CN107065864A - 磁条导航的单驱单向自动导引运输车纠偏控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁条导航的单驱单向自动导引运输车纠偏控制系统及方法，该系统包括铺设在地面的磁条、单驱单向自动导引运输车，磁条，铺设在地面上；自动导引运输车，能沿铺设磁条的地面运行；自动导引运输车的车体内分别设有磁导航传感器和主控制器，主控制器与磁导航传感器通信连接，该主控制器能根据磁导航传感器采集的车体相对于磁条的位置信号对该单驱单向自动导引运输车进行实时纠偏控制。本发明实时采集磁导航传感器的信号，有效的解决了AGV运行时的轨道偏离问题，大大的提高了AGV小车的工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及自动导引运输车控制领域，尤其是涉及一种磁条导航的单驱单向自动导引运输车纠偏控制系统及方法。
背景技术
随着现代制造业自动化程度不断地向前推进，物料运输的自动化改造也越来越受到重视。自动导引运输车(AGV，Automated Guided Vehicle)应用在物料运输领域中，不仅将人工从这个领域解放出来，而且由于AGV具有运行稳定、性能可靠、投入成本低以及不会疲劳等特点，大大提高了企业的生产效率，但AGV在运行过程中如何保证其按照正确的轨迹运行一直是需要解决的重要问题。
目前已有的AGV引导方式包括：电磁导航、光学导航、激光导航、磁条导航，磁钉导航等导航方式。磁导航主要通过测量路径上的磁场信号来获取AGV自身相对于目标跟踪路径之间的相对位置偏差。如申请号201310133274.3的中国专利文献公开了一种基于复合型磁钉校正的AGV纠偏控制系统及方法，该方案虽然解决了纠偏问题,但其计算方法复杂、需要使用的硬件较为复杂。
发明内容
基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种磁条导航的单驱单向自动导引运输车纠偏控制系统及方法，计算位置偏差的方式简便、效率高且硬件结构简单，实现较为容易。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明实施例提供一种磁条导航的单驱单向自动导引运输车纠偏控制系统，包括：
磁条，铺设在地面上；
自动导引运输车，能沿铺设所述磁条的地面运行；
所述自动导引运输车的车体内分别设有磁导航传感器和主控制器，所述主控制器与所述磁导航传感器通信连接，该主控制器能根据磁导航传感器采集的车体相对于所述磁条的位置信号对该单驱单向自动导引运输车进行实时纠偏控制。
本发明实施例提供一种磁条导航的单驱单向自动导引运输车纠偏控制，用于本发明所述的磁条导航的单驱单向自动导引运输车纠偏控制系统，包括以下步骤：
步骤1：自动导引运输车的主控制器接收该自动导引运输车上设置的磁导航传感器采集的磁条信号；
步骤2：所述主控制器通过纠偏计算得到所述自动导引运输车相对于铺设在地面上的磁条的当前位置偏差；
步骤3：所述主控制器根据所述自动导引运输车相对于所述磁条的当前位置偏差通过驱动模块对所述自动导引运输车的进行实时纠偏控制。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的纠偏控制系统，其有益效果为：通过采用磁导航传感器扫描地面铺设磁条的相对位置，由主控制器对磁导航传感器扫描的相对位置信号进行实时的处理分析，通过计算自动导引运输车在小车坐标系下相对于磁条坐标系的偏离位置Δλ和偏离角度Δθ，通过改变驱动模块对小车的运行路径进行实时纠偏控制，有效的解决了自动导引运输车在运行过程中偏离航线的问题，大幅度的提高了工作效率，而且其计算方式简便、成本适宜、维修方便，实际应用价值高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的纠偏控制系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的AGV的主控制系统的构成示意图；
图3为本发明实施例提供的纠偏控制方法流程图；
