無反射板雷射自主導航agv小車及其導航方法
2023-07-08 04:50:16
無反射板雷射自主導航agv小車及其導航方法
【專利摘要】本發明公開了一種無反射板雷射自主導航AGV小車，涉及運輸設備【技術領域】，本發明的無反射板雷射自主導航AGV小車，無需安裝反射板即可實現雷射導航AGV小車的定位和避障，包括雷射掃描儀、小車主體、上位機系統、下位機系統、執行機構和輸入輸出裝置，雷射掃描儀與上位機系統電連接，上位機系統與下位機系統電連接，輸入輸出裝置與下位機系統連接，執行機構可轉動地連接在小車主體的下方，執行機構用於驅動無反射板雷射自主導航AGV小車運行。
【專利說明】無反射板雷射自主導航AGV小車及其導航方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及運輸設備【技術領域】，特別是涉及一種無反射板雷射自主導航AGV小車。
【背景技術】
[0002]AGV小車(自動導航小車)是指裝備有電磁或光學等自動導引裝置，能夠沿規定的導引路逕行駛，具有小車編程與停車裝置、安全保護以及各種移載功能的運輸小車。近年來隨著現代物流以及相關技術在我國高速發展，AGV已廣泛應用於物流系統和柔性製造系統中，其高效、快捷、靈活，大大提高了生產自動化程度和生產效率。雷射引導是在九十年代中期開始採用的先進的引導方式，是除GPS外唯一不需要地面處理的引導方式，雷射引導AGV小車採用雷射掃描器和預先在AGV小車運行區域周圍布置好位置的反光板作為雷射定位所需的基礎環境，主要完成路徑規劃、定位和避障等任務。
[0003]現有的雷射導航AGV小車，在運行區域需要安裝至少三個以上的高亮度反射板，雷射掃描儀只能檢測到這種高亮度的反射板，雷射掃描一周後，可以得到一系列反射板的反射角，然後根據得到的數據進行定位。反射板的安裝至關重要，必須在運行區域都安裝上，當雷射導航AGV小車到達新的區域時，需重新安裝反射板。另外反射板的位置必須固定，如不小心動了反射板，AGV小車將不知道自己的位置，靈活性和精確度相對而言比較差。
【發明內容】
[0004]為解決上述技術問題，本發明的一個目的在於提供一種無需安裝反射板即可實現雷射導航AGV小車的定位和避障的無反射板雷射自主導航AGV小車。
[0005]本發明的無反射板雷射自主導航AGV小車，包括雷射掃描儀、小車主體、上位機系統、下位機系統、執行機構和輸入輸出裝置，所述雷射掃描儀與上位機系統電連接，雷射掃描儀用於接收反射的雷射，並將此雷射轉換為電信號傳送給上位機系統；
所述上位機系統與下位機系統電連接，上位機系統根據雷射掃描儀發送的電信號構建地圖，並在此地圖的基礎上進行路徑規劃，並向下位機系統發送控制指令，控制無反射板雷射自主導航AGV小車的運行；
所述輸入輸出裝置與下位機系統連接，輸入輸出裝置用於接收操作人員發送的控制指令和顯示無反射板雷射自主導航AGV小車內部的狀態信息；
所述執行機構可轉動地連接在小車主體的下方，執行機構用於驅動無反射板雷射自主導航AGV小車運行。
[0006]進一步的，本發明的無反射板雷射自主導航AGV小車，所述執行機構包括固定板、左執行機構和右執行機構，所述左執行機構和右執行機構分別設置在固定板的左側和右偵牝所述執行機構中的每個執行機構包括車輪、馬達、驅動器和旋轉編碼器，所述車輪的主軸與馬達的主軸連接，左執行機構中的車輪和右執行機構中的車輪用於產生速度差，並驅動執行機構轉彎，從而帶動小車主體運行，所述馬達與驅動器電連接，所述驅動器與下位機系統電連接，驅動器用於驅動馬達的運轉，所述旋轉編碼器的輸入軸與馬達的主軸連接，並且旋轉編碼器與下位機系統電連接，旋轉編碼器用於向下位機系統反饋馬達的轉速和轉角數據。
