基于自动导引车路径跟踪的路径重规划和控制器设计



基于自动导引车路径跟踪的路径重规划和控制器设计

当前的物流领域多利用自动导引车提高物流过程的自动化程度，降低物流成本。但是与人工运送相比，自动导引车还不够智能化，其在工作过程中经常与已知或未知的障碍物发生碰撞。与已知的障碍物发生碰撞，多由路径跟踪控制器控制性能较差所导致，使用高性能的路径跟踪控制器可以解决该问题。与未知的障碍物发生碰撞，多由传感器引起，其在路径规划后不能检测出事先未标识的障碍物，将路径重规划算法应用在自动导引车上可以解决该问题。本文利用D* Lite算法进行路径重规划并基于反步法进行控制器设计。

所使用的自动导引车采用差动驱动系统，左右两侧各有一个驱动轮，前后各安装一个被动轮维持自动导引车平衡，尺寸为100×60×210cm。该系统结构可以分为控制器、传感器和执行器3个部分。控制器包括工业控制计算机Tank 800、无线键盘和鼠标以及触摸屏显示器。传感器使用激光测量系统LMS-151和激光导航系统NAV-200，用于障碍物检测和定位。使用具有高性能编码器的两个大功率无刷直流电机作为执行器。给出了自动导引车的运动方程，并对路径重规划算法进行说明。目前，常用的路径规划算法为A*、LPA*、D*和D* Lite。由于D* Lite算法不是在事前进行路径重规划，而是利用工作过程收集的数据进行重规划，且D* Lite算法所消耗的时间较多，因而其非常适合进行短时间路径重规划。给出D* Lite算法的详细计算过程，为方便理解该算法，又利用图形对D* Lite算法进行描述。对如何设计路径跟踪控制器进行说明。通过考虑自动导引车的线速度和角速度，基于反步法设计路径跟踪控制器，使自动导引车辆依据参考位置和参考方向进行路径跟踪。给出了自动导引车进行路径跟踪的误差表达式和一个李雅普诺夫函数。利用李雅普诺夫稳定性理论判断控制系统的稳定性。依据上述设计给出控制系统框图。通过仿真和实车试验，对上述算法和路径跟踪控制器的性能进行验证。结果表明，D* Lite算法和新设计的路径跟踪控制器能很好地躲避障碍并以很小的误差实现路径跟踪。

Yuhanes Dedy Setiawan et al. International Conference on Advances in Computing, Communications and Informatics, New Delhi-Sept. 24-27, 2014.

编译：王维