CN106774304B - 一种基于定向天线的agv小车路径规划方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于定向天线的AGV小车路径规划方法及系统，方法包括：接收用户指令在引导轨迹的地面上每隔一预定距离设置一个发散式信号发射装置；AGV小车启动时根据可旋转的定向天线获取地面上各个发散式信号发射装置发射的信号数据，根据信号数据确定各个发散式信号发射装置相对AGV小车的极坐标位置，生成AGV小车的行走轨迹；AGV小车根据行走轨迹规划行走路径，并按照行走路径进行前进。本发明只需移动发射点位置，系统将重新扫描各发射点的位置，从而便可快速的重新规划AGV的运行轨迹，规划路径的方法不受室内和室外场合的限制，规划路径快、成本低，灵活性强。
Description
技术领域
本发明涉及AGV路径规划技术领域，尤其涉及一种基于定向天线的AGV小车路径规划方法及系统。
背景技术
(Automated Guided Vehicle，简称AGV)，通常也称为AGV小车，AGV小车指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，工业应用中不需驾驶员的搬运车，以可充电之蓄电池为其动力来源。一般可通过电脑来控制其行进路线以及行为，或利用电磁轨道(electromagnetic path-followingsystem)来设立其行进路线，电磁轨道黏贴於地板上，无人搬运车则依靠电磁轨道所带来的讯息进行移动与动作。目前市面上大多AGV小车在路径规划上大多存在下述几个问题：
1、电磁感应导引式AGV存在的问题有路径更改的灵活性差，调整变动麻烦，感应线圈对周围的铁磁物敏感性较强；
2、光学导引式AGV易受色带污染和磨损的影响，对环境要求较高，导引可靠性受制于地面条件；
3、激光式导引AGV成本高、传感器和发射或反射装置的安装复杂,不适合用于室外场合；
4、GPS导引AGV应用于室内时存在信号差，追踪不到GPS信号，无法定位等问题。
综上所述目前应用最广泛的AGV小车的路径规划方法，都不能兼顾室内外两种场合，且大多数AGV小车如果需改变路径时都需要改造基础设施，路径规划成本高，路径规划灵活性差。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明目的在于提供一种基于定向天线的AGV小车路径规划方法及系统，旨在解决现有技术中AGV小车的路径规划方法，都不能兼顾室内外两种场合，且大多数AGV小车如果需改变路径时都需要改造基础设施，路径规划成本高，路径规划灵活性差的技术问题。
本发明的技术方案如下：
一种基于定向天线的AGV小车路径规划方法，其中，方法包括步骤：
A、接收用户指令在引导轨迹的地面上每隔一预定距离设置一个发散式信号发射装置；
B、AGV小车启动时根据可旋转的定向天线获取地面上各个发散式信号发射装置发射的信号数据，根据信号数据确定各个发散式信号发射装置相对AGV小车的极坐标位置，生成AGV小车的行走轨迹；
C、AGV小车根据行走轨迹规划行走路径，并按照行走路径进行前进。
所述的基于定向天线的AGV小车路径规划方法，其中，所述步骤A具体包括步骤：
A1、获取AGV小车的起始位置和AGV目的位置，根据起始位置和目的地位置生成引导轨迹；
A2、接收用户指令在引导轨迹上每隔一预定距离设置一个发散式信号发射装置。
所述的基于定向天线的AGV小车路径规划方法，其中，所述步骤B具体包括步骤：
B1、AGV小车启动时，通过旋转式无线接收器上的电机控制可旋转的定向天线旋转360度；
B2、定向天线旋转中获取各个发散式信号发射装置发射的信号数据，获取旋转过程中各个发散式信号发射装置的信号功率的最大值进行记录；
B3、根据信号功率的最大值测定各个发散式信号发射装置的距离数据及角度数据；
B4、根据距离数据和角度数据确定各个发散式信号发射装置相对于AGV小车的极坐标位置；
B5、根据各个发散式信号发射装置相对于AGV小车的极坐标位置生成AGV小车的行走轨迹。
所述的基于定向天线的AGV小车路径规划方法，其中，所述步骤B3中信号功率的最大值记为Pti，中距离数据记为Di，则根据计算距离数据Di；