[0007]進一步的，本發明的無反射板雷射自主導航AGV小車，還包括角度傳感器和從動軸，所述從動軸豎直地設置在固定板上，所述角度傳感器與從動軸固定連接，並且角度傳感器與下位機系統電連接，角度傳感器用於檢測執行機構與小車主體之間的夾角數據，並將此數據通過下位機系統上傳至上位機系統。
[0008]進一步的，本發明的無反射板雷射自主導航AGV小車，所述輸入輸出裝置包括觸控螢幕、按鈕、遙控器、聲音輸出設備和障礙物傳感器，所述觸控螢幕、按鈕、聲音輸出設備和障礙物傳感器分別與下位機系統電連接，按鈕用於啟動或關閉無反射板雷射自主導航AGV小車，聲音輸出設備用於提示無反射板雷射自主導航AGV小車的內部狀態數據，所述障礙物傳感器用於當無反射板雷射自主導航AGV小車碰到障礙物時停止無反射板雷射自主導航AGV小車的運行，所述遙控器與上位機系統或下位機系統通過無線連接，遙控器用於控制無反射板雷射自主導航AGV小車的運行。
[0009]進一步的，本發明的無反射板雷射自主導航AGV小車，所述上位機系統為工業控制計算機或MCU控制器中的一種。
[0010]進一步的，本發明的無反射板雷射自主導航AGV小車，所述下位機系統為MCU控制器或PLC中的一種。
[0011 ] 進一步的，本發明的無反射板雷射自主導航AGV小車，所述下位機系統集成在上位機系統之中。
[0012]與現有技術相比本發明的無反射板雷射自主導航AGV小車有益效果為:本發明的無反射板雷射自主導航AGV小車包括雷射掃描儀和上位機系統，上位機系統在接收到雷射掃描儀發送的電信號後對其進行處理，建立原始地圖並對其進行限定，去除非安全區域從而得到有效地圖，並保存在上位機系統中，當設定好目的點後，上位機系統根據建立的地圖進行路徑規劃，找到一條到達目的地的最短路徑，並據此最短路徑向執行機構發送控制指令，控制無反射板雷射自主導航AGV小車的運行，期間，旋轉編碼器將和角度傳感器將通過下位機系統向上位機系統傳送轉速和角度等數據，從而實現上位機系統的反饋控制，進一步調整執行機構中車輪的轉速和身姿，直至到達設定的目的地。綜上所述，本發明的無反射板雷射自主導航AGV小車不需要像帶反射板的雷射導航AGV小車那樣，通過反射板反射的雷射來計算自身所處的位置，而是通過原始地圖和有效地圖的建立，實現自主導航。
[0013]本發明的另一個目的在於提供一種無反射板雷射自主導航AGV小車的自動導航方法，以實現無反射板雷射自主導航AGV小車的自動導航，包括以下步驟:
A:開啟無反射板雷射自主導航AGV小車，並將無反射板雷射自主導航AGV小車設定為遙控模式；
B:利用遙控器控制無反射板雷射自主導航AGV小車在需要到達的區域內運行，當雷射掃描儀掃描到物體時，雷射掃描儀將反射回來的雷射轉換為電信號，並發送至上位機系統；
C:上位機系統對雷射掃描儀發送過來的電信號進行處理，並建立原始地圖，將掃描到的物體輪廓用黑色線條表示在原始地圖中，直到無反射板雷射自主導航AGV小車在需要到達的區域內運行一遍後，原始地圖建立完成，上位機系統將此原始地圖進行保存；
D:操作人員對原始地圖作限定，人工屏蔽有條件開放的非安全區域，從而得到一個有效地圖，並將此有效地圖保存在上位機系統中；
E:操作人員在有效地圖內設定無反射板雷射自主導航AGV小車的起始點和目標點，並將無反射板雷射自主導航AGV小車設定為自主模式；
