CN107203209B - 一种无线射频自动引导车的导航装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线射频自动引导车的导航装置，包括自动引导车车架，自动引导车车架的底部设置有射频识别阅读器，自动引导车车架的每个车轮均与传动装置连接，传动装置连接电机，电机分别与驱动单元、动力源连接，驱动单元与控制单元连接，控制单元与供电单元连接，控制单元通过信号与射频识别阅读器连接，射频识别阅读器与RFID标签连接，RFID标签与控制系统连接，RFID标签布置在预定行进的路径上。本发明还公开了上述导航装置的控制方法。本发明一种无线射频自动引导车的导航装置，路径定位由轨迹式变为了离散的点，从而降低了维护成本，可以灵活多变的调整。

Description

一种无线射频自动引导车的导航装置及控制方法

技术领域

本发明属于机电控制技术领域，具体涉及一种无线射频自动引导车的导航装置，本发明还涉及上述装置的控制方法。

背景技术

随着新型引导技术的发展和工业自动化水平的提高，近年来自动引导车已经被广泛应用于工业生产之中，是实现生产制造自动化流程的重要基础设备，随着柔性制造、智能制造、工业物联网、工业信息化、仓储物流行业的飞速发展，其重要性呈现出加强趋势。引导装置主要负责实现引导车的位置识别与路径规划作用，即时有效地向引导车传输位置信息并提供运动信号，是自动引导车的核心系统。

目前，工业生产中存在的自动引导车定位导航系统种类较多，其类型与主要特点如下：电磁导引、磁带导引、激光导引、视觉引导等方式应用较为广泛。其中，磁带导引技术与电磁导引技术相近，都是通过引导车内部传感器不断追踪路径轨道的信息实现导航定位，不同之处在于磁带导引采用了在地面上粘贴磁带的方式替代电磁导引在地面下埋设金属导线，通过小车磁导引传感器感应磁带的磁场信号实现小车的自动导引功能，电磁导引线路几乎不能更改导致灵活性差，磁带虽然易于更改线路，但是由于路径过长往往会导致磨损严重，需要定期维护更换；激光导引通过激光扫描器与激光定位标志构成引导系统，具有定位精度高的特点，但是其成本相对较高、设备精密度高，不适用于工业大规模应用；视觉引导则基于图像处理或机器视觉原理构建，依靠于高精度CCD和计算机识别系统，其具有精度高、路径设置灵活的特点，但是其制造成本与维护成本较高，对于工作环境具有一定的要求，需要建立数据库或者识别软件与其配套使用，这些因素都限制了它在一般工业领域的普遍应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种无线射频自动引导车的导航装置，解决了现有定位导航装置中导航中路径不易更改、难以维护的问题。

本发明的另一个目的是提供上述导航装置的控制方法。

本发明所采用的第一种技术方案是：一种无线射频自动引导车的导航装置，包括自动引导车车架，自动引导车车架的底部设置有射频识别阅读器，自动引导车车架的每个车轮均与传动装置连接，传动装置连接电机，电机分别与驱动单元、动力源连接，驱动单元与控制单元连接，控制单元与供电单元连接，控制单元通过信号与射频识别阅读器连接，射频识别阅读器与RFID标签连接，RFID标签与控制系统连接，RFID标签布置在预定行进的路径上。

本发明的第一种技术方案特点还在于：

RFID标签包括RFID启动标签、RFID转向标签、RFID前进标签、RFID停止标签；

其中，RFID启动标签包含两条连续指令，一是启动引导车前进，二是持续进行直线运动，直到搜索到下一个标签为止；

RFID转向标签包含两条连续指令，保证车身在转向完成后，还继续前进一小段距离，避免该RFID转向标签对引导车读取下一个RFID标签的读取过程产生干扰；

RFID前进标签用于为控制系统提供引导车前进的速度和距离，该距离为预先设定的距离或无限长，直至引导车检测到下一个RFID标签为止；

RFID停止标签控制引导车停止。

控制系统包括依次连接的预定路径输入模块、路径分解模块、RFID标签编码模块，RFID标签编码模块与RFID标签连接。

本发明所采用的第二种技术方案是：一种无线射频自动引导车的导航装置的控制方法，其特征在于，根据控制系统的预定路径输入模块中预定的路径，路径分解模块进行路径分解，对路径分解结果进行相应编码，分解为一系列RFID标签，以供引导车在行进过程中逐一阅读和执行，最终实现预定的路径。

