CN105785995A - 一种自动导引小车 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自动导引小车，包括车体、差速控制装置、导航控制装置、转向控制装置、避障装置、可升降顶升机构、电源装置及主控制装置。本发明中差速控制装置采用两轮独立驱动并通过差速来控制转向和驱动转向，配合导航控制装置防止车体走歪；通过转向控制装置的电子陀螺仪采集车体的方位角度信号，并将方位角度信号输出给主控制装置处理，主控制装置输出指令控制差速控制装置动作，可以实现车体原地转向；在小车行走时，设置避撞距离，避障装置的测距传感器可实现自由距离的可调节探测，确保了小车运行安全；可升降顶升机构采用步进电机实现升降机构的精确位置调节，实现了在驮运不同高度要求的工装车时的全范围高度精确调节。

Description

一种自动导引小车

技术领域

本发明涉及一种自动导引运输装置，尤其涉及一种自动导引小车。

背景技术

随着工厂自动化、计算机集成制造系统技术的逐步发展以及柔性制造系统、自动化立体仓库的广泛应用，自动导引小车(AGV)作为联系和调节离散型物流系统以使其作业连续化的必要的自动化搬运装卸手段，其应用范围和技术水平得到了迅猛的发展。但是，目前的自动导引小车还存在如下不足：一、驱动方式单一，行走路线偏差大，无法达到精确控制；二、转向控制不灵活，无法实现原地转向；三、安全性欠佳，避障功能差；四、在驮运不同高度要求的工装车时高度调节不方便。

发明内容

本发明的目的在于通过一种自动导引小车，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种自动导引小车，其包括车体、差速控制装置、导航控制装置、转向控制装置、避障装置、可升降顶升机构、电源装置及主控制装置；所述差速控制装置包括两个从动轮、两个独立驱动轮以及与所述两个独立驱动轮相对应的驱动电机和电机驱动器，所述两个从动轮分别安装在车体的前部和后部，所述两个独立驱动轮平行同轴线固定于车体中部，所述驱动电机通过传动装置连接独立驱动轮，所述电机驱动器的一端连接驱动电机，另一端连接主控制装置；所述导航控制装置包括前部磁导航传感器和后部磁导航传感器，所述前部磁导航传感器设置于车体的前部，所述后部磁导航传感器设置于车体的后部，所述前部磁导航传感器和后部磁导航传感器电连接主控制装置，并将采集的磁导航采集点信息实时输出给主控制装置；所述转向控制装置包括电子陀螺仪和通讯控制器，所述电子陀螺仪设置于车体上，所述通讯控制器的一端连接电子陀螺仪，另一端连接主控制装置；所述避障装置包括测距传感器，所述测距传感器设置于车体上并与主控制装置通讯连接；所述可升降顶升机构包括顶升机构本体、步进电机和步进控制器，所述步进电机通过传动装置连接顶升机构本体，所述步进控制器的一端连接步进电机，另一端连接主控制装置；所述电源装置包括蓄电池和电源管理芯片，所述蓄电池连接电源管理芯片，所述电源管理芯片连接主控制装置；所述主控制装置包括触摸显示模块和主控制模块，所述主控制模块连接触摸显示模块。

特别地，所述两个从动轮均为万向轮。

特别地，所述电子陀螺仪通过RS485信号接口连接通讯控制器。

特别地，所述测距传感器选用SICK传感器。

特别地，所述电源装置还包括电量指示灯和低电量报警器；所述电量指示灯、低电量报警器电连接电源管理芯片。

本发明提出的自动导引小车中差速控制装置采用两轮独立驱动并通过差速来控制转向和驱动转向，配合导航控制装置保证了车体行走路线精度；通过转向控制装置的电子陀螺仪采集车体的方位角度信号，并将方位角度信号输出给主控制装置处理，主控制装置输出指令控制差速控制装置动作，可以实现车体的转向；在小车行走时，设置避撞距离，避障装置的测距传感器可实现自由距离的可调节探测，保证了小车的安全；可升降顶升机构采用步进电机实现升降机构的精确位置调节，在驮运不同高度要求的工装车时，可实现全范围高度的精确调节。

附图说明

图1为本发明实施例提供的自动导引小车结构图；

图2为本发明实施例提供的差速控制装置、导航控制装置局部安装位置图；

图3为本发明实施例提供的车体走歪情况示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“前部”、“后部”、“平行”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参照图1所示，图1为本发明实施例提供的自动导引小车结构图。本实施例中自动导引小车具体包括车体、差速控制装置、导航控制装置、转向控制装置、避障装置、可升降顶升机构、电源装置及主控制装置。

