本發(fā)明屬于自動化青蟹養(yǎng)殖架移動小車，具體涉及青蟹養(yǎng)殖架潛伏式移動小車及其控制方法。

背景技術：

1、我國養(yǎng)殖的青蟹以擬穴青蟹為主，屬節(jié)肢動物門、甲殼綱、十足目、梭子蟹科、青蟹屬。為了避免青蟹在養(yǎng)殖塘難以管理的弊端，目前興起使用一蟹一盒的形式開展青蟹工廠化養(yǎng)殖，避免了青蟹相互殘殺，可提高養(yǎng)殖密度，同時可以減少受環(huán)境突變的影響。目前市場上的青蟹養(yǎng)殖盒種類繁多，基本上是單盒設計，即1個盒子養(yǎng)1只蟹，一般10個盒子連成1排，向上疊加8～10層均勻放置在青蟹養(yǎng)殖架上。青蟹養(yǎng)殖盒之間通過相連的管道來進、排水。采用該模式進行青蟹工廠化養(yǎng)殖在同等面積下養(yǎng)殖密度比池塘養(yǎng)殖能提高很多倍，同時減少天氣突變造成的影響。在養(yǎng)殖過程中，對于不同養(yǎng)殖階段的青蟹為了規(guī)范化管理會在成長到不同時期時對“蟹公寓”，即青蟹養(yǎng)殖架進行移動。

2、傳統(tǒng)的青蟹養(yǎng)殖設備搬運主要依靠人工方式，效率低、勞動強度大、且易造成青蟹培養(yǎng)箱傾斜或磕碰，降低了青蟹養(yǎng)殖品質和生產效率。為解決上述問題，本發(fā)明提出一種潛伏式小車移動控制系統(tǒng)及其控制方法，用以實現青蟹培養(yǎng)箱的精準、安全搬運。

技術實現思路

1、本公開的目的是提供一種用于青蟹培養(yǎng)箱運輸的潛伏式小車移動控制系統(tǒng)及控制方法，能夠實現自動定位、平穩(wěn)搬運、精確?？?，降低人力成本，提高搬運效率，確保青蟹培養(yǎng)箱的安全性。

2、本公開要解決的一個技術問題為克服現有技術中，青蟹養(yǎng)殖架在養(yǎng)殖場內的搬運通常依靠人工或簡單的小車工具，搬運效率低，搬運過程費時費力，且養(yǎng)殖架移動定位不夠精準，容易發(fā)生側翻或傾斜，青蟹養(yǎng)殖架在移動過程中耗時耗力的缺陷。

3、本公開解決的另一個技術問題為對于青蟹養(yǎng)殖架在養(yǎng)殖場內搬運過程中的防撞保護與路徑動態(tài)調整。

4、本公開解決的再一個技術問題為在潛伏式小車移動青蟹養(yǎng)殖架過程中提升路徑跟蹤精度與自主定位能力。

5、本公開解決的另一個技術問題為本模型突破了傳統(tǒng)僅用速度差進行輪速控制的局限，引入輪胎實際受力因子，兼顧牽引能力與側向穩(wěn)定性，顯著提升了控制精度與安全性，特別適用于高負載敏感、穩(wěn)定性要求高的水產養(yǎng)殖物流自動化場景。

6、總體上，在一個方面，青蟹養(yǎng)殖架潛伏式移動小車，所述小車用于根據指令移動至青蟹養(yǎng)殖架的下部，并牽引所述青蟹養(yǎng)殖架移動至期望位置處，所述小車包括：

7、底盤框架；

8、位于底盤框架底部四個頂點處的小車滾輪；

9、左驅動輪和右驅動輪；

10、第一電機和第二電機，所述第一電機為所述左驅動輪提供驅動力；所述第二電機為所述右驅動輪提供驅動力；

11、plc控制模塊，用于控制所述第一電機、第二電機的正反轉以及左驅動輪、右驅動輪分別以最優(yōu)左驅動輪實時轉速和右驅動輪實時轉速轉動；

12、兩個輪速編碼器，分別用戶實時監(jiān)測左驅動輪和右驅動輪的實時轉速；

13、兩個縱向測速傳感器，分別用于實時監(jiān)測左驅動輪和右驅動輪的縱向速度；

14、兩個橫向測速傳感器，分別用于實時監(jiān)測左驅動輪和右驅動輪的橫向速度；

15、兩個供電電池，分別用于為左驅動輪和右驅動輪供電。

16、在一個實施例中，所述小車還包括第一激光雷達傳感器和第二激光雷達傳感器，分別用于掃描所述小車前后方障礙物。

17、在另一個實施例中，所述小車還包括第一磁性傳感器和第二磁性傳感器，用于識別磁導航路徑，并用于識別所述小車當前位姿是否居中或偏移規(guī)定目標路徑以及在十字交叉點進行點位識別。

18、在又一個實施例中，所述青蟹養(yǎng)殖架的底部四個頂點分別設置有一滾輪。

19、另一個實施例提供了應用于如上所述小車的控制方法，包括以下步驟：

20、初始化定位，確定所述小車初始位姿并獲得磁導航路徑，獲取周圍環(huán)境信息建立初始地圖；

21、路徑跟蹤，控制所述小車沿所述磁導航路徑形式，實時向所述plc控制模塊反饋磁偏差信息，調整所述小車左驅動輪側轉角和右驅動輪側轉角，使小車的質心始終與磁導航路徑上的路徑點重合，根據磁導航路徑逐漸靠近待移動的青蟹養(yǎng)殖架；