图4为本发明实施例提供的计算AGV相对于磁条坐标系偏离位置和偏离角度示意图；
图5为本发明实施例提供的磁导航传感器检测单元偏移量示意图。
具体实施方式
下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明实施例提供一种磁条导航的单驱单向自动导引运输车纠偏控制系统，包括：
磁条，铺设在自动导引运输车运行范围内的地面上；
自动导引运输车(为描述方便，后面称为AGV)，能沿铺设所述磁条的地面运行；
所述自动导引运输车的车体内分别设有磁导航传感器和主控制器，所述主控制器与所述磁导航传感器通信连接，该主控制器能根据磁导航传感器采集的车体相对于所述磁条的位置信号对该单驱单向自动导引运输车进行实时纠偏控制。
上述纠偏控制系统中，主控制器包括(参见图2)：
运动控制卡和驱动模块；
所述运动控制卡分别与所述磁导航传感器和驱动模块通信连接，该运动控制卡能接收所述磁导航传感器采集的所述自动导引运输车相对于所述磁条的位置信号，通过纠偏计算得到所述自动导引运输车相对于所述磁条的当前位置偏差，根据所述当前位置偏差控制驱动模块对所述自动导引运输车的进行纠偏控制。
上述驱动模块由电机驱动器和直流无刷电机连接而成。
上述主控制器设在该AGV的主控制系统中，与该主控制系统作为主控单元的工业平板电脑通信连接。
上述纠偏控制系统中，运动控制卡通过纠偏计算得到所述自动导引运输车相对于所述磁条的当前位置偏差为：
通过建立磁条坐标系和小车坐标系，计算自动导引运输车在小坐标系下相对于磁条坐标系的偏离位置和偏离角度，得到该自动导引运输车相对磁条的当前位置偏差。
上述纠偏控制系统中，磁导航传感器采用16位数字信号IO型磁导航传感器(参见图3)，其输出0或24V的简单开关信号，输入电压为直流10～24V，检测距离为50±5mm。
上述纠偏控制系统中，自动导引运输车为具有驱动和提升双重功能的单驱单向自动导引运输车。
如图4所示，本发明实施例提供一种磁条导航的单驱单向自动导引运输车纠偏控制，用于上述的磁条导航的单驱单向自动导引运输车纠偏控制系统，包括以下步骤：
步骤1：自动导引运输车的主控制器接收该自动导引运输车上设置的磁导航传感器采集的磁条信号；该步骤1具体为：在所述自动导引运输车运行过程中，设在所述自动导引运输车上的磁导航传感器将实时采集的磁条信号后发送给主控制器，该磁条信号为所述磁条相对于所述磁导航传感器的相对位置。
步骤2：所述主控制器通过纠偏计算得到所述自动导引运输车相对于铺设在地面上的磁条的当前位置偏差；该步骤2具体为：所述主控制器通过建立磁条坐标系和小车坐标系，计算自动导引运输车在小坐标系下相对于磁条坐标系的偏离位置和偏离角度，得到所述自动导引运输车相对磁条的当前位置偏差(参见图5)。其中，计算自动导引运输车在小车坐标系下相对于磁条坐标系的偏离位置为Δλ，偏离角度为Δθ。
步骤3：所述主控制器根据所述自动导引运输车相对于所述磁条的当前位置偏差通过驱动模块对所述自动导引运输车的进行实时纠偏控制。
本发明纠偏的原理是：AGV(即自动导引运输车)在运行过程中，通过车体内设置的16位数字信号IO型的磁导航传感器扫描地面铺设磁条的相对位置，通过主控制器对感应信号进行分析判断AGV是否处于路径中间，如果处于路径中间则按当前路径继续向前行驶，如果不处于当前路径，则通过磁感应信号计算电机控制量反馈给主控制器，由主控制器通过预设的纠偏算法计算当前AGV相对磁条的位置偏差进而通过差速原理调整AGV姿态使其回到预定轨道。
下面结合附图和具体实施例对本发明的纠偏控制系统及方法作进一步地详细描述。
本实施例提供一种磁条导航的单驱单向AGV纠偏控制系统，包括：铺设在地面的磁条、单驱单向AGV，该AGV包括：车体、在车体内的驱动模块上安装有16位数字信号IO的磁导航传感器、在车体内部安装有与磁导航传感器相连接的主控制器，主控制器与磁导航传感器配合能对AGV进行实时纠偏控制。
图1所示为本发明一种磁条导航的单驱单向AGV纠偏控制系统的结构示意图，当磁导航AGV进入地面铺设磁条的系统后，AGV的主控制器(参见图2)实时采集磁导航传感器的信号，对这些信号进行分析，判断AGV是否偏离轨道。如果没有偏离轨道磁导航，AGV继续行驶，如果偏离轨道，主控制器根据磁感应信号计算AVG小车的电机控制量，利用差速纠偏原理调整AGV的运行角度，从而使AGV可靠的按照预定轨迹运行。
