CN106843223B - 一种智能化避障agv小车系统及避障方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能化避障AGV小车系统及避障方法，该智能化避障AGV小车系统，包括AGV小车，霍尔电磁传感器，激光扫描雷达，蓝牙模块和上位机；所述霍尔电磁传感器设置在AGV小车车体的正面前端下部，所述激光扫描雷达设置AGV小车车体的上部，所述AGV小车的MCU主控模块通过蓝牙模块上位机通信。本发明AGV小车系统结构简单，性价比高。基于该AGV小车系统的避障方法，通过系统智能控制小车使得小车运行效率提高，并且大大降低小车出现事故的可能性，并且由于激光扫描雷达的范围广距离远，使得AGV小车的适应性大大增强。

Description

一种智能化避障AGV小车系统及避障方法
技术领域
本发明涉及智能物流设备技术，尤其涉及一种智能化避障AGV(Automated GuidedVehicle)小车系统及避障方法。
背景技术
现有的AGV避障设备，多采用光电电路或者超声波，只能实现在短距离和小范围内判断前方是否有障碍物，然后进行停车处理的方法，对于慢速情况，这种避障方案可以满足需求。但是随着技术的不断发展，AGV小车的速度在不断提升。由于搬运的AGV小车有比较大的惯性，当检测到前方有障碍物就直接停车，可能会发生撞击到前方的物体的情况。并且由于AGV小车一般行驶的路径不长，会对小车的执行效率和时间产生较大的负面影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种智能化避障AGV小车系统及避障方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种智能化避障AGV小车系统，包括AGV小车，霍尔电磁传感器，激光扫描雷达，蓝牙模块和上位机；所述霍尔电磁传感器设置在AGV小车车体的正面前端下部，所述激光扫描雷达设置AGV小车车体的上部，所述AGV小车的MCU主控模块通过蓝牙模块上位机通信。
按上述方案，所述智能化避障AGV小车系统还设有警示灯模块和声音报警模块，所述警示灯模块和声音报警模块通过蓝牙模块与上位机通信。
一种智能化避障AGV小车系统的避障方法，包括以下步骤：
1)接收上位机的设置信息，设置AGV小车的目的地、速度、安全距离，并对行驶路程和时间清零；
2)通过激光扫描全局定位传感器对AGV小车进行定位(激光扫描全局定位传感器通过激光扫描方式检测布置在环境中的已知合作路标的方位角，根据这些方位角及其所对应的合作路标的地理位置，计算出机器人在参考坐标系下的位置和方向)，通过霍尔电磁传感器自动导航，并且用激光扫描雷达对周围物体进行实时扫描，将扫描结果发送给上位机；
3)当扫描发现有物体会进入小车的安全区域内，对扫描物体的运动速度进行判断，并根据判断的结果进行避障；
若物体的运动速度大于设置上限，则上位机控制AGV小车报错鸣笛并且停车，直至物体离开安全区域，
若物体的运动速度小于等于设置上限，则对AGV小车车速进行调控，使得物体或小车到达交汇处时相距等于设定距离，然后绕过物体；
若物体为静止的障碍物挡小车的行驶路线上，并且在绕行范围内没有其他障碍物，则小车进入绕行模式，此时，通过上位机的控制系统记录离开磁轨道时的小车偏离轨道的方向，当此传感器再次检测到磁轨道时，进入正常模式，绕行时，通过激光扫描雷达，使得物体一直在小车的安全距离外。
按上述方案，所述小车的安全区域是以小车为中心，作用半径为设定长度的圆形区域。
按上述方案，所述小车的安全区域作用半径为6m。
按上述方案，所述小车的安全距离为6m。
按上述方案，所述设定距离为1m。
按上述方案，所述物体为静止时，小车绕行模式的工作方法如下：小车的安全区域内寻找到障碍物的边界，若小车找到障碍物的边界，则往距离小车近的边界平行行驶，以躲避障碍物；如没有找到过障碍物的边界，则小车继续行驶，一直到小车与障碍物相距1m，若仍没有找到障碍物的边界，则根据激光扫描雷达判断小车行驶路径与障碍物的角度，小车往路径与障碍物成大角度的方向转向；如果小车与路障成90度，则交替方向拐弯，即与上一次的方向相反，当绕开了障碍物后，将小车坐标与目的地坐标的连线作为新的规划路径。
按上述方案，当物体的运动速度小于等于设置上限时，所述小车的工作方法如下：对移动物体的速度正交分解，分为小车运动方向的速度Vx和垂直于小车运动方向的速度Vy，根据这两个速度规划一个最优路径进行绕行，具体如下：计算障碍物垂直于小车的速度Vy,设障碍物距离小车的路径距离为S2，到达时间为t3＝S2/Vy,小车与障碍物要相撞的距离为S3，小车的最大速度为V,到达时间为t4＝S3/V,比较t4与t3；若t4<t3,则小车加速到最大速度，否则判断小车的运动方向与运动速度，来选择小车的绕行方向与绕行速度，绕过运动的障碍物，偏离小车的运动路径，当绕过物体后，将小车坐标与目的地坐标的连线作为新的规划路径。
