穿梭车速度规划控制方法、装置及穿梭车与流程

本发明涉及控制领域，特别涉及一种穿梭车速度规划控制方法、装置及穿梭车。

背景技术：

在现代自动化物流仓库中，直线式往复型轨道穿梭车(Shuttle小车)需要以很高速度(最高速度可以达到4米每秒)运动并准确定位，主要采用伺服放大器进行驱动，配合码尺传感器进行定位。

目前，穿梭车采用固定加速度和减速度的速度曲线方式，如图1所示，其中将整个位移分为三个阶段，其中在第一阶段以给定的加速度进行加速直到最大速度，在第二阶段以匀速进行运动，在第三阶段以给定的加速度进行减速，直到速度减到设定的结束速度。

在上述速度曲线中，当速度变化从加速阶段进入匀速，或从匀速阶段进入减速阶段时，由于加速度的变化，如图2所示，速度会相应发生突变，由于现有伺服放大器具有内部速度PID控制，造成实时速度剧烈波动，定位不准确。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种穿梭车速度规划控制方法、装置及穿梭车，通过对穿梭车行进过程中的加减速过程进行控制，从而在保证行进速度的同时，有效减小速度跳变，提高整体效率。

根据本发明的一个方面，提供一种穿梭车速度规划控制方法，包括：

控制穿梭车从指定位移的起点以指定初始速度V_s开始进行加速运动，其中先进行加速度随时间增加的第一加速运动，再进行加速度随时间减小的第二加速运动；

控制穿梭车进行匀速运动；

控制穿梭车进行减速运动，其中先进行加速度随时间减少的第一减速运动，再进行加速度随时间增加的第二减速运动，并以指定末速度V_e到达指定位移的终点。

在一个实施例中，穿梭车进行第一加速运动和第二加速运动所需的时间相同；

穿梭车进行第一降速运动和第二降速运动所需的时间相同。

在一个实施例中，穿梭车进行第一加速运动或第二加速运动所需的时间T₁和进行第一降速运动和第二降速运动所需的时间T₂满足：

所述时间T₁和时间T₂的平方差与穿梭车的所述末速度V_e减去初始速度V_s的差值呈正比。

在一个实施例中，判断穿梭车的指定位移是否大于预定门限，其中所述预定门限由所述初始速度V_s和末速度V_e确定；

若穿梭车的指定位移大于预定门限，则执行控制穿梭车从指定位移起点以指定初始速度V_s开始进行加速运动的步骤；

若穿梭车的指定位移不大于预定门限，则穿梭车以预定速度通过指定位移。

在一个实施例中，在所述末速度V_e不小于初始速度V_s时，所述预定门限由所述末速度V_e与初始速度V_s之和、以及所述末速度V_e与初始速度V_s之差确定。

在一个实施例中，所述时间T₂的取值范围为V_max为穿梭车的最高速度，J为加速度参数；

设穿梭车通过所述指定位移仅进行所述加速运动和减速运动，通过对穿梭车的位移函数进行二分法来确定所述时间T₂和T₁。

在一个实施例中，在所述末速度V_e小于初始速度V_s时，所述预定门限由所述末速度V_e与初始速度V_s之和、以及所述初始速度V_s与末速度V_e之差确定。

在一个实施例中，所述时间T₂的取值范围为V_max为穿梭车的最高速度，J为加速度参数；

设穿梭车通过所述指定位移仅进行所述加速运动和减速运动，通过对穿梭车的位移函数进行二分法来确定所述时间T₂和T₁。

在一个实施例中，利用所述时间T₁和初始速度V_s确定穿梭车进行所述加速运动的升速过程位移；

利用所述时间T₂和末速度V_e确定穿梭车进行所述减速运动的降速过程位移；

将所述指定位移减去所述升速过程位移和所述降速过程位移的差值作为穿梭车进行所述匀速运动的匀速过程位移。

在一个实施例中，利用所述匀速过程位移、所述时间T₁和初始速度V_s确定穿梭车进行所述匀速运动所需的时间T₃。