所述差速控制装置包括两个从动轮、两个独立驱动轮101以及与所述两个独立驱动轮101相对应的驱动电机102和电机驱动器103，如图2所示，图中201为车体201，202为从动轮202，所述两个从动轮202分别安装在车体201的前部和后部，所述两个独立驱动轮101平行同轴线固定于车体201中部，所述驱动电机102通过传动装置连接独立驱动轮101，所述电机驱动器103的一端连接驱动电机102，另一端连接主控制装置的主控制模块104。在本实施例中所述两个从动轮202均为万向轮。

所述导航控制装置包括前部磁导航传感器105和后部磁导航传感器106，所述前部磁导航传感器105设置于车体201的前部，所述后部磁导航传感器106设置于车体201的后部，所述前部磁导航传感器105和后部磁导航传感器106电连接主控制装置，并将采集的磁导航采集点信息实时输出给主控制装置。在前期规划的小车行走路径上铺设有磁条，在本实施例中主控制装置的可编程逻辑控制器(PLC)模拟输入接口采集磁导航采集点信息，信号接入PLC，由PLC来判别车体201的偏差，根据偏差来调节两个独立驱动轮101的速度值，实现闭环位置纠正。具体设计时，主控制装置采用西门子ET200S的中央处理器(CPU)，配合6ES7134-4FB01-0AB0模拟量输入模块，标准接入信号为0-10V信号。当磁条在磁导航传感器正中心时，磁导航传感器反馈一个标准值5V电压信号到PLC，当磁导航传感器左右偏差时，反馈一个小于或者大于这个标准值，在PLC内部进行AD转换为数字量，0-10V信号对应0-32767这样一个数字量。

所述转向控制装置包括电子陀螺仪107和通讯控制器108，所述电子陀螺仪107设置于车体201上，所述通讯控制器108的一端连接电子陀螺仪107，另一端连接主控制装置。为了更好的实现车体201的转角控制，本发明将电子陀螺仪107配置进控制系统。在本实施例中通讯控制器108选用PM160通讯控制器。电子陀螺仪107通过RS485信号接口连接通讯控制器108，由通讯控制器108将Modbus协议转换成主控制装置中西门子PLC可识别的Profibus协议，由西门子CPU接收车体201的方位角度信号，在转向点(RFID设定减速、停车点)也即停车点，等待车辆完全停止1S，控制左轮和右轮其中之一独立驱动轮101反向，设定目标角度，计算目标角度与实际角度之差值，然后控制转向，当差值接近于零，降低车轮速度，当偏差达到零时，车轮速度降低为零，启动停车动作。

所述避障装置包括测距传感器109，所述测距传感器109设置于车体201上并与主控制装置通讯连接。在本实施例中所述测距传感器109选用SICK传感器。SICK传感器即西克传感器。西克传感器采用国际先进的激光测距技术，实现自由距离的可调节探测。通过主控制装置根据用户需求设置避撞距离及范围，实现小车的全方位可设置安全范围管理。

所述可升降顶升机构包括顶升机构本体110、步进电机111和步进控制器112，所述步进电机111通过传动装置连接顶升机构本体110，所述步进控制器112的一端连接步进电机111，另一端连接主控制装置。

可升降顶升机构采用步进电机111实现升降机构的精确位置调节，在驮运不同高度要求的工装车时，可实现全范围高度的精确调节。当自动导引小车运货到达目标位置的时候，埋在地下的电子标签RFID将被小车读取信号，小车决定卸货或者上料时，步进控制器112接收到上升脉冲，或者下降脉冲，步进控制器112内部设定运行速度，加速度，运行距离，当感应到限位即停止前进。

所述电源装置包括蓄电池113和电源管理芯片114，所述蓄电池113连接电源管理芯片114，所述电源管理芯片114连接主控制装置。在本实施例中所述电源装置还包括电量指示灯115和低电量报警器116；所述电量指示灯115、低电量报警器116电连接电源管理芯片114。所述电量指示灯115通过颜色变化指示蓄电池113中的电量状况。所述低电量报警器116在蓄电池113的电量达到预设警戒值时将蜂鸣报警，提示用户及时给小车充电。