F:上位機系統進行路徑規劃，規劃出最短路徑，並發送控制指令及行走數據給下位機系統；
G:下位機系統將控制指令發送至執行機構，驅動無反射板雷射自主導航AGV小車運行，在此過程中，旋轉編碼器將數據不斷地發送給上位機系統，由上位機系統做PID閉環控制，直至到達設定的目的點並結束運行，如果運行過程中，無反射板雷射自主導航AGV小車的雷射掃描儀掃描到前方一定距離內有障礙物則轉步驟H ；
H:上位機系統根據掃描到的障礙物信息對有效地圖進行同步處理，將障礙物標記在有效地圖中，並對有效地圖進行保存，上位機系統根據同步過的有效地圖重新進行路徑規劃，如果上位機系統計算得到無反射板雷射自主導航AGV小車能夠通過障礙物，則轉步驟G，否則轉步驟I ;
1:上位機系統停止無反射板雷射自主導航AGV小車的運行，直到障礙物離去後，轉步驟G。
[0014]與現有技術相比，本發明的無反射板雷射自主導航AGV小車的自動導航方法，其有益效果為:當無反射板雷射自主導航AGV小車在運行的過程中遇到障礙物時，上位機系統會將此障礙物以黑色的線條將其標記在原來的有效地圖中，從而實現對有效地圖的同步更新，並重新規劃至目的地的最短路徑，驅動無反射板雷射自主導航AGV小車到達目的地，從而增強了本發明的無反射板雷射自主導航AGV小車的環境適應性，綜上所述，通過執行無反射板雷射自主導航AGV小車的自動導航方法中的各個步驟，實現了無反射板雷射自主導航AGV小車的自動導航，與靠反射板定位的雷射導航AGV小車相比，外界對其自身的影響比較小，使其能適合各種各樣的場合，環境適應性更強。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明的無反射板雷射自主導航AGV小車的主視示意圖；
圖2是本發明的無反射板雷射自主導航AGV小車的結構框圖；
圖3是本發明的無反射板雷射自主導航AGV小車的執行機構的主視示意圖；
圖4是本發明的無反射板雷射自主導航AGV小車自動導航方法的工作流程圖。
[0016]圖中，1:雷射掃描儀；2:小車主體；3:執行機構；4:固定板；5:車輪；6:馬達；7:驅動器；8:旋轉編碼器；9:角度傳感器；10:從動軸。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
[0018]如圖1至3所示，本發明的無反射板雷射自主導航AGV小車，包括雷射掃描儀1、小車主體2、上位機系統、下位機系統、執行機構3和輸入輸出裝置,雷射掃描儀與上位機系統電連接，雷射掃描儀用於接收反射的雷射，並將此雷射轉換為電信號傳送給上位機系統；上位機系統與下位機系統電連接，上位機系統根據雷射掃描儀發送的電信號構建地圖，並在此地圖的基礎上進行路徑規劃，並向下位機系統發送控制指令，控制無反射板雷射自主導航AGV小車的運行；
輸入輸出裝置與下位機系統連接，輸入輸出裝置用於接收操作人員發送的控制指令和顯示無反射板雷射自主導航AGV小車內部的狀態信息；輸入輸出裝置包括觸控螢幕、按鈕、遙控器、聲音輸出設備和障礙物傳感器，觸控螢幕、按鈕、聲音輸出設備和障礙物傳感器分別與下位機系統電連接，按鈕用於啟動或關閉無反射板雷射自主導航AGV小車，聲音輸出設備用於提示無反射板雷射自主導航AGV小車的內部狀態數據，障礙物傳感器用於當無反射板雷射自主導航AGV小車碰到障礙物時停止無反射板雷射自主導航AGV小車的運行，遙控器與上位機系統或下位機系統通過無線連接，遙控器用於控制無反射板雷射自主導航AGV小車的運行。