在一个实施例中，利用所述初始速度V_s、加速度参数J、时间T₁、T₂和T₃确定穿梭车在各时刻的运行速度。

根据本发明的另一方面，提供一种穿梭车速度规划控制装置，包括第一运动控制模块、第二运动控制模块和第三运动控制模块，其中：

第一运动控制模块，用于控制穿梭车从指定位移的起点以指定初始速度V_s开始进行加速运动，其中先进行加速度随时间增加的第一加速运动，再进行加速度随时间减小的第二加速运动；

第二运动控制模块，用于控制穿梭车进行匀速运动；

第三运动控制模块，用于控制穿梭车进行减速运动，其中先进行加速度随时间减少的第一减速运动，再进行加速度随时间增加的第二减速运动，并以指定末速度V_e到达指定位移的终点。

在一个实施例中，穿梭车进行第一加速运动和第二加速运动所需的时间相同；

穿梭车进行第一降速运动和第二降速运动所需的时间相同。

在一个实施例中，穿梭车进行第一加速运动或第二加速运动所需的时间T₁和进行第一降速运动和第二降速运动所需的时间T₂满足：

所述时间T₁和时间T₂的平方差与穿梭车的所述末速度V_e减去初始速度V_s的差值呈正比。

在一个实施例中，上述装置还包括速度规划模块和第四运动控制模块，其中：

速度规划模块，用于判断穿梭车的指定位移是否大于预定门限，其中所述预定门限由所述初始速度V_s和末速度V_e确定；若穿梭车的指定位移大于预定门限，则指示第一运动控制模块执行控制穿梭车从指定位移起点以指定初始速度V_s开始进行加速运动的操作；

第四运动控制模块，用于速度规划模块的判断结果，若穿梭车的指定位移不大于预定门限，则穿梭车以预定速度通过指定位移。

在一个实施例中，在所述末速度V_e不小于初始速度V_s时，所述预定门限由所述末速度V_e与初始速度V_s之和、以及所述末速度V_e与初始速度V_s之差确定。

在一个实施例中，速度规划模块具体确定所述时间T₂的取值范围为V_max为穿梭车的最高速度，J为加速度参数；设穿梭车通过所述指定位移仅进行所述加速运动和减速运动，通过对穿梭车的位移函数进行二分法来确定所述时间T₂和T₁。

在一个实施例中，在所述末速度V_e小于初始速度V_s时，所述预定门限由所述末速度V_e与初始速度V_s之和、以及所述初始速度V_s与末速度V_e之差确定。

在一个实施例中，速度规划模块具体确定所述时间T₂的取值范围为V_max为穿梭车的最高速度，J为加速度参数；设穿梭车通过所述指定位移仅进行所述加速运动和减速运动，通过对穿梭车的位移函数进行二分法来确定所述时间T₂和T₁。

在一个实施例中，速度规划模块还用于利用所述时间T₁和初始速度V_s确定穿梭车进行所述加速运动的升速过程位移；利用所述时间T₂和末速度V_e确定穿梭车进行所述减速运动的降速过程位移；将所述指定位移减去所述升速过程位移和所述降速过程位移的差值作为穿梭车进行所述匀速运动的匀速过程位移。

在一个实施例中，速度规划模块还用于利用所述匀速过程位移、所述时间T₁和初始速度V_s确定穿梭车进行所述匀速运动所需的时间T₃。

在一个实施例中，速度规划模块还用于利用所述初始速度V_s、加速度参数J、时间T₁、T₂和T₃确定穿梭车在各时刻的运行速度。

根据本发明的另一方面，提供一种穿梭车速度规划控制装置，包括存储器和处理器，其中：

存储器，用于存储指令；

处理器，耦合到所述存储器，所述处理器被配置为基于所述存储器存储的指令执行实现上述任一实施例涉及的方法。

根据本发明的另一方面，提供一种穿梭车，包括上述任一实施例涉及的穿梭车速度规划控制装置。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中穿梭车速度曲线示意图。

