本發(fā)明涉及控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于ros的三車剛性協(xié)同控制的設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

1、目前，隨著agv技術(shù)的不斷發(fā)展，多agv協(xié)同控制已經(jīng)成為agv領(lǐng)域的一個重要研究方向。然而，目前多agv協(xié)同控制的研究主要聚焦于柔性協(xié)同，即各agv之間通過協(xié)調(diào)各自的運(yùn)動軌跡和速度來實(shí)現(xiàn)共同完成任務(wù)，但它們之間并沒有形成一個穩(wěn)固的整體結(jié)構(gòu)。相比之下，剛性協(xié)同控制，即多個agv作為一個剛性整體協(xié)同運(yùn)動，則具有更高的穩(wěn)定性和精確性，特別適用于需要高協(xié)同性和穩(wěn)定性的應(yīng)用場景，如重型設(shè)備的搬運(yùn)。

2、目前，盡管有一些關(guān)于多agv剛性協(xié)同控制的研究，但這些方法大多基于特定的硬件平臺或控制系統(tǒng)，缺乏通用性和靈活性。此外，對于大規(guī)?；驈?fù)雜環(huán)境的agv協(xié)同任務(wù)，現(xiàn)有方法往往面臨著通信延遲、數(shù)據(jù)處理量大、穩(wěn)定性不足等技術(shù)問題。特別是在搬運(yùn)設(shè)備這一應(yīng)用中，如何實(shí)現(xiàn)多agv之間的剛性協(xié)同控制，確保它們能夠作為一個整體穩(wěn)定、高效地搬運(yùn)設(shè)備，成為了一個亟待解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有機(jī)器人協(xié)同控制方法中缺乏穩(wěn)定、高效的剛性協(xié)同方案，特別是在需要多agv共同組成剛性體執(zhí)行搬運(yùn)任務(wù)時，如何確保agv之間的協(xié)同精度、穩(wěn)定性及響應(yīng)速度。

2、為解決上述問題，基于ros(機(jī)器人操作系統(tǒng))的軟件框架設(shè)計一種基于剛性協(xié)同模型的控制方法，通過精確控制各agv的速度，使它們能夠作為一個整體協(xié)同運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的設(shè)備搬運(yùn)。

3、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

4、一種基于ros的三車剛性協(xié)同控制的設(shè)計方法，包括以下步驟：

5、步驟一：搭建與ros環(huán)境匹配的硬件系統(tǒng)；

6、步驟二：利用ros構(gòu)建agv之間的通信機(jī)制，建立信息的實(shí)時共享與指令的快速傳遞通道；

7、步驟三：根據(jù)每輛agv的相對位置和姿態(tài)關(guān)系，構(gòu)建三輛agv之間的剛性協(xié)同控制模型；

8、步驟四：基于剛性協(xié)同控制模型設(shè)計控制算法，獲取每輛agv的速度信息；

9、步驟五：將控制算法集成到每輛agv的控制系統(tǒng)中，獲取相應(yīng)的ros節(jié)點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)算法的執(zhí)行；

10、步驟六：通過仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際場景測試，驗(yàn)證控制算法的有效性和穩(wěn)定性。

11、在上述技術(shù)方案中，對每輛agv安裝ros的核心組件和相關(guān)協(xié)議，使得三輛agv的ros環(huán)境配置一致；在ros工作環(huán)境中，利用ros的話題機(jī)制同步每輛agv之間的實(shí)時信息共享；在ros工作環(huán)境中，利用服務(wù)機(jī)制建立三輛agv之間的通信鏈接，實(shí)現(xiàn)相互控制指令的傳遞和執(zhí)行。

12、本發(fā)明控制設(shè)計方法包括如下的四個部分：

13、一、系統(tǒng)建模

14、車輛動力學(xué)模型：建立每輛車的動力學(xué)模型以及需要保持的隊(duì)形的數(shù)學(xué)模型，包括位置、速度等狀態(tài)變量。

15、模型驗(yàn)證：通過實(shí)驗(yàn)或仿真驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性和可靠性。

16、在本發(fā)明中，需要確保系統(tǒng)建模的準(zhǔn)確性：建模是控制算法設(shè)計的基礎(chǔ)，必須確保模型能夠真實(shí)反映車輛的動態(tài)特性。

17、二、控制算法設(shè)計

18、控制目標(biāo)定義：明確三車協(xié)同控制的目標(biāo)，即保持隊(duì)列固定距離、相同航向角、車中心在一條直線上。

19、控制策略選擇：選擇適合的控制策略，為避免出現(xiàn)出現(xiàn)閉環(huán)控制出現(xiàn)的超調(diào)、慣性、延遲等問題，采用開環(huán)控制策略，從車直接根據(jù)主車的速度和隊(duì)形保持的數(shù)學(xué)模型計算自身速度。