其中Gt为发散式信号发射装置的发射天线增益，Gri为定向天线的接收天线增益，λ为发散式信号发射装置的发射信号波长，Pti为定向天线根据接收信号的电流电压大小计算后得到的信号功率，Pt为发散式信号发射装置的发射功率。
所述的基于定向天线的AGV小车路径规划方法，其中，所述步骤B1中的电机为步进电机或伺服电机。
一种基于定向天线的AGV小车路径规划系统，其中，系统包括：
信号发射装置模块，用于接收用户指令在引导轨迹的地面上每隔一预定距离设置一个发散式信号发射装置；
路径规划模块，用于AGV小车启动时根据可旋转的定向天线获取地面上各个发散式信号发射装置发射的信号数据，根据信号数据确定各个发散式信号发射装置相对AGV小车的极坐标位置，生成AGV小车的行走轨迹；
路径执行模块，用于AGV小车根据行走轨迹规划行走路径，并按照行走路径进行前进。
所述的基于定向天线的AGV小车路径规划系统，其中，所述信号发射装置模块具体包括：
位置获取单元，用于获取AGV小车的起始位置和AGV目的位置，根据起始位置和目的地位置生成引导轨迹；
信号发射装置设置单元，用于接收用户指令在引导轨迹上每隔一预定距离设置一个发散式信号发射装置。
所述的基于定向天线的AGV小车路径规划系统，其中，所述路径规划模块具体包括：
定向天线控制单元，用于AGV小车启动时，通过旋转式无线接收器上的电机控制可旋转的定向天线旋转360度；
信号数据获取及记录单元，用于定向天线旋转中获取各个发散式信号发射装置发射的信号数据，获取旋转过程中各个发散式信号发射装置的信号功率的最大值进行记录；
距离及角度测定单元，用于根据信号功率的最大值测定各个发散式信号发射装置的距离数据及角度数据；
极坐标定位单元，用于根据距离数据和角度数据确定各个发散式信号发射装置相对于AGV小车的极坐标位置。
所述的基于定向天线的AGV小车路径规划系统，其中，信号功率的最大值记为Pti，中距离数据记为Di，所述距离及角度测定单元还用于根据计算距离数据Di；
其中Gt为发散式信号发射装置的发射天线增益，Gri为定向天线的接收天线增益，λ为发散式信号发射装置的发射信号波长，Pti为定向天线根据接收信号的电流电压大小计算后得到的信号功率，Pt为发散式信号发射装置的发射功率。
所述的基于定向天线的AGV小车路径规划系统，其中，所述电机为步进电机或伺服电机。
本发明提供了一种基于定向天线的AGV小车路径规划方法及系统，本发明只需移动发射点位置，系统将重新扫描各发射点的位置，从而便可快速的重新规划AGV的运行轨迹，规划路径的方法不受室内和室外场合的限制，规划路径快、成本低，灵活性强。
附图说明
图1为本发明的一种基于定向天线的AGV小车路径规划方法的较佳实施例的流程图。
图2为本发明的一种基于定向天线的AGV小车路径规划方法的具体应用实施例的旋转式无线定位原理示意图。
图3为本发明的一种基于定向天线的AGV小车路径规划方法的具体应用实施例的流程图。
图4为本发明的一种基于定向天线的AGV小车路径规划系统的较佳实施例的功能原理框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明还提供了一种基于定向天线的AGV小车路径规划系统的较佳实施例的流程图，如图1所示，方法包括：
步骤S100、接收用户指令在引导轨迹的地面上每隔一预定距离设置一个发散式信号发射装置。
具体实施时，预先设置在地面上设置若干个发散式信号发射装置，其中每个发散式信号发射装置可记为一个信号发射点。具体地，获取AGV小车将要运行的路线的，可根据需要等距设置若干个发散式信号发射装置，也可以采用间隔不同的距离设置发散式信号发射装置。
具体实施时，步骤S100具体包括：
步骤S101、获取AGV小车的起始位置和目的地位置，根据起始位置和目的地位置生成引导轨迹；
步骤S102、接收用户指令在引导轨迹上每隔一预定距离设置一个发散式信号发射装置。
具体实施时，如图2所示，获取AGV小车将要行驶的起始位置和目的位置，生成引导轨迹，每隔一段距离设置一个定位发散式信号发射装置，如图2中，A点定位发散式信号发射装置为起始位置，N点起始位置为目的地位置，AGV小车中设置有360度旋转式无线接收装置，沿着A点定位发散式信号发射装置、B点定位发散式信号发射装置、C点定位发散式信号发射装置、N点定位发散式信号发射装置依次连接，就生成了一个引导轨迹的一种实施例，用户也可根据需要进行设置各个信号发散式信号发射装置位置。