22、到達青蟹養(yǎng)殖架與所述小車接觸的?？奎c后，所述小車將待移動的青蟹養(yǎng)殖架與自身底盤框架卡接；

23、所述小車根據所述plc控制模塊的導航路徑，通過優(yōu)化輪速，保持框架載荷平衡，將青蟹養(yǎng)殖架運至目標位置。

24、在該實施例的一種可選變化形式中，在將青蟹養(yǎng)殖架運送至目標位置的過程中，包括：

25、s1：實時獲取左驅動輪縱向速度vx,l、右驅動輪縱向速度vx,r、左驅動輪橫向速度vy,l和右驅動輪橫向速度vy,r，左驅動輪角速度ωl和右驅動輪角速度ωr；

26、s2：根據實時獲取的數據計算左驅動輪動態(tài)側偏角和右驅動輪動態(tài)側偏角，左驅動輪滑轉率和右驅動輪滑轉率；

27、s3：計算左驅動輪和右驅動輪的實時側向力，以及左驅動輪和右驅動輪的實時縱向力；

28、s4：將所述s3步驟計算得到的側向力用于小車實時動力學控制，構建最優(yōu)左驅動輪實時轉速和右驅動輪實時轉速求解模型，動態(tài)優(yōu)化左右驅動輪實時轉速，實現車輛重心始終保持平衡狀態(tài)的行駛。

29、在又一個另外的實施例中，所述s2步驟包括：

30、s21：構建左驅動輪動態(tài)側偏角微分方程：

31、構建右驅動輪動態(tài)側偏角微分方程：

32、其中，σ為輪胎側偏角的松弛長度；αl、αr分別為左驅動輪動態(tài)側偏角、右驅動輪動態(tài)側偏角；分別為左驅動輪側偏角和右驅動輪側偏角的實時變化率。

33、s22：采用離散數值解法求解所述s21步驟構建的微分方程，求解得到左驅動輪動態(tài)側偏角αl、右驅動輪動態(tài)側偏角αr；

34、s23：計算左驅動輪滑轉率λl和右驅動輪滑轉率λr：

35、

36、其中，rw為小車左驅動輪(33)和右驅動輪(34)的輪胎半徑；ωl為左驅動輪旋轉角速度，ωr為右驅動輪旋轉角速度；max(a,b)為取a和b中較大數值的函數。

37、在再一個另外的實施例中，所述s3步驟中計算左驅動輪實時側向力和右驅動輪實時側向力的公式如下：

38、fy,i＝dysin[cyarctan((1-ey)byαi+eyarctan(byαi))]；

39、其中，i＝l或r；dy為驅動輪側向力幅值，dy＝-3960；cy為側向力曲率因子，cy＝1.1930；ey為側向力曲率調節(jié)因子，ey＝-1.0030；by為側向力剛度因子，其控制側向力計算模型對αi的靈敏度，by＝-9.9389；

40、計算左驅動輪實時縱向力和右驅動輪實時縱向力的公式如下：

41、fx,i＝dx·sin[cx·arctan(bxλi-ex(bxλi-arctan(bxλi)))]；

42、其中，；dx為驅動輪縱向力幅值，dx＝98.1；cx為縱向力曲率因子，cx＝1.1800；ex為縱向力曲率調節(jié)因子，ex＝-0.8024；bx為縱向力剛度因子bx＝-7.7911。

43、在還一個另外的實施例中，所述s4步驟包括以下步驟：

44、s41：構建的最優(yōu)左驅動輪實時轉速和右驅動輪實時轉速求解模型如下：

45、

46、其中，gy,l、gy,r分別為左驅動輪側向力滑轉影響子和右驅動輪側向力滑轉影響子；gx,l、gx,r分別為左驅動輪縱向力側滑影響因子和右驅動輪縱向力側滑影響因子；ηy為側向力差異權重系數，ηx為縱向力差異權重系數；ωl,min、ωl,max分別為左驅動輪實時轉速最小閾值和最大閾值；ωr,min、ωr,max分別為右驅動輪實時轉速最小閾值和最大閾值；αl,min、αl,max分別為左驅動輪側偏角最小閾值和最大閾值；αr,min、αr,max分別為右驅動輪側偏角最小閾值和最大閾值；λl,min、λl,max分別為左驅動輪滑轉率最小閾值和最大閾值；λr,min、λr,max分別為右驅動輪滑轉率的最小閾值和最大閾值；λl和lr分別為左驅動輪、右驅動輪距小車重心橫向垂直距離；

47、s42：將所述s41步驟求解得到的最優(yōu)左驅動輪實時轉速ωl,best和最優(yōu)右驅動輪實時轉速ωr,best帶入至s2步驟中，求解此時的左右驅動輪側向角αi,best和滑轉率λi,best，并進一步代入s3步驟中的左驅動輪實時側向力和右驅動輪實時側向力計算公式，得到fy,i(αi,best)以及代入s3步驟中的左驅動輪實時縱向力和右驅動輪實時縱向力計算公式，得到fx,i(λi,best)；

48、s43：分別判斷左驅動輪和右驅動輪的摩擦利用率μi(λi,best,αi,best)是否在各自的摩擦利用閾值范圍內：

49、摩擦利用率μi(λi,best,αi,best)的計算公式如下：

50、

51、摩擦利用閾值范圍為[0.70,0.90]；

52、若左驅動輪和右驅動輪的摩擦利用率μi(λi,best,αi,best)均在摩擦利用閾值范圍內，則輸出所述s41步驟求解得到的最優(yōu)左驅動輪實時轉速ωl,best和最優(yōu)右驅動輪實時轉速ωr,best；否則重復所述s41-s43。

53、在附加的實施例中，gy,l、gy,r、gx,l、gx,r的計算公式如下：

54、

55、其中，sh,x為第一水平位移因子，sh,y為第二水平位移因子；

56、