本发明的第二种技术方案的特点还在于：步骤具体为：将预定路径输入预定路径输入模块中，并通过路径分解模块将预定路径分解为：启动停止指令、转向指令、执行指令，其中后两类指令中记录转向角度和行进长度，然后通过RFID标签编码模块将若干个指令与RFID启动标签、RFID转向标签、RFID前进标签、RFID停止标签的电子编码对应起来，并将形成的编码结果输入控制单元中，供引导车通过射频识别阅读器进行标签的阅读，引导车阅读到RFID内在编码后，根据其对应的指令通过控制单元带动传动装置、车轮运动，最终实现自动导引车车架的定位与引导。

本发明所采用的第三种技术方案是：一种无线射频自动引导车的导航装置的控制方法，提前对RFID标签进行编码，以获取一系列可以执行单位基本动作的RFID启动标签、RFID转向标签、RFID前进标签、RFID停止标签，然后根据不同的路径选择相应的标签直接进行组合，以供引导车在行进过程中阅读和执行。

本发明第三种技术方案的特点还在于：

步骤具体为：对多个RFID标签进行提前编码，将RFID标签的电子编码与一系列基本运动指令相对应；

基本运动指令包括：

停止/启动指令，其中停止指令包含暂停和彻底停止两大类；

转向指令，包括一系列不同角度的转向，每一条转向指令都包含一条直行指令，保证车身在转向完成后能够前进一小段距离，避免转向过程中受到干扰；

直行指令，包括不同的直行行进长度，需结合引导车应用环境选择长度；

其他指令，用于引导车实现某些特殊功能、执行某些机构动作、增加某些复杂特殊路径；

将上述基本运动指令与一系列RFID标签电子编码对应起来，根据具体的需求和工况，用基本功能指令标签随时组成需要的路径；

引导车通过射频识别阅读器读取标签，引导车阅读到RFID内在编码后，根据其对应的指令通过控制单元带动传动装置、车轮运动，最终实现自动导引车车架的定位与引导。

RFID标签提前进行编码，使每一个RFID标签代表不能电机运动或引导车运动指令；

RFID标签根据其类型分布在路径的关键变化点位置，关键变化点位置包括路径起始位置、转弯位置、变速位置中的至少一个位置。

本发明的有益效果是：(1)本发明一种无线射频自动引导车的导航装置，路径定位由轨迹式变为了离散的点，从而降低了维护成本，可以灵活多变的调整；(2)一种无线射频自动引导车的导航装置，由于无线射频标签和阅读器价格低廉，大大降低了自动引导车的生产制造成本；(3)一种无线射频自动引导车的导航装置，适用于油污、水污、化学污染严重等恶劣工况；(4)一种无线射频自动引导车的导航装置的控制方法灵活多样，可以根据预定的路径进行规划进而对RFID标签进行编码，也可以选择提前完成编码工作的RFID标签进行组合。

附图说明

图1是本发明导航装置的技术路线示意图；

图2是本发明导航装置的结构示意图；

图3是本发明导航装置的引导示意图；

图4是本发明导航装置的控制方法中编码过程的主要流程图；

图5是本发明导航装置的控制方法中解码过程的主要流程图；

图6是本发明导航装置的一种控制方法的流程图；

图7是本发明导航装置的另一种控制方法的流程图。

图中，1.预定路径输入模块，2.路径分解模块，3.RFID标签编码模块，4.RFID启动标签，5.RFID转向标签，6.RFID前进标签，7.RFID停止标签，8.射频识别阅读器，9.供电单元，10.控制单元，11.驱动单元，12.电机，13.动力源，14.传动装置，15.车轮，16.自动引导车车架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种无线射频自动引导车的导航装置，如图1、2所示，图2中以四个轮子的引导车为示例，图2(a)为俯视图，图2(b)为仰视图，包括自动引导车车架16，自动引导车车架16的底部设置有射频识别阅读器8，以便于读取或接收RFID标签的信号，自动引导车车架16的每个车轮15均与传动装置14连接，传动装置14连接电机12，即电机12通过传动装置14带动车轮15，电机12分别与驱动单元11、动力源13连接，驱动单元11主要指电机控制器，驱动单元11与控制单元10连接，控制单元10主要包括驱动主板、控制芯片、存储器等核心电路元件，控制单元10与供电单元9连接，供电单元9主要负责给控制单元10供电，控制单元10通过信号与射频识别阅读器8连接，射频识别阅读器8与RFID标签连接，RFID标签与控制系统连接，RFID标签布置在预定行进的路径上。

