基于自動導引車路徑跟蹤的路徑重規劃和控制器設計

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基于自動導引車路徑跟蹤的路徑重規劃和控制器設計

當前的物流領域多利用自動導引車提高物流過程的自動化程度，降低物流成本。但是與人工運送相比，自動導引車還不夠智能化，其在工作過程中經常與已知或未知的障礙物發生碰撞。與已知的障礙物發生碰撞，多由路徑跟蹤控制器控制性能較差所導致，使用高性能的路徑跟蹤控制器可以解決該問題。與未知的障礙物發生碰撞，多由傳感器引起，其在路徑規劃后不能檢測出事先未標識的障礙物，將路徑重規劃算法應用在自動導引車上可以解決該問題。本文利用D* Lite算法進行路徑重規劃并基于反步法進行控制器設計。

所使用的自動導引車采用差動驅動系統，左右兩側各有一個驅動輪，前后各安裝一個被動輪維持自動導引車平衡，尺寸為100×60×210cm。該系統結構可以分為控制器、傳感器和執行器3個部分。控制器包括工業控制計算機Tank 800、無線鍵盤和鼠標以及觸摸屏顯示器。傳感器使用激光測量系統LMS-151和激光導航系統NAV-200，用于障礙物檢測和定位。使用具有高性能編碼器的兩個大功率無刷直流電機作為執行器。給出了自動導引車的運動方程，并對路徑重規劃算法進行說明。目前，常用的路徑規劃算法為A*、LPA*、D*和D* Lite。由于D* Lite算法不是在事前進行路徑重規劃，而是利用工作過程收集的數據進行重規劃，且D* Lite算法所消耗的時間較多，因而其非常適合進行短時間路徑重規劃。給出D* Lite算法的詳細計算過程，為方便理解該算法，又利用圖形對D* Lite算法進行描述。對如何設計路徑跟蹤控制器進行說明。通過考慮自動導引車的線速度和角速度，基于反步法設計路徑跟蹤控制器，使自動導引車輛依據參考位置和參考方向進行路徑跟蹤。給出了自動導引車進行路徑跟蹤的誤差表達式和一個李雅普諾夫函數。利用李雅普諾夫穩定性理論判斷控制系統的穩定性。依據上述設計給出控制系統框圖。通過仿真和實車試驗，對上述算法和路徑跟蹤控制器的性能進行驗證。結果表明，D* Lite算法和新設計的路徑跟蹤控制器能很好地躲避障礙并以很小的誤差實現路徑跟蹤。

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

編譯：王維