图2为现有技术中穿梭车加速度曲线示意图。

图3为本发明穿梭车速度规划控制方法一个实施例的示意图。

图4为本发明穿梭车速度规划控制方法另一实施例的示意图。

图5为本发明穿梭车速度曲线示意图。

图6为本发明穿梭车加速度曲线示意图。

图7为本发明穿梭车速度规划控制装置一个实施例的示意图。

图8为本发明穿梭车速度规划控制装置另一实施例的示意图。

图9为本发明穿梭车速度规划控制装置又一实施例的示意图。

图10为本发明穿梭车一个实施例的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图3为本发明穿梭车速度规划控制方法一个实施例的示意图。其中：

步骤301，控制穿梭车从指定位移的起点以指定初始速度V_s开始进行加速运动，其中先进行加速度随时间增加的第一加速运动，再进行加速度随时间减小的第二加速运动。

可选地，穿梭车进行第一加速运动和第二加速运动所需的时间相同。

步骤302，控制穿梭车进行匀速运动。

步骤303，控制穿梭车进行减速运动，其中先进行加速度随时间减少的第一减速运动，再进行加速度随时间增加的第二减速运动，并以指定末速度V_e到达指定位移的终点。

可选地，穿梭车进行第一降速运动和第二降速运动所需的时间相同。

可选地，穿梭车进行第一加速运动或第二加速运动所需的时间T₁和进行第一降速运动和第二降速运动所需的时间T₂满足：

时间T₁和时间T₂的平方差与穿梭车的末速度V_e减去初始速度V_s的差值呈正比。例如，T₁²-T₂²＝(V_e-V_s)/J，其中J为穿梭车的加速度参数。

基于本发明上述实施例提供的穿梭车速度规划控制方法，通过对穿梭车行进过程中的加减速过程进行控制，从而在保证行进速度的同时，有效减小速度跳变，提高整体效率。

图4为本发明穿梭车速度规划控制方法另一实施例的示意图。其中：

步骤401，判断穿梭车的指定位移是否大于预定门限，其中预定门限由初始速度V_s和末速度V_e确定。

若穿梭车的指定位移大于预定门限，则执行步骤403；若穿梭车的指定位移不大于预定门限，则执行步骤402。

其中，由于初始速度V_s和末速度V_e之间的大小关系不同，因此相应的预定门限也会不同。

例如，在末速度V_e不小于初始速度V_s时，预定门限由末速度V_e与初始速度V_s之和、以及末速度V_e与初始速度V_s之差确定。而在末速度V_e小于初始速度V_s时，预定门限由末速度V_e与初始速度V_s之和、以及初始速度V_s与末速度V_e之差确定。

步骤402，穿梭车以预定速度通过指定位移。之后不再执行本实施例的其它步骤。

步骤403，控制穿梭车从指定位移的起点以指定初始速度V_s开始进行加速运动，其中先进行加速度随时间增加的第一加速运动，再进行加速度随时间减小的第二加速运动。

步骤404，控制穿梭车进行匀速运动。

步骤405，控制穿梭车进行减速运动，其中先进行加速度随时间减少的第一减速运动，再进行加速度随时间增加的第二减速运动，并以指定末速度V_e到达指定位移的终点。

若指定位移不满足预定门限要求，则表明该指定位移过短，在这种情况下就无需进行上述速度规定，仅需控制穿梭车以预定速度匀速通过该指定位置即可。

下面通过具体示例对本发明进行说明。

如图5所示，将指定位移S划分为三个阶段，其中在第一阶段(升速过程位移S_up)中，穿梭车从指定位移的起点以指定初始速度V_s开始，在时间T₁内先进行加速度随时间增加的第一加速运动，再在时间T₁内进行加速度随时间减小的第二加速运动；接下来在第二阶段(匀速过程位移S_ev)，在时间T₃内进行匀速运动；然后在第三阶段(降速过程位移S_down)，在时间T₂内进行加速度随时间减少的第一减速运动，再在时间T₂内进行加速度随时间增加的第二减速运动，并以指定末速度V_e到达指定位移的终点。