其中，RFID标签包括RFID启动标签4、RFID转向标签5、RFID前进标签6、RFID停止标签7；

RFID启动标签4包含两条连续指令，一是启动引导车前进，二是持续进行直线运动，直到搜索到下一个标签为止；

RFID转向标签5包含两条连续指令，保证车身在转向完成后，还继续前进一小段距离，避免该RFID转向标签对所述引导车读取下一个RFID标签的读取过程产生干扰；

RFID前进标签6用于为控制系统提供所述引导车前进的速度和距离，该距离为预先设定的距离或无限长，直至引导车检测到下一个RFID标签为止；

RFID停止标签7控制引导车停止。

RFID标签根据其类型分布在路径的关键变化点位置，关键变化点位置包括路径起始位置、转弯位置、变速位置中的至少一个位置。

控制系统包括依次连接的预定路径输入模块1、路径分解模块2、RFID标签编码模块3，RFID标签编码模块3与RFID标签连接。

如图3，自动引导车车架16在RFID标签的引导作用下，实现了一条预定路径，其中RFID启动标签4代表了路径的起始位置，引导车放置于此标签处，一旦开始运行，通过射频识别阅读器8获取RFID启动标签4的电子编码，开始启动，启动之后按直线方向行驶，如图3(a)所示；参照图3(b)，RFID启动标签4将会使小车继续行驶，在行驶过程中遇到RFID转向标签5，获取电子编码后，控制单元10开始执行转向指令，引导车通常采用差速法改变方向，因而电机12、传动装置14、车轮15需要其具有较高的运动精度；参照图3(c)，为引导车车身转过一定角度后的状态，RFID转向标签5中包含两条按顺序执行的指令，第一条是转向，第二条是转向后直行一段距离，此距离应当小于或接近车身长度；参照图3(d)，在RFID转向标签5的引导下到达RFID前进标签6，并获取指令，开始前进一段固定长度的距离；参照图3(e)，到达既定位置并检测到RFID停止标签7，完成了预定路径的行驶，本发明装置及使用方法适用于各类复杂路径，其基本原理与图中描述相似。

如图4所示为本发明一种无线射频自动引导车的导航装置的控制方法编码的主要流程图：预定路径输入模块1用于输入路径，将预定行驶的路径通过预定路径输入模块1输入到计算机中，并在计算机中计算其坐标关系，将起点位置标记为(0,0)点；通过路径分解模块2将路径分解为一系列驱动电机的基本运动指令，例如前进、后退、停止、转向等，这一步包含提取起点、转向点、终点位置和计算各点之间路径长度两部，并将其转换为相应的电机运动指令；在路径分解的运算中，需要对实际运行距离、车轮直径、电机参数、限定车速等参数实际结合，进行适当调整，最后将分解的路径用一系列电机的正反转圈数指令表示。

分解完后将获得一系列指令，通过RFID标签编码模块3进行编码，将每一个RFID标签的电子编码与分解后获得的运动指令匹配，完成匹配的标签可分为四类：RFID启动标签4、RFID转向标签5、RFID前进标签6、RFID停止标签7。将RFID启动标签4、RFID转向标签5、RFID前进标签6、RFID停止标签7的匹配关系输入到控制单元10的程序中，，实现RFID标签电子编码的编码过程。每当射频识别阅读器8读取到RFID启动标签4、RFID转向标签5、RFID前进标签6、RFID停止标签7的编码后，依据实现匹配的指令，控制驱动单元11带动电机12等部件，实现自动引导车的运动，当小车在其运行轨迹上读取到下一个RIFD标签后，执行下一条指令，实现持续的运行和导航。

图5为本发明一种无线射频自动引导车的导航装置的控制方法解码的主要流程图：通过射频识别阅读器8不断获得电子编码，查找编码对应的运动指令，并执行相应指令，实现RFID标签电子编码的译码过程。

本发明的无线射频自动引导车的导航装置的控制方法，包括两种控制方法：

第一种控制方法：如图6所示，根据控制系统的预定路径输入模块1中预定的路径，路径分解模块2进行路径分解，对路径分解结果进行相应编码，分解为一系列RFID标签，以供引导车在行进过程中逐一阅读和执行，最终实现预定的路径。

步骤具体为：将预定路径输入预定路径输入模块1中，并通过路径分解模块2将预定路径分解为：启动停止指令、转向指令、执行指令，其中后两类指令中记录转向角度和行进长度，然后通过RFID标签编码模块3将若干个指令与RFID启动标签4、RFID转向标签5、RFID前进标签6、RFID停止标签7的电子编码对应起来，并将形成的编码结果输入控制单元10中，供引导车通过射频识别阅读器8进行标签的阅读，引导车阅读到RFID内在编码后，根据其对应的指令通过控制单元10带动传动装置14、车轮15运动，最终实现自动导引车车架16的定位与引导。