步骤S200、AGV小车启动时根据可旋转的定向天线获取地面上各个发散式信号发射装置发射的信号数据，根据信号数据确定各个发散式信号发射装置相对AGV小车的极坐标位置，生成AGV小车的行走轨迹。
具体地，步骤S200中启动AGV时首先触发步进电机或伺服电机转动360度接收路径中各点所发出的信号，旋转过程中测定路径中发射点与AGV小车方向的角度和距离，从而确定各点基于AGV小车的极坐标位置，并形成AGV的行走轨迹。
进一步的实施例中，步骤S200具体包括：
步骤S201、AGV小车启动时，通过旋转式无线接收器上的电机控制可旋转的定向天线旋转360度；
步骤S202、定向天线旋转中获取各个发散式信号发射装置发射的信号数据，获取旋转过程中各个发散式信号发射装置的信号功率的最大值进行记录；
步骤S203、根据信号功率的最大值测定各个发散式信号发射装置的距离数据及角度数据；
步骤S204、根据距离数据和角度数据确定各个发散式信号发射装置相对于AGV小车的极坐标位置；
步骤S205、根据各个发散式信号发射装置相对于AGV小车的极坐标位置生成AGV小车的行走轨迹。
具体实施时，步骤S201中电机为步进电机或伺服电机。旋转式无线接收器由由步进电机或伺服电机，云台和定向天线组成，步进电机或伺服电机负责带动定向天线360度旋转。其中步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。而伺服电机伺服电机(servo motor)是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。
伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。
以当前AGV小车的位置为基准点，AGV小车的朝向为基准方向，路径各点的位置由距离信息(距AGV小车的距离)和角度信息构成。定向天线在旋转过程中会不断重复计算接收到来自信号发射点的信号功率(即信号强度)，但旋转一周后只保留各发射点信号功率最大值所测算出来的距离信息和与之相对应的角度信息。距离信息的测量方法采用经典成熟的RSSI方法(即基于接收信号强度测距法)。
进一步地，RSSI的测距原理可知，无线信号的传播存在以下规律，接收方测得的信号强度越强，则发送方就离接收方越近，反之，则越远。因此，通过测量接收的信号强度就可以推算出移动终端到基站的距离。根据经典电磁理论，在真空中，发射点以额定功率辐射，可得到空间中任意一点的功率。因此将步骤S203中信号功率的最大值记为Pti，中距离数据记为Di，则根据计算距离数据Di；
其中Gt为发散式信号发射装置的发射天线增益，Gri为定向天线的接收天线增益，λ为发散式信号发射装置的发射信号波长，Pti为定向天线根据接收信号的电流电压大小计算后得到的信号功率，Pt为发散式信号发射装置的发射功率。因此确定发射点与AGV小车的距离，从而由角度信息和距离信息确定此发射点基于AGV小车的极坐标位置。
步骤S300、AGV小车根据行走轨迹规划行走路径，并按照行走路径进行前进。
具体实施时，AGV小车获取起始位置，如图2所示，AGV小车首先获取路径起始位置，移动到该位置，如图2中的A点行驶，行驶过程中AGV小车的控制系统不断修正AGV小车到A点的距离信息和角度信息，等判断到达A点时，则调整方向向B点行驶，按照上述流程运行，直至AGV小车运行到终点。当用户需要重新规划AGV小车的行走路径，移动发散式信号发射装置位置，系统将重新扫描各发散式信号发射装置的位置，从而便可快速的重新规划AGV的运行轨迹。
本发明还提出了一种基于定向天线的AGV小车路径规划方法的具体应用实施例的流程图，结合图2和图3所示，方法包括：
步骤S10、开始；
步骤S20、记录此刻定向天线的角度，即AGV小车车头方向；
步骤S30、启动定向天线旋转；
步骤S40、旋转过程中不断重复计算各发射点接收信号功率，并记录所对应的旋转角度信息，上述过程会进行结果替换，最终控制器只保留各点信号最强点的距离信息和角度信息；
步骤S50、定向天线旋转一周后，根据路径中各点的距离信息和角度信息进行路径规划；
步骤S60、AGV小车根据路径规划信息，首先找到路径中A点的方向，启动AGV小车朝A点行驶；