设参数J为加速度的变化率，其为一恒定值。则相应的加速度公式如下：

加速度示意图如图6所示。相应的速度公式如下：

对应的位移公式如下：

由于初始速度V_s、末速度V_e、指定位移S和加速度的变化率J均为已知，由此如果能够求出T₁，T₂和T₃，则位移曲线也就迎刃而解了。

当t＝2T₁+2T₂+T₃时，由公式(2)可得：

若匀速过程位移S_ev≥0，则穿梭车的最高速度V_max即为匀速时的速度，由公式(2)可得：

V_max＝V_s+JT₁² (5)

将公式(5)带入公式(4)，可得：

进而由公式(3)可推导出：

如果S_ev<0，则没有匀速区，即T₃为0，且速度达不到V_max，由公式(3)和公式(4)可得：

如果将上式中的T₂看作变量，则可以当作关于T₂的函数，则：

其中相对于区间T₂∈[0,+∞)是单调递增的。根据公式(6)得T₂的取值上限是

当Ve≥Vs时，T2的最小值为0，则其取值范围为

因此，若给定位移：

则T₂存在正数解，令公式(9)中的可采用二分法求解T₂。

而当V_e＜V_s时，由公式(4)得：

即T₂的最小值为则T₂的取值范围是

因此，若给定位移：

则T₂存在正数解，令公式(9)中的可采用二分法求解T₂。

将求取的T₂代入公式(4)中得到T₁，进而利用公式(7)，则可求得S_up，S_down，S_ev及T₃，将T₁，T₂，T₃代入公式(2)中，便可得到各区域的速度。

具体来时，利用时间T₁和初始速度V_s确定穿梭车进行加速运动的升速过程位移，利用时间T₂和末速度V_e确定穿梭车进行减速运动的降速过程位移，将指定位移减去升速过程位移和降速过程位移的差值作为穿梭车进行匀速运动的匀速过程位移。利用匀速过程位移、时间T₁和初始速度V_s确定穿梭车进行匀速运动所需的时间T₃。最后利用初始速度V_s、加速度参数J、时间T₁、T₂和T₃确定穿梭车在各时刻的运行速度。

图7为本发明穿梭车速度规划控制装置一个实施例的示意图。如图7所示，该装置包括第一运动控制模块701、第二运动控制模块702和第三运动控制模块703，其中：

第一运动控制模块701用于控制穿梭车从指定位移的起点以指定初始速度V_s开始进行加速运动，其中先进行加速度随时间增加的第一加速运动，再进行加速度随时间减小的第二加速运动。

可选地，穿梭车进行第一加速运动和第二加速运动所需的时间相同。

第二运动控制模块702用于控制穿梭车进行匀速运动。

第三运动控制模块703用于控制穿梭车进行减速运动，其中先进行加速度随时间减少的第一减速运动，再进行加速度随时间增加的第二减速运动，并以指定末速度V_e到达指定位移的终点。

可选地，穿梭车进行第一降速运动和第二降速运动所需的时间相同。

其中穿梭车进行第一加速运动或第二加速运动所需的时间T₁和进行第一降速运动和第二降速运动所需的时间T₂可满足：

时间T₁和时间T₂的平方差与穿梭车的末速度V_e减去初始速度V_s的差值呈正比。

基于本发明上述实施例提供的穿梭车速度规划控制装置，通过对穿梭车行进过程中的加减速过程进行控制，从而在保证行进速度的同时，有效减小速度跳变，提高整体效率。

图8为本发明穿梭车速度规划控制装置另一实施例的示意图。如图8所示，该装置中除第一运动控制模块801、第二运动控制模块802和第三运动控制模块803之外，还包括速度规划模块804和第四运动控制模块805。其中：