[0019]執行機構可轉動地連接在小車主體的下方，執行機構用於驅動無反射板雷射自主導航AGV小車運行。執行機構包括固定板4、左執行機構和右執行機構，左執行機構和右執行機構分別設置在固定板的左側和右側，執行機構中的每個執行機構包括車輪5、馬達6、驅動器7和旋轉編碼器8，車輪的主軸與馬達的主軸連接，左執行機構中的車輪和右執行機構中的車輪用於產生速度差，並驅動執行機構轉彎，從而帶動小車主體運行，馬達與驅動器電連接，驅動器與下位機系統電連接，驅動器用於驅動馬達的運轉，旋轉編碼器的輸入軸與馬達的主軸連接，並且旋轉編碼器與下位機系統電連接，旋轉編碼器用於向下位機系統反饋馬達的轉速和轉角數據。
[0020]具體實施時，首先將無反射板雷射自主導航AGV小車設定在遙控模式，並由操作人員通過遙控器控制無反射板雷射自主導航AGV小車在需要運行的區域內運行一遍，在此過程中，雷射掃描儀不斷地向周圍發出雷射，並將物體反射的雷射轉換為電信號，並上傳至上位機系統，上位機系統在接收到雷射掃描儀發送的電信號後對其進行處理，由發射雷射到接受到反射雷射之間的時間，以及雷射掃描儀的發送雷射的角度信息即可推算出物體距無反射板雷射自主導航AGV小車的具體位置，上位機系統據此建立原始地圖，當無反射板雷射自主導航AGV小車運行完需要運行的區域後，原始地圖即建立完成。隨後操作人員可對原始地圖進行限定，隔離非安全區域，從而得到有效地圖。接著操作人員將無反射板雷射自主導航AGV小車設定在自主模式，並設定起始點後和目標點，上位機根據有效地圖進行路徑規劃得出最短路徑，並發送控制指令至執行機構，從而控制無反射板雷射自主導航AGV小車的運行。期間，旋轉編碼器將通過下位機系統向上位機系統傳送轉速等數據，從而實現上位機系統對執行機構的反饋控制，進一步調整執行機構中車輪的轉速，直至到達設定的目的地。綜上所述，本發明的無反射板雷射自主導航AGV小車無需反射板即可實現自主導航。
[0021]作為優選，本發明的無反射板雷射自主導航AGV小車，還包括角度傳感器9和從動軸10，從動軸豎直地設置在固定板上，角度傳感器與從動軸固定連接，並且角度傳感器與下位機系統電連接，角度傳感器用於檢測執行機構與小車主體之間的夾角數據，並將此數據通過下位機系統上傳至上位機系統。
[0022]設置角度傳感器，使得上位機系統可從角度傳感器發送的角度信息獲取小車主體相對於執行機構的相對位置即角度數據，從而獲取小車主體的輪廓信息，避免無反射板雷射自主導航AGV小車在運行的過程中，小車主體的輪廓與外界物體或障礙物發生碰撞。
[0023]作為優選，本發明的無反射板雷射自主導航AGV小車，上位機系統為工業控制計算機或MCU控制器中的一種。其中MCU控制器即微控制單元，包括ARM、單片機等。
[0024]作為優選，本發明的無反射板雷射自主導航AGV小車，下位機系統為MCU控制器或PLC中的一種。
[0025]作為優選，本發明的無反射板雷射自主導航AGV小車，下位機系統集成在上位機系統之中。
[0026]如圖4所示，本發明的無反射板雷射自主導航AGV小車的自動導航方法，包括以下步驟:
5101:啟動無反射板雷射自主導航AGV小車，並將無反射板雷射自主導航AGV小車設定為遙控模式；
5102:利用遙控器控制無反射板雷射自主導航AGV小車在需要到達的區域內運行，當雷射掃描儀掃描到物體時，雷射掃描儀將反射回來的雷射轉換為電信號，並發送至上位機系統；
5103:上位機系統對雷射掃描儀發送過來的電信號進行處理，並建立原始地圖，將掃描到的物體輪廓用黑色線條表示在原始地圖中，直到無反射板雷射自主導航AGV小車在需要到達的區域內運行一遍後，原始地圖建立完成，上位機系統將此原始地圖進行保存；