按上述方案，判断小车的运动方向与运动速度，来选择小车的绕行方向与绕行速度，
本发明产生的有益效果是：本发明AGV小车系统结构简单，性价比高。基于该AGV小车系统的避障方法，通过系统智能控制小车使得小车运行效率提高，并且大大降低小车出现事故的可能性，并且由于激光扫描雷达的范围广距离远，使得AGV小车的适应性大大增强。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例的小车避障示意图；
图3是本发明实施例的小车避障示意图；
图4是本发明实施例的小车避障示意图；
图中：1-激光扫描全局定位传感器；2-霍尔电磁传感器；3-激光雷达扫描仪；4-支架；5-小车；6-目的地；7-障碍物；8-规划路径；9-安全区域。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明是基于激光导航与激光扫描的AGV小车，包括激光扫描全局定位传感器1，激光雷达扫描仪3，小车主体7，霍尔电磁传感器2，为了进行辅助还在激光扫描全局定位传感器下加设了霍尔电磁传感器2。激光扫描全局定位传感器安装在小车的前部的传感器支架4上，可以精确的获得小车的坐标，对小车进行定位,再加上上位机系统的时间，得到小车的三维坐标(x,y，t),根据前后两次小车的坐标(x1，y1,t1)，(x2，y2,t2)，得到小车的运动运动向量(x2-x1,y2-y1,t2-t1),我们可以得到小车的运动速度与运动方向。蓝牙通信模块将小车各个参数发送给上位机，上位机控制端通过控制命令控制小车。
其工作方法如下：
1)通过PC控制端设置小车的出发点与终点，正常行驶速度，安全距离。
小车路径的规划，在不考虑路障的情况下，依据两点之间直线最短的原则，小车的初步路径为一条直线，再根据路障不断的修改路线。
2)通过霍尔电磁传感器自动导航，并且用激光扫描雷达对周围物体进行实时扫描；
AGV的前部装有一个激光扫描雷达，其作用半径是6m,360度全方位扫描，扫描频率5.5hz,激光扫描雷达不断的扫描周围6m的路障情况，超过6m距离的地形忽略其影响，当扫描到一个障碍点，我们可以得到障碍点与小车的距离为s,障碍点与小车坐标的连线和车身的夹角为θ1，如上所述我们通过坐标运算可以得到小车的方向，则我们可以推算出小车车身与X轴的夹角为θ2，则已知小车的坐标(x,y),则我们可以得到障碍点的坐标(x+s*cos(θ1+θ2),y+s*sin(θ1+θ2)),如此，通过测量一系列的点，可以得到小车周围的轮廓地形，这是建立在激光导航的大坐标系下，即我们以仓库作为参考系，并且坐标实时更新，小车可以根据激光扫描提供的轮廓，判断前方的障碍物的速度，运动趋势，如遇到静止的物体，则其坐标是不变的，我们可以判断其为静止；如果遇到运动的物体，则其坐标会变化，一旦发生了坐标变化，我们取左边变化的那段轮廓，取轮廓的中点，连续取两次值，得到(x3，y3)，(x4，y4)两个坐标点，通过(x4-x3,y4-y3),我们得到了运动障碍物的运动向量，我们得到其运动速度与运动方向，根据下面的算法从而做出相应的反应。如上所述，初步路径为直线，遇到障碍物相应的控制方式如下(一切数据都在不断的更新)：
(2.1)遇到静止的障碍物，如不阻碍自己前进，正常行驶，如阻碍了自己的前进，如图2所示，6为目的地，5为小车，7为障碍物，9为安全区域，8为规划路径，并且在绕行范围内没有其他障碍物，小车进入绕行模式，激光雷达扫描的半径为6m，如在此距离内找到障碍物的边界，如图2，小车找到障碍物的下边界，则往距离小车近的边界行驶；如没有找到过障碍物的边界，则小车继续行驶，一直到小车与障碍物相距1m，若仍没有找到障碍物的边界，则判断小车与障碍物的角度，小车往路径与障碍物所成角度大的方向转向，如在图3中，小车往上面拐弯；如果小车与路障成90度，则交替方向拐弯，即与上一次的方向相反，当绕开了障碍物，重新规划路径，同上所述，小车坐标与目标坐标的连线作为新的路径，当再次遇到静止的障碍物时，如上述操作。