速度规划模块804用于判断穿梭车的指定位移是否大于预定门限，其中预定门限由初始速度V_s和末速度V_e确定；若穿梭车的指定位移大于预定门限，则指示第一运动控制模块801执行控制穿梭车从指定位移起点以指定初始速度V_s开始进行加速运动的操作；

第四运动控制模块805用于速度规划模块804的判断结果，若穿梭车的指定位移不大于预定门限，则穿梭车以预定速度通过指定位移。

其中，在末速度V_e不小于初始速度V_s时，预定门限由末速度V_e与初始速度V_s之和、以及末速度V_e与初始速度V_s之差确定。而在末速度V_e小于初始速度V_s时，预定门限由末速度V_e与初始速度V_s之和、以及初始速度V_s与末速度V_e之差确定。

此外，速度规划模块804还用户确定穿梭车在各区间的时间、速度、位移等信息，并将确定的相应参数提供给相应的运动控制模块对穿梭车进行相应控制。

例如，在末速度V_e不小于初始速度V_s时，速度规划模块804具体确定时间T₂的取值范围为V_max为穿梭车的最高速度，J为加速度参数；设穿梭车通过指定位移仅进行加速运动和减速运动，根据上述公式(9)，通过对穿梭车的位移函数进行二分法来确定时间T₂和T₁。

而在末速度V_e小于初始速度V_s时，速度规划模块804具体确定时间T₂的取值范围为V_max为穿梭车的最高速度，J为加速度参数；设穿梭车通过指定位移仅进行加速运动和减速运动，根据上述公式(9)，通过对穿梭车的位移函数进行二分法来确定时间T₂和T₁。

可选地，速度规划模块804还用于利用时间T₁和初始速度V_s确定穿梭车进行加速运动的升速过程位移；利用时间T₂和末速度V_e确定穿梭车进行减速运动的降速过程位移；将指定位移减去升速过程位移和降速过程位移的差值作为穿梭车进行匀速运动的匀速过程位移。

此外，速度规划模块804还用于利用匀速过程位移、时间T₁和初始速度V_s确定穿梭车进行匀速运动所需的时间T₃。

例如，可通过上述公式(7)完成相关计算。

之后，速度规划模块804还可利用上述公式(2)，利用初始速度V_s、加速度参数J、时间T₁、T₂和T₃确定穿梭车在各时刻的运行速度。

图9为本发明穿梭车速度规划控制装置又一实施例的示意图。如图9所示，穿梭车速度规划控制装置可包括存储器901和处理器902，其中：

存储器901用于存储指令，处理器902耦合到存储器901，处理器902被配置为基于存储器存储的指令执行实现如图3或图4中任一实施例涉及的方法。

如图9所示，穿梭车速度规划控制装置还包括通信接口903，用于与其它设备进行信息交互。同时，该装置还包括总线904，处理器902、通信接口903、以及存储器901通过总线904完成相互间的通信。

存储器901可以包含高速RAM存储器，也可还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器901也可以是存储器阵列。存储器901还可能被分块，并且块可按一定的规则组合成虚拟卷。

此外，处理器902可以是一个中央处理器CPU，或者可以是专用集成电路ASIC(Application Specific Integrated Circuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。

图10为本发明穿梭车一个实施例的示意图。如图10所示，穿梭车1001中包括穿梭车速度规划控制装置1002，其中穿梭车速度规划控制装置1002可为图7至图9中任一实施例涉及的穿梭车速度规划控制装置。

通过实施本发明，能够在保证精度的条件下,使用加减速控制技术对行进路径加减速过程进行控制,提高行进速度,减小速度跳变,提高整体效率。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。