5104:操作人員對原始地圖作限定，人工屏蔽有條件開放的非安全區域，從而得到一個有效地圖，並將此有效地圖保存在上位機系統中；
5105:操作人員在有效地圖內設定無反射板雷射自主導航AGV小車的起始點和目標點，並將無反射板雷射自主導航AGV小車設定為自主模式；
5106:上位機系統進行路徑規劃，規劃出最短路徑，並發送控制指令及行走數據給下位機系統；
5107:下位機系統將控制指令發送至執行機構，驅動無反射板雷射自主導航AGV小車運行，在此過程中，旋轉編碼器將數據不斷地發送給上位機系統，由上位機系統做PID閉環控制，直至到達設定的目的點並結束運行，如果運行過程中，無反射板雷射自主導航AGV小車的雷射掃描儀掃描到前方一定距離內有障礙物則轉步驟S108 ；
S108:上位機系統根據掃描到的障礙物信息對有效地圖進行同步處理，將障礙物標記在有效地圖中，並對有效地圖進行保存，上位機系統根據同步過的有效地圖重新進行路徑規劃，如果上位機系統計算得到無反射板雷射自主導航AGV小車能夠通過障礙物，則轉步驟S107，否則轉步驟S109 ；
S109:上位機系統停止無反射板雷射自主導航AGV小車的運行，直到障礙物離去後，轉步驟S107。
[0027]當無反射板雷射自主導航AGV小車在運行的過程中遇到障礙物時，上位機系統會將此障礙物以黑色的線條將其標記在原來的有效地圖中，從而實現對有效地圖的同步更新，並重新規劃至目的地的最短路徑，驅動無反射板雷射自主導航AGV小車到達目的地，從而增強了本發明的無反射板雷射自主導航AGV小車的環境適應性，綜上，通過執行無反射板雷射自主導航AGV小車的自動導航方法中的各個步驟，實現了無反射板雷射自主導航AGV小車的自動導航，與靠反射板定位的雷射導航AGV小車相比，外界對其自身的影響比較小，使其能適合各種各樣的場合，環境適應性更強。
[0028]以上僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種無反射板雷射自主導航AGV小車，其特徵在於，包括雷射掃描儀、小車主體、上位機系統、下位機系統、執行機構和輸入輸出裝置，所述雷射掃描儀與上位機系統電連接，雷射掃描儀用於接收反射的雷射，並將此雷射轉換為電信號傳送給上位機系統； 所述上位機系統與下位機系統電連接，上位機系統根據雷射掃描儀發送的電信號構建地圖，並在此地圖的基礎上進行路徑規劃，並向下位機系統發送控制指令，控制無反射板雷射自主導航AGV小車的運行； 所述輸入輸出裝置與下位機系統連接，輸入輸出裝置用於接收操作人員發送的控制指令和顯示無反射板雷射自主導航AGV小車內部的狀態信息； 所述執行機構可轉動地連接在小車主體的下方，執行機構用於驅動無反射板雷射自主導航AGV小車運行。
2.如權利要求1所述的無反射板雷射自主導航AGV小車，其特徵在於，所述執行機構包括固定板、左執行機構和右執行機構，所述左執行機構和右執行機構分別設置在固定板的左側和右側，所述執行機構中的每個執行機構包括車輪、馬達、驅動器和旋轉編碼器，所述車輪的主軸與馬達的主軸連接，左執行機構中的車輪和右執行機構中的車輪用於產生速度差，並驅動執行機構轉彎，從而帶動小車主體運行，所述馬達與驅動器電連接，所述驅動器與下位機系統電連接，驅動器用於驅動馬達的運轉，所述旋轉編碼器的輸入軸與馬達的主軸連接，並且旋轉編碼器與下位機系統電連接，旋轉編碼器用於向下位機系統反饋馬達的轉速和轉角數據。