(2.22)若障碍物运动，根据上述的方法得到其运动向量(x4-x3,y4-y3)，如不阻碍自己前进，正常行驶，否则如图4所示,方块为小车，圆圈为移动的障碍物，在对移动物体的速度正交分解，分为小车运动方向的速度Vx和垂直于小车运动方向的速度Vy，根据这两个速度规划一个最优路径进行绕行，具体如下：计算障碍物垂直于小车的速度Vy,设障碍物距离小车的路径距离为S2，到达时间为t3＝S2/Vy,小车与障碍物要相撞的距离为S3，小车的最大速度为V,到达时间为t4＝S3/V,比较t4与t3,若t4<t3,则小车加到最大速度，否则判断小车的运动方向与运动速度，来选择小车的绕行方向与绕行速度，绕过运动的障碍物，偏离小车的运动路径，当绕过物体后，同上所述，小车坐标与目标坐标发的连线作为新的路径，当再次遇到障碍物时，如上述操作。
本发明小车的后部还设有警示灯模块，声音模块，如有物体进入小车设定的安全距离内报错，小车的警示灯将有绿变红，并传送给上位机，小车将发出报警音。
小车减速慢行，加速，绕行都会有不同频率的报警音。
应当理解的是，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，而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 (6)

1.一种智能化避障AGV小车系统的避障方法，所述智能化避障AGV小车系统，其特征在于，包括AGV小车、霍尔电磁传感器、激光扫描雷达、激光扫描全局定位传感器、蓝牙模块和上位机；所述霍尔电磁传感器设置在AGV小车车体的正面前端下部，所述激光扫描雷达和激光扫描全局定位传感器设置AGV小车车体的上部，所述AGV小车的MCU主控模块通过蓝牙模块上位机通信；
其特征在于，包括以下步骤：
1)接收上位机的设置信息，设置AGV小车的目的地、速度、安全距离，并对行驶路程和时间清零；
2)通过激光扫描全局定位传感器系统对AGV小车进行定位，通过霍尔电磁传感器自动导航，并且用激光扫描雷达对周围物体进行实时扫描，将扫描结果发送给上位机；
3)当扫描发现有物体会进入小车的安全区域内，对扫描物体的运动速度进行判断，并根据判断的结果进行避障；
若物体的运动速度大于设置上限，则上位机控制AGV小车报错鸣笛并且停车，直至物体离开安全区域，
若物体的运动速度小于等于设置上限，则对AGV小车车速进行调控，使得物体或小车到达交汇处时相距等于设定距离，然后绕过物体；
当物体的运动速度小于等于设置上限时，所述小车的工作方法如下：对移动物体的速度正交分解，分为小车运动方向的速度Vx和垂直于小车运动方向的速度Vy，根据这两个速度规划一个最优路径进行绕行，具体如下：计算障碍物垂直于小车的速度Vy,设障碍物距离小车的路径距离为S2，到达时间为t3＝S2/Vy,小车与障碍物要相撞的距离为S3，小车的最大速度为V,到达时间为t4＝S3/V,比较t4与t3；若t4<t3,则小车加速到最大速度，否则判断小车的运动方向与运动速度，来选择小车的绕行方向与绕行速度，绕过运动的障碍物，偏离小车的运动路径，当绕过物体后，将小车坐标与目的地坐标的连线作为新的规划路径；
若物体为静止的障碍物挡小车的行驶路线上，并且在绕行范围内没有其他障碍物，则小车进入绕行模式，此时，通过上位机的控制系统记录离开磁轨道时的小车偏离轨道的方向，当此传感器再次检测到磁轨道时，进入正常模式，绕行时，通过激光扫描雷达，使得物体一直在小车的安全距离外；
所述物体为静止时，小车绕行模式的工作方法如下：小车的安全区域内寻找到障碍物的边界，若小车找到障碍物的边界，则往距离小车近的边界平行行驶，以躲避障碍物；如没有找到过障碍物的边界，则小车继续行驶，一直到小车与障碍物相距1m，若仍没有找到障碍物的边界，则根据激光扫描雷达判断小车行驶路径与障碍物的角度，小车往路径与障碍物成大角度的方向转向；如果小车与障碍物成90度，则交替方向拐弯，即与上一次的方向相反，当绕开了障碍物后，将小车坐标与目的地坐标的连线作为新的规划路径。
2.根据权利要求1所述的智能化避障AGV小车系统的避障方法，其特征在于，所述小车的安全区域是以小车为中心，作用半径为设定长度的圆形区域。
3.根据权利要求1所述的智能化避障AGV小车系统的避障方法，其特征在于，所述小车的安全区域作用半径为6m。
4.根据权利要求1所述的智能化避障AGV小车系统的避障方法，其特征在于，所述小车的安全距离为6m。
5.根据权利要求1所述的智能化避障AGV小车系统的避障方法，其特征在于，所述设定距离为1m。
6.根据权利要求1所述的智能化避障AGV小车系统的避障方法，其特征在于，所述智能化避障AGV小车系统还设有警示灯模块和声音报警模块，所述警示灯模块和声音报警模块通过蓝牙模块与上位机通信。
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