步骤S70、行驶过程中，控制系统会不断修正AGV小车到A点的距离信息和角度信息；
步骤S80、判断是否到达A点附近，若是，则执行步骤S90，若否，则执行步骤S70；
步骤S90、调整方向向B点行驶；
步骤S91、按照上述流程运行，直到AGV小车到达终点；
步骤S92、结束。
由以上方法实施例可知，本发明提出了一种基于定向天线的AGV小车路径规划方法，发散式信号发射装置的位置可根据用户的需求进行放置，启动AGV时首先触发步进电机或伺服电机转动360度接收路径中各发散式信号发射装置所发出的信号，旋转过程中测定路径中发散式信号发射装置与AGV小车方向的角度和距离，从而确定各发散式信号发射装置相对于AGV小车的极坐标位置，并形成AGV的行走轨迹，从而解决AGV的路径规划问题，实现其自动导引功能，不受室内和室外场合的限制，具有规划路径快、成本低和灵活性强等优点。
本发明中还提供了一种基于定向天线的AGV小车路径规划系统的较佳实施例功能原理框图，如图4所示，系统包括：
信号发射装置模块100，用于接收用户指令在引导轨迹的地面上每隔一预定距离设置一个发散式信号发射装置；
路径规划模块200，用于AGV小车启动时根据可旋转的定向天线获取地面上各个发散式信号发射装置发射的信号数据，根据信号数据确定各个发散式信号发射装置相对AGV小车的极坐标位置，生成AGV小车的行走轨迹；
路径执行模块300，用于AGV小车根据行走轨迹规划行走路径，并按照行走路径进行前进。
所述的基于定向天线的AGV小车路径规划系统，其中，所述信号发射装置模块具体包括：
位置获取单元，用于获取AGV小车的起始位置和目的地位置，根据起始位置和目的地位置生成引导轨迹；
信号发射装置设置单元，用于接收用户指令在引导轨迹上每隔一预定距离设置一个发散式信号发射装置。
所述的基于定向天线的AGV小车路径规划系统，其中，所述路径规划模块具体包括：
定向天线控制单元，用于AGV小车启动时，通过旋转式无线接收器上的电机控制可旋转的定向天线旋转360度；具体如方法实施例所述。
信号数据获取及记录单元，用于定向天线旋转中获取各个发散式信号发射装置发射的信号数据，获取旋转过程中各个发散式信号发射装置的信号功率的最大值进行记录；具体如方法实施例所述。
距离及角度测定单元，用于根据信号功率的最大值测定各个发散式信号发射装置的距离数据及角度数据；具体如方法实施例所述。
极坐标定位单元，用于根据距离数据和角度数据确定各个发散式信号发射装置相对于AGV小车的极坐标位置；具体如方法实施例所述。
所述的基于定向天线的AGV小车路径规划系统，其中，信号功率的最大值记为Pti，中距离数据记为Di，所述距离及角度测定单元还用于根据计算距离数据Di；具体如方法实施例所述。
其中Gt为发散式信号发射装置的发射天线增益，Gri为定向天线的接收天线增益，λ为发散式信号发射装置的发射信号波长，Pti为定向天线根据接收信号的电流电压大小计算后得到的信号功率，Pt为发散式信号发射装置的发射功率；具体如方法实施例所述。
所述的基于定向天线的AGV小车路径规划系统，其中，所述电机为步进电机或伺服电机；具体如方法实施例所述。
综上所述，本发明提供了一种基于定向天线的AGV小车路径规划方法及系统，方法包括：接收用户指令在引导轨迹的地面上每隔一预定距离设置一个发散式信号发射装置；AGV小车启动时根据可旋转的定向天线获取地面上各个发散式信号发射装置发射的信号数据，根据信号数据确定各个发散式信号发射装置相对AGV小车的极坐标位置，生成AGV小车的行走轨迹；AGV小车根据行走轨迹规划行走路径，并按照行走路径进行前进。本发明只需移动发射点位置，系统将重新扫描各发射点的位置，从而便可快速的重新规划AGV的运行轨迹，规划路径的方法不受室内和室外场合的限制，规划路径快、成本低，灵活性强。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于定向天线的AGV小车路径规划方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
A、接收用户指令在引导轨迹的地面上每隔一预定距离设置一个发散式信号发射装置；
所述步骤A具体包括步骤：
A1、获取AGV小车的起始位置和AGV目的位置，根据起始位置和目的地位置生成引导轨迹；