在AGV行驶的地面上铺设“田”字形磁条(参见图1)，路径情况包括：直线路径、左转向路径、右转向路径、左右分叉路径、左分叉右直线路径、右分叉左直线路径和十字路口路径。
如图3所示，16位数字信号IO的磁导航传感器安装在驱动模块的前后两侧，每侧各有16个信号感应灯，均布对称排放在驱动模块中心。其输出0或24V的简单开关信号。输入电压为直流10-24V，检测距离为50±5mm。
AGV的驱动模块具有驱动和提升双重功能，当AGV运行过程中驱动轮接触地面运动，当AGV停止时，提升功能将驱动模块提升，避免碰撞等意外情况导致驱动模块出现故障。
如图4所示，本发明的纠偏方法原理如下：AGV无偏差行驶时的车体位置沿x轴方向，经过时间Δt单驱单向AGV的车体位置发生变化。经过时间Δt由于AGV行驶一段距离后产生了偏差，分别是位置偏差Δλ和角度偏差Δθ。
其中，驱动轮之间的中心距用R表示；驱动模块右轮的线速度用Vr表示；驱动模块左轮的线速度用Vl表示。
驱动模块驱动轮的线速度决定了单驱单向AGV行走时产生的位置偏差Δλ和方向偏差Δθ。调整行驶中的单驱单向AGV的车体位姿可以通过调整驱动模块左右两轮的线速度实现，即调整驱动模块左右两轮的速度的大小可以实现AGV运行时的纠偏控制，最终实现单驱单向AGV沿着预定路线行驶。
本实施例还提供一种磁条导航的单驱单向AGV纠偏控制方法，包括以下步骤：
步骤1：主控制器通过磁导航传感器采集磁条信号；该步骤具体为：AGV在运行过程中，磁导航传感器实时的采集磁条信号后发送给AGV的主控制器，磁条信号为磁条相对于磁导航传感器的相对位置；
步骤2：主控制器通过纠偏计算得到AGV相对磁条的当前位置偏差。
本步骤2是基于磁导航的单驱单向AGV纠偏控制方法的核心内容，其中：
如图3所示的磁导航传感器结构示意，垂直的粗直线代表磁条，0-15为磁导航传感器的0-15号输出点，这里规定0号为磁扫描传感器的最左侧扫描点，15号为磁扫描传感器的最右侧扫描点。由图3可知当磁条相对于磁扫描传感器在A状态时，即位于6-9号之间时，此时磁导航传感器的6-9号输出点有信号输出时，认为此时AGV中心在磁条上方，这是不需要调整左右驱动轮的转速。
现在以磁条左右边界为基准考虑磁条信息的量化过程：
(1)以磁条左边界为基准的条件下考虑图3中B状态。分析B状态，由于磁条位于1-4号输出点下方因此1-4号有信号输出。因此B状态与A状态相比，向左偏移了5个输出点。这便是将磁导航传感器的信号量化的过程，这个量化值表示了磁导航传感器中心偏离磁条的距离大小。
其量化公式为：
D为磁导航传感器中心偏离磁条的程度大小，X为磁条左端所触发的磁导航传感器的输出点的序号。由于现在考虑的情况为B状态，X的所有可能取值为0到6，因此D的取值范围为0到1。D越靠近0说明磁条越靠近磁传感器左边界。当D＝0说明磁条已经到达磁传感器左边缘；当D＝1时说明磁条位于磁导航传感器中心。
B状态下，将D作为左侧驱动轮系数计算做驱动轮的速度。
公式为：
以磁条左边界为基准考虑图3中C状态，其量化公式为：
D为磁导航传感器中心偏离磁条的程度大小，X为磁条左端所触发的磁导航传感器的输出点的序号。显然此时X的取值范围为7到15。当X取值为7-12时，D的范围为0到1。当X取值为13、14、15时，D的范围变为负值，这种状态下统一将D的值设为零。D越靠近0说明磁条越靠近磁传感器右边界。当D＝0说明磁条已经到达磁传感器右边缘；当D＝1时说明磁条位于磁导航传感器中心。
在C状态下，将D作为左侧驱动轮系数计算做驱动轮的速度。
公式为：
(2)以磁条右边界为基准的条件下考虑图3中B状态。
其量化公式为：
D为磁导航传感器中心偏离磁条的程度大小，X为磁条右端所触发的磁导航传感器的输出点的序号。显然此时X的取值范围为0到8。当X取值为3-8时，D的范围为0到1。当X取值为0、1、2时，D的范围变为负值，这种状态下统一将D的值设为零。D越靠近0说明磁条越靠近磁传感器左边界。当D＝0说明磁条已经到达磁传感器左边缘。当D＝1时说明磁条位于磁导航传感器中心。