所述主控制装置除包括主控制模块104外，还包括触摸显示模块117，所述主控制模块104连接触摸显示模块117。所述触摸显示模块117用于供用户选定小车的运行路线，进行小车的开始、重启、功能选择，显示小车的运行状态。

下面对本发明的模糊控制设计作扼要说明。传统自动导引小车均采用PID控制，但这样会产生一个较大的超调量，使小车不停地振荡，因此传统的控制方法很难达到精确控制.采用模糊控制，则不需要建立控制过程的精确的数学模型，可以绕过精确数学模型的建立对系统进行控制，是一种智能控制，本发明采用电子陀螺仪输入、磁导航传感器输入的双输入，单输出速度差值结构的模糊控制，对设定路径进行跟踪.输入量分别取为车体纵轴线相对于视场中路径中心线的位置偏差和方向偏差，其值分别由磁导航传感器和电子陀螺仪采集，输出量为两个独立驱动轮相对于车体纵轴线的速度差值，实现速度调整，从而实现小车的路线规整。至于本发明中自动导引小车的运动学模型：车体在走歪的情况下会产生一个位置偏差Δλ，如图3所示，图中虚线箭头表示小车未走歪时应处的位置，实线箭头表示走歪时的位置,301指偏差Δλ，范围在10-50mm，采用速度调整公式有两种，当偏差增大时PΔλ+I1Δ&1，Δ&1为偏差增大趋势时的增加量，此值为正；当偏差变为缩小时PΔλ+I2Δ&2，Δ&2为偏差减小趋势时的递减量，此值为负。P参数和I参数根据实际测验效果来调整测定，初步设定P＝100，I1＝50，I2＝30，来进行轮速差速调整。

本发明的技术方案采用两轮独立驱动并通过差速来控制转向和驱动转向，配合导航控制装置保证了车体行走路线精度；通过转向控制装置的电子陀螺仪采集车体的方位角度信号，并将方位角度信号输出给主控制装置处理，主控制装置输出指令控制差速控制装置动作，可以实现车体的转向；在小车行走时，设置避撞距离，避障装置的测距传感器可实现自由距离的可调节探测，保证了小车的安全；可升降顶升机构采用步进电机实现升降机构的精确位置调节，在驮运不同高度要求的工装车时，可实现全范围高度的精确调节。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (5)

1.一种自动导引小车，其特征在于，包括车体、差速控制装置、导航控制装置、转向控制装置、避障装置、可升降顶升机构、电源装置及主控制装置；所述差速控制装置包括两个从动轮、两个独立驱动轮以及与所述两个独立驱动轮相对应的驱动电机和电机驱动器，所述两个从动轮分别安装在车体的前部和后部，所述两个独立驱动轮平行同轴线固定于车体中部，所述驱动电机通过传动装置连接独立驱动轮，所述电机驱动器的一端连接驱动电机，另一端连接主控制装置；所述导航控制装置包括前部磁导航传感器和后部磁导航传感器，所述前部磁导航传感器设置于车体的前部，所述后部磁导航传感器设置于车体的后部，所述前部磁导航传感器和后部磁导航传感器电连接主控制装置，并将采集的磁导航采集点信息实时输出给主控制装置；所述转向控制装置包括电子陀螺仪和通讯控制器，所述电子陀螺仪设置于车体上，所述通讯控制器的一端连接电子陀螺仪，另一端连接主控制装置；所述避障装置包括测距传感器，所述测距传感器设置于车体上并与主控制装置通讯连接；所述可升降顶升机构包括顶升机构本体、步进电机和步进控制器，所述步进电机通过传动装置连接顶升机构本体，所述步进控制器的一端连接步进电机，另一端连接主控制装置；所述电源装置包括蓄电池和电源管理芯片，所述蓄电池连接电源管理芯片，所述电源管理芯片连接主控制装置；所述主控制装置包括触摸显示模块和主控制模块，所述主控制模块连接触摸显示模块。

2.根据权利要求1所述的自动导引小车，其特征在于，所述两个从动轮均为万向轮。

3.根据权利要求1所述的自动导引小车，其特征在于，所述电子陀螺仪通过RS485信号接口连接通讯控制器。

4.根据权利要求1所述的自动导引小车，其特征在于，所述测距传感器选用SICK传感器。

5.根据权利要求1至4之一所述的自动导引小车，其特征在于，所述电源装置还包括电量指示灯和低电量报警器；所述电量指示灯、低电量报警器电连接电源管理芯片。