A2、接收用户指令在引导轨迹上每隔一预定距离设置一个发散式信号发射装置，多个所述发散式信号发射装置依次连接；
B、AGV小车启动时根据可旋转的定向天线获取地面上各个发散式信号发射装置发射的信号数据，根据信号数据确定各个发散式信号发射装置相对AGV小车的极坐标位置，生成AGV小车的行走轨迹；
C、AGV小车根据行走轨迹规划行走路径，并按照行走路径进行前进；AGV小车获取路径起始位置，移动到起始位置后，调整方向向下一轨迹点行驶，直到AGV小车运行到轨迹的终点；行驶过程中AGV小车的控制系统不断修正AGV小车到起始位置的距离信息和角度信息。
2.根据权利要求1所述的基于定向天线的AGV小车路径规划方法，其特征在于，所述步骤B具体包括步骤：
B1、AGV小车启动时，通过旋转式无线接收器上的电机控制可旋转的定向天线旋转360度；
B2、定向天线旋转中获取各个发散式信号发射装置发射的信号数据，获取旋转过程中各个发散式信号发射装置的信号功率的最大值进行记录；
B3、根据信号功率的最大值测定各个发散式信号发射装置的距离数据及角度数据；
B4、根据距离数据和角度数据确定各个发散式信号发射装置相对于AGV小车的极坐标位置；
B5、根据各个发散式信号发射装置相对于AGV小车的极坐标位置生成AGV小车的行走轨迹。
3.根据权利要求2所述的基于定向天线的AGV小车路径规划方法，其特征在于，所述步骤B3中信号功率的最大值记为Pti，中距离数据记为Di，则根据计算距离数据Di；
其中Gt为发散式信号发射装置的发射天线增益，Gri为定向天线的接收天线增益，λ为发散式信号发射装置的发射信号波长，Pti为定向天线根据接收信号的电流电压大小计算后得到的信号功率，Pt为发散式信号发射装置的发射功率。
4.根据权利要求3所述的基于定向天线的AGV小车路径规划方法，其特征在于，所述步骤B1中的电机为步进电机或伺服电机。
5.一种基于定向天线的AGV小车路径规划系统，其特征在于，系统包括：
信号发射装置模块，用于接收用户指令在引导轨迹的地面上每隔一预定距离设置一个发散式信号发射装置；
所述信号发射装置模块具体包括：
位置获取单元，用于获取AGV小车的起始位置和AGV目的位置，根据起始位置和目的地位置生成引导轨迹；
信号发射装置设置单元，用于接收用户指令在引导轨迹上每隔一预定距离设置一个发散式信号发射装置；多个所述发散式信号发射装置依次连接；
路径规划模块，用于AGV小车启动时根据可旋转的定向天线获取地面上各个发散式信号发射装置发射的信号数据，根据信号数据确定各个发散式信号发射装置相对AGV小车的极坐标位置，生成AGV小车的行走轨迹；
路径执行模块，用于AGV小车根据行走轨迹规划行走路径，并按照行走路径进行前进；
AGV小车获取路径起始位置，移动到起始位置后，调整方向向下一轨迹点行驶，直到AGV小车运行到轨迹的终点；行驶过程中AGV小车的控制系统不断修正AGV小车到起始位置的距离信息和角度信息。
6.根据权利要求5所述的基于定向天线的AGV小车路径规划系统，其特征在于，所述路径规划模块具体包括：
定向天线控制单元，用于AGV小车启动时，通过旋转式无线接收器上的电机控制可旋转的定向天线旋转360度；
信号数据获取及记录单元，用于定向天线旋转中获取各个发散式信号发射装置发射的信号数据，获取旋转过程中各个发散式信号发射装置的信号功率的最大值进行记录；
距离及角度测定单元，用于根据信号功率的最大值测定各个发散式信号发射装置的距离数据及角度数据；
极坐标定位单元，用于根据距离数据和角度数据确定各个发散式信号发射装置相对于AGV小车的极坐标位置。
7.根据权利要求6所述的基于定向天线的AGV小车路径规划系统，其特征在于，信号功率的最大值记为Pti，中距离数据记为Di，所述距离及角度测定单元还用于根据计算距离数据Di；
其中Gt为发散式信号发射装置的发射天线增益，Gri为定向天线的接收天线增益，λ为发散式信号发射装置的发射信号波长，Pti为定向天线根据接收信号的电流电压大小计算后得到的信号功率，Pt为发散式信号发射装置的发射功率。
8.根据权利要求7所述的基于定向天线的AGV小车路径规划系统，其特征在于，所述电机为步进电机或伺服电机。
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