3.如權利要求2所述的無反射板雷射自主導航AGV小車，其特徵在於，還包括角度傳感器和從動軸，所述從動軸豎直地設置在固定板上，所述角度傳感器與從動軸固定連接，並且角度傳感器與下位機系統電 連接，角度傳感器用於檢測執行機構與小車主體之間的夾角數據，並將此數據通過下位機系統上傳至上位機系統。
4.如權利要求3所述的無反射板雷射自主導航AGV小車，其特徵在於，所述輸入輸出裝置包括觸控螢幕、按鈕、遙控器、聲音輸出設備和障礙物傳感器，所述觸控螢幕、按鈕、聲音輸出設備和障礙物傳感器分別與下位機系統電連接，按鈕用於啟動或關閉無反射板雷射自主導航AGV小車，聲音輸出設備用於提示無反射板雷射自主導航AGV小車的內部狀態數據，所述障礙物傳感器用於當無反射板雷射自主導航AGV小車碰到障礙物時停止無反射板雷射自主導航AGV小車的運行，所述遙控器與上位機系統或下位機系統通過無線連接，遙控器用於控制無反射板雷射自主導航AGV小車的運行。
5.如權利要求4所述的無反射板雷射自主導航AGV小車，其特徵在於，所述上位機系統為工業控制計算機或MCU控制器中的一種。
6.如權利要求5所述的無反射板雷射自主導航AGV小車，其特徵在於，所述下位機系統為MCU控制器或PLC中的一種。
7.如權利要求6所述的無反射板雷射自主導航AGV小車，其特徵在於，所述下位機系統集成在上位機系統之中。
8.如權利要求7所述的無反射板雷射自主導航AGV小車的自動導航方法，其特徵在於，包括以下步驟: A:開啟無反射板雷射自主導航AGV小車，並將無反射板雷射自主導航AGV小車設定為遙控模式；B:利用遙控器控制無反射板雷射自主導航AGV小車在需要到達的區域內運行，當雷射掃描儀掃描到物體時，雷射掃描儀將反射回來的雷射轉換為電信號，並發送至上位機系統； C:上位機系統對雷射掃描儀發送過來的電信號進行處理，並建立原始地圖，將掃描到的物體輪廓用黑色線條表示在原始地圖中，直到無反射板雷射自主導航AGV小車在需要到達的區域內運行一遍後，原始地圖建立完成，上位機系統將此原始地圖進行保存； D:操作人員對原始地圖作限定，人工屏蔽有條件開放的非安全區域，從而得到一個有效地圖，並將此有效地圖保存在上位機系統中； E:操作人員在有效地圖內設定無反射板雷射自主導航AGV小車的起始點和目標點，並將無反射板雷射自主導航AGV小車設定為自主模式； F:上位機系統進行路徑規劃，規劃出最短路徑，並發送控制指令及行走數據給下位機系統； G:下位機系統將控制指令發送至執行機構，驅動無反射板雷射自主導航AGV小車運行，在此過程中，旋轉編碼器將數據不斷地發送給上位機系統，由上位機系統做PID閉環控制，直至到達設定的目的點並結束運行，如果運行過程中，無反射板雷射自主導航AGV小車的雷射掃描儀掃描到前方一定距離內有障礙物則轉步驟H ； H:上位機系統根據掃描到的障礙物信息對有效地圖進行同步處理，將障礙物標記在有效地圖中，並對有效地圖進行保存，上位機系統根據同步過的有效地圖重新進行路徑規劃，如果上位機系統計算得到無反射板雷射自主導航AGV小車能夠通過障礙物，則轉步驟G，否則轉步驟I ; I:上位機系統停止無反射板雷射自主導航AGV小車的運行，直到障礙物離去後，轉步驟G。
【文檔編號】G05D1/02GK103777637SQ201410049482
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月13日 優先權日:2014年2月13日
【發明者】司秀芬, 陳衛東, 王景川, 廖文龍, 劉勝明, 羅敏, 鍾佳帥 申請人:蘇州工業園區艾吉威自動化設備有限公司