20、算法仿真：在仿真環(huán)境中測試控制算法的有效性，調(diào)整參數(shù)以優(yōu)化性能。

21、在本發(fā)明中，需要確保控制算法的實(shí)時性：在協(xié)同控制中，實(shí)時性是關(guān)鍵，算法應(yīng)能快速響應(yīng)車輛狀態(tài)的變化，以保證安全和穩(wěn)定性。

22、三、協(xié)同控制策略實(shí)現(xiàn)

23、信息共享機(jī)制：基于ros系統(tǒng)，設(shè)計車輛間的信息共享機(jī)制，主要表現(xiàn)為速度數(shù)據(jù)的發(fā)布和訂閱，確保實(shí)時性和準(zhǔn)確性。

24、在本發(fā)明中，需要確保信息共享的可靠性：車輛間的信息傳輸必須具備高可靠性和低延遲，以確保協(xié)同控制的有效性。

25、四、系統(tǒng)集成

26、硬件選擇：選擇合適的傳感器(包括imu、激光雷達(dá)等)和執(zhí)行器(包括驅(qū)動器和電機(jī))進(jìn)行系統(tǒng)集成。

27、軟件開發(fā)：基于ros系統(tǒng)開發(fā)控制軟件，包含傳感器數(shù)據(jù)處理、控制算法實(shí)施和車輛間通信模塊。

28、系統(tǒng)測試與優(yōu)化：在真實(shí)環(huán)境中進(jìn)行系統(tǒng)測試，收集數(shù)據(jù)進(jìn)行性能評估，優(yōu)化控制算法和系統(tǒng)配置。

29、在本發(fā)明中，需要確保系統(tǒng)測試的重要性：通過充分的測試和驗(yàn)證，確保系統(tǒng)在各種條件下的穩(wěn)定性和安全性，是實(shí)現(xiàn)三車剛性協(xié)同控制的關(guān)鍵。

30、綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

31、提高協(xié)調(diào)精度與穩(wěn)定性：通過精確的協(xié)同控制算法和剛性協(xié)同控制模型，使得三車能夠在搬運(yùn)過程中保持穩(wěn)定的相對位置和姿態(tài)關(guān)系，顯著提高協(xié)調(diào)精度和整體穩(wěn)定性。

32、降低通信延遲：利用ros的實(shí)時通信機(jī)制，減少了信息傳輸?shù)难舆t，提高了agv之間的響應(yīng)速度。

33、提升搬運(yùn)效率：通過剛性協(xié)同控制，使三車能夠作為一個整體高效地搬運(yùn)設(shè)備，提升了整體搬運(yùn)效率。

34、增強(qiáng)通用性和靈活性：本發(fā)明提出的控制方法具有通用性和靈活性，可適應(yīng)不同規(guī)模、不同任務(wù)場景下的多agv協(xié)同控制需求。

技術(shù)特征：

1.一種基于ros的三車剛性協(xié)同控制的設(shè)計方法，其特征在于設(shè)計流程包括：系統(tǒng)建模，設(shè)計控制算法，協(xié)同控制策略實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)集成。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ros的三車剛性協(xié)同控制的設(shè)計方法，其特征在于包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于ros的三車剛性協(xié)同控制的設(shè)計方法，其特征在于：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于ros的三車剛性協(xié)同控制的設(shè)計方法，其特征在于：三輛agv保持一字縱隊(duì)隊(duì)形排布，三輛agv的中心在中間agv的幾何中心，三輛agv的運(yùn)動控制模型為：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于ros的三車剛性協(xié)同控制的設(shè)計方法，其特征在于：采用分布式控制策略，對每臺agv接收到得指令進(jìn)行獨(dú)立控制，與其他agv保持協(xié)同。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于ROS的三車剛性協(xié)同控制的設(shè)計方法，包括：步驟一：搭建與ROS環(huán)境匹配的硬件系統(tǒng)；步驟二：利用ROS構(gòu)建AGV之間的通信機(jī)制，建立信息的實(shí)時共享與指令的快速傳遞通道；步驟三：根據(jù)每輛AGV的相對位置和姿態(tài)關(guān)系，構(gòu)建三輛AGV之間的剛性協(xié)同控制模型；步驟四：基于剛性協(xié)同控制模型設(shè)計控制算法，獲取每輛AGV的速度信息；步驟五：將控制算法集成到每輛AGV的控制系統(tǒng)中，獲取相應(yīng)的ROS節(jié)點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)算法的執(zhí)行；步驟六：通過仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際場景測試，驗(yàn)證控制算法的有效性和穩(wěn)定性；本發(fā)明通過精確的協(xié)同控制算法和剛性協(xié)同控制模型，使得三車能夠在搬運(yùn)過程中保持穩(wěn)定的相對位置和姿態(tài)關(guān)系，顯著提高協(xié)調(diào)精度和整體穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：陳波,張超鵬,張虎,陳加才,廖華健,張毅,賀飛飛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川航天長征裝備制造有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30