,值越小;因而需要对高斯分布做一个转化:

式中,有μ=|xe-xs|,x表示地图中的横坐标,K为大于0.4的常数,根据现场的实际情况进行调整,权重系数w(x)能够满足在远离目的地的时候值为最大,在接近目的地值为最小,能够保证权重系数值的变化能够提高算法的性能;

4.3.引入避障系数δ来满足避障要求:

f(x,y)=g(x,y)+w(x)*h(x,y)+δ (9)

在代价函数中加入一个避障系数δ,来满足避障要求;根据离障碍物的实际距离l,设置在接近l’的时候加上避障系数,此时避障系数为δ’,远离l’的时候避障系数,避障系数为0,不需考虑避障,写成数学式如下:

δ’的取值根据车辆所占地图的空间和预留安全距离综合确定,根据现场情况取为常数,l’为定义的安全距离;

步骤五:生成路径,并在生成过程中进行队列优化、分级寻径和避障判断;

步骤六:通过改进弗洛伊德算法对A*算法进行优化;

步骤七:考虑AGV的运动学模型对算法的影响的基础上,对A*算法进行优化,选出耗时最短的线路;所述步骤七具体内容为:先设置在全局路径下移动时AGV只能沿着纵向或者横向进行横移,并对宽度方向离障碍物的距离进行校核;当运动角度改变的时候,则要调整AGV到相应的姿态,然后沿着规划好的路段前进直到线段终点;其中利用(2)式中的运动学方程推出AGV绕中心轴旋转的角速度为WR和纵向行驶速度VRy;当AGV经过Ai-1,Ai,Ai+1三点与比较Ai-1直接到Ai+1点所用时间进行相比,如果时间缩短,则将Ai节点去掉,从而优化路径,这个优化的前提是Ai-1到Ai+1这个方向上无障碍物;具体计算方法如下:

7.1.首先定义Ai-1,Ai,Ai+1三点在地图中坐标为Ai-1(xi-1,yi-1),Ai(xi,yi),Ai+1(xi+1,yi+1);

7.2.计算经过三点和两点转角的变化

Δθ=ω-θ (11)

式中

ω为经过Ai-1、Ai、Ai+1三个节点需要转的总角度,xi-2,yi-2是对应Ai-1(xi-1,yi-1)点的上一个点Ai-2(xi-2,yi-2)的坐标值;

θ为经过Ai-1、Ai+1两个节点需要转的总角度;Δθ为多转的角度;

7.3.两个节点之间的长度计算公式为:

则,

l1为节点Ai-1到节点Ai的距离,

l2为节点Ai到节点Ai+1的距离,

l3为节点Ai-1到节点Ai+1的距离;

7.4.通过该路段需要相对多余耗时有:

式中,t1为转向多余消耗时间,t2为距离多余消耗时间;

总的多余耗时时间t=t1+t2,对耗时t根据两条路径进行比较,选出耗时最短的线路。

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