B状态下，将D做为左侧驱动轮系数，用于计算左驱动轮的速度。
公式为：
以磁条右边界为基准的条件下考虑图3中C状态，其量化公式为：
D为磁导航传感器中心偏离磁条的程度大小，X为磁条右端所触发的磁导航传感器的输出点的序号。显然此时X的取值范围为9到15。当X取值为9-15时，D的范围为0到1。D越靠近0说明磁条越靠近磁传感器右边界。当D＝0说明磁条已经到达磁传感器右边缘。当D＝1时说明磁条位于磁导航传感器中心。
C状态下，将D作为左侧驱动轮系数计算做驱动轮的速度。
公式为：
步骤3：主控制器根据AGV相对磁条的当前位置偏差通过驱动模块对AGV进行纠偏控制。
该步骤将得到的左右驱动轮速度转化为驱动器上的电压信号，主控制器根据电压信号计算电机控制量，从而控制驱动模块对AGV进行纠偏控制。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种磁条导航的单驱单向自动导引运输车纠偏控制系统，其特征在于，包括：
磁条，铺设在自动导引运输车运行范围内的地面上；
自动导引运输车，能沿铺设所述磁条的地面运行；
所述自动导引运输车的车体内分别设有磁导航传感器和主控制器，所述主控制器与所述磁导航传感器通信连接，该主控制器能根据磁导航传感器采集的车体相对于所述磁条的位置信号对该单驱单向自动导引运输车进行实时纠偏控制。
2.根据权利要求1所述的磁条导航的单驱单向自动导引运输车纠偏控制系统，其特征在于，所述主控制器包括：
运动控制卡和驱动模块；
所述运动控制卡分别与所述磁导航传感器和驱动模块通信连接，该运动控制卡能接收所述磁导航传感器采集的所述自动导引运输车相对于所述磁条的位置信号，通过纠偏计算得到所述自动导引运输车相对于所述磁条的当前位置偏差，根据所述当前位置偏差控制驱动模块对所述自动导引运输车的进行纠偏控制。
3.根据权利要求2所述的磁条导航的单驱单向自动导引运输车纠偏控制系统，其特征在于，所述运动控制卡通过纠偏计算得到所述自动导引运输车相对于所述磁条的当前位置偏差为：
通过建立磁条坐标系和小车坐标系，计算自动导引运输车在小坐标系下相对于磁条坐标系的偏离位置和偏离角度，得到该自动导引运输车相对磁条的当前位置偏差。
4.根据权利要求1所述的磁条导航的单驱单向自动导引运输车纠偏控制系统，其特征在于，所述磁导航传感器采用16位数字信号IO型磁导航传感器，其输出0或24V的简单开关信号，输入电压为直流10～24V，检测距离为50±5mm。
5.根据权利要求1至4任一项所述的磁条导航的单驱单向自动导引运输车纠偏控制系统，其特征在于，所述自动导引运输车为具有驱动和提升双重功能的单驱单向自动导引运输车。
6.一种磁条导航的单驱单向自动导引运输车纠偏控制，其特征在于，用于权利要求1至4任一项所述的磁条导航的单驱单向自动导引运输车纠偏控制系统，包括以下步骤：
步骤1：自动导引运输车的主控制器接收该自动导引运输车上设置的磁导航传感器采集的磁条信号；
步骤2：所述主控制器通过纠偏计算得到所述自动导引运输车相对于铺设在地面上的磁条的当前位置偏差；
步骤3：所述主控制器根据所述自动导引运输车相对于所述磁条的当前位置偏差通过驱动模块对所述自动导引运输车的进行实时纠偏控制。
7.根据权利要求6所述的磁条导航的单驱单向自动导引运输车纠偏控制方法，其特征在于，所述步骤1具体为：在所述自动导引运输车运行过程中，设在所述自动导引运输车上的磁导航传感器将实时采集的磁条信号后发送给主控制器，该磁条信号为所述磁条相对于所述磁导航传感器的相对位置。
8.根据权利要求7所述的磁条导航的单驱单向自动导引运输车纠偏控制方法，其特征在于，所述步骤2具体为：所述主控制器通过建立磁条坐标系和小车坐标系，计算自动导引运输车在小坐标系下相对于磁条坐标系的偏离位置和偏离角度，得到所述自动导引运输车相对磁条的当前位置偏差。
9.根据权利要求8所述的磁条导航的单驱单向自动导引运输车纠偏控制方法，其特征在于，所述计算自动导引运输车在小车坐标系下相对于磁条坐标系的偏离位置为Δλ，偏离角度为Δθ。
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