第二种控制方法：如图7所示，提前对RFID标签进行编码，以获取一系列可以执行单位基本动作的RFID启动标签4、RFID转向标签5、RFID前进标签6、RFID停止标签7，然后根据不同的路径选择相应的标签直接进行组合，以供引导车在行进过程中阅读和执行，步骤具体为：对多个RFID标签进行提前编码，将RFID标签的电子编码与一系列基本运动指令相对应。

基本运动指令包括：

停止/启动指令，其中停止指令包含暂停和彻底停止两大类；

转向指令，包括一系列不同角度的转向，主要包括15度、30度、45度、60度、75度、90度、105度、120度、135度、150度、165度、180度等，也可根据需要增加角度种类，每一条转向指令都包含一条直行指令，保证车身在转向完成后能够前进一小段距离，避免转向过程中受到干扰；

直行指令，包括不同的直行行进长度，需结合引导车应用环境选择长度；

其他指令，用于引导车实现某些特殊功能、执行某些机构动作、增加某些复杂特殊路径等；从而拓展其功能。

将上述基本运动指令与一系列RFID标签电子编码对应起来，根据具体的需求和工况，用基本功能指令标签随时组成需要的路径；使用灵活简便、易于随时更改路径。

引导车通过射频识别阅读器8读取标签，引导车阅读到RFID内在编码后，根据其对应的指令通过控制单元10带动传动装置14、车轮15运动，最终实现自动导引车车架16的定位与引导。

RFID标签提前进行编码，使每一个RFID标签代表不能电机运动或引导车运动指令；RFID标签根据其类型分布在路径的关键变化点位置，关键变化点位置包括路径起始位置、转弯位置、变速位置中的至少一个位置。

上述两种方法的特点分别为：第一种方法，可以根据已知的路径设置好标签电子编码对应指令并进行应用；第二种方法，可以将各类运动指令输入标签，根据具体需求组合成所需要路径，基于上述两种方法的改进方案仍属于本发明范畴。

Claims (3)

1.一种无线射频自动引导车的导航装置的控制方法，其特征在于，根据控制系统的预定路径输入模块(1)中预定的路径，路径分解模块(2)进行路径分解，对路径分解结果进行相应编码，分解为一系列RFID标签，以供引导车在行进过程中逐一阅读和执行，最终实现预定的路径；

步骤具体为：将预定路径输入预定路径输入模块(1)中，并通过路径分解模块(2)将预定路径分解为：启动停止指令、转向指令、执行指令，其中后两类指令中记录转向角度和行进长度，然后通过RFID标签编码模块(3)将若干个指令与RFID启动标签(4)、RFID转向标签(5)、RFID前进标签(6)、RFID停止标签(7)的电子编码对应起来，并将形成的编码结果输入控制单元(10)中，供引导车通过射频识别阅读器(8)进行标签的阅读，引导车阅读到RFID内在编码后，根据其对应的指令通过控制单元(10)带动传动装置(14)、车轮(15)运动，最终实现自动导引车车架(16)的定位与引导；

提前对RFID标签进行编码，以获取一系列可以执行单位基本动作的RFID启动标签(4)、RFID转向标签(5)、RFID前进标签(6)、RFID停止标签(7)，然后根据不同的路径选择相应的标签直接进行组合，以供引导车在行进过程中阅读和执行。

2.根据权利要求1所述的一种无线射频自动引导车的导航装置的控制方法，其特征在于，步骤具体为：对多个RFID标签进行提前编码，将RFID标签的电子编码与一系列基本运动指令相对应；

基本运动指令包括：

停止/启动指令，其中停止指令包含暂停和彻底停止两大类；

转向指令，包括一系列不同角度的转向，每一条转向指令都包含一条直行指令，保证车身在转向完成后能够前进一小段距离，避免转向过程中受到干扰；

直行指令，包括不同的直行行进长度，需结合引导车应用环境选择长度；

其他指令，用于引导车实现某些特殊功能、执行某些机构动作、增加某些复杂特殊路径；

将上述基本运动指令与一系列RFID标签电子编码对应起来，根据具体的需求和工况，用基本功能指令标签随时组成需要的路径；

引导车通过射频识别阅读器(8)读取标签，引导车阅读到RFID内在编码后，根据其对应的指令通过控制单元(10)带动传动装置(14)、车轮(15)运动，最终实现自动导引车车架(16)的定位与引导。

3.根据权利要求1所述的一种无线射频自动引导车的导航装置的控制方法，其特征在于，所述RFID标签提前进行编码，使每一个RFID标签代表不能电机运动或引导车运动指令；

RFID标签根据其类型分布在路径的关键变化点位置，关键变化点位置包括路径起始位置、转弯位置、变速位置中的至少一个位置。

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