AGV导引轨道设计

禁止转载
目的

　　对AGV循迹过程进行分析，探讨轨道对AGV性能的要求，为设计参考轨道提供指导。
　　AGV被称为自动导引车，那么它是如何实现自动导引的呢？一般的AGV通过安装在车体中轴首尾两端的传感器检测地面上铺设的轨道，随后调整驱动轮的角度或者速度实现对轨道的跟随，以此实现自动导引。本文研究行驶轨道与AGV运动性能的关系。

1　正弦曲线

　　首先来看正弦曲线，如下图所示。其中两个箭头的起点位于AGV中轴线上，表示传感器的按照位置，箭头指向轨道的切线方向。

　　我们假设前面的点总是匀速运动（即速度$v=1$m/s），后面的点为了始终保持在轨道上必须满足一定的条件。我们将后点的线速度画出，如下图所示。可见后点的速度并不是恒定的，而是突然变大，这一现象被称为“甩尾”。在经过曲线的波峰和波谷之前，后点的最大速度甚至能达到前点的两倍。在经过波峰时，后点速度总是先减小再增大。仿真表明车的长度越长，所需的最大速度越大。

2　8字形曲线

　　下面是跟踪8字形轨道。正弦曲线是光滑曲线，而8字形曲线虽然连续但并不光滑，可以看到后点的速度也是不光滑的。

3　圆弧连接的直线轨道

　　下面是跟踪由圆弧连接的直线轨道。由于铺设简单，这种轨道是实际应用最多的一种。

　　我们改变圆弧段的半径看看对后点速度的影响，如下图所示。我们令车长$L=1$m，圆弧段半径 $R$ 的取值范围为$0.5$m~$2$m。由图可见，半径 $R$ 越大，后点速度的波动越小；半径越小，后点速度变化越剧烈。

4　Clothoid螺旋曲线

　　下面是跟踪Clothoid螺旋曲线轨道。Clothoid曲线的特点是曲率随弧长线性变化，此时AGV后点的速度变化平缓。

　　通过以上几个例子，我们可以总结出：在设计导引轨道时，轨道的曲率半径最好不要小于车长，而且曲率最好连续变化，即轨道曲线的二阶导数是连续的。