CN107600221A - 一种智能全向agv小车及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能全向AGV小车及控制方法，包括驱动装置、超声波传感器单元(2)、运动指示灯单元(5)、导航传感器单元(7)、主控单元(8)、车厢(9)，所述的车厢(9)是一个具有一定高度的箱体，并且车厢(9)的底盘为去掉四个角的正方体，驱动装置包括全向轮单元(1)、电机驱动单元(3)、电机单元(4)，驱动装置安装在车厢(9)的底盘上，所述的主控单元(8)安装于车厢(9)内，超声波传感器单元(2)为4个。本发明通过对AGV小车结构上的设计，实现了AGV小车在狭小空间乃至零半径原地转动，并通过给予不同的x,y,θ能够实现AGV小车朝指定方向的运动。

Description

一种智能全向AGV小车及其控制方法

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，尤其涉及一种智能全向AGV小车及其控制方法。

背景技术

在科技迅速发展的时代，人工智能系统技术已经成为了世界科学家的关注点，AGV作为人工智能技术的产物之一，已经在仓储业、制造业、危险场所作业和特种行业被大量的使用。

如在一些汽车领域，如雪佛兰、丰田等汽车厂的配线上已有广泛的应用，经使用AGV小车作为载运工具装配线后，不仅减少装配时间，同时也减少了故障率。

AGV，其中装配有电磁或者光学的部件，它能够沿着已经规划好的路径行走，有着运输功能和安全保护功能，是移动型机器人的一种，是一种小型无人驾驶车。

最早使用AGV的是美国福特汽车公司，在AGV上最早使用电磁导引装置的国家是英国，现如今世界上的AGV数量已经超过数万台，其节能、灵活性好、操作方便、效率高、自动化程度好、可靠性高的特点逐渐深得企业的青睐。不仅在机械制造业，在电子产品行业、印刷业、纺织业、造纸业以及食品行业都被广泛的投入使用。

在目前的立体仓库的物流系统和自动化柔性装配线飞速发展的当代，更是少不了其身影，同时也体现了AGV的自动化程度高。综上，AGV已经成为工业自动化的主要标志之一。

但是，目前的AGV普遍很难实现全向移动、狭小空间及零半径的转向运动，并且如果AGV在运送产品期间出现差错，工作人员需要追上AGV进行处理。

再就是，如果AGV在运行过程中，有物体从AGV面前走过挡住AGV的路线，AGV会继续前行与前方物体直至相撞，缺少一个远程的控制和防撞处理控制装置，并且当路线有交叉情况，AGV会不知道如何行走。

这些问题对于AGV使用带来了很多的不便，特别是，如果AGV运动的货物是一些带有腐蚀性或者毒性的货物，被撞对象是人的时候，对人有非常大的伤害。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种智能全向AGV小车及其控制方法，其能通过改进AGV小车的结构和控制方式，实现狭小空间转向，避免碰撞。

本发明采用如下技术方案：

一种智能全向AGV小车，包括驱动装置、超声波传感器单元2、运动指示灯单元5、导航传感器单元7、主控单元8、车厢9，所述的车厢9是一个具有一定高度的箱体，并且车厢9的底盘为去掉四个角的正方体。

驱动装置安装在车厢9的底盘上，所述的主控单元8安装于车厢9内，超声波传感器单元2为4个，其中一对安装在车厢9前面的左右对称位置，另外一对安装在车厢9后背部的左右对称位置。

主控单元9分别与电机驱动单元3、超声波传感器单元2、运动指示灯单元5、导航传感器单元7相连，导航传感器单元7为2个，其中一个安装在车厢9的前下中部，另一个安装于车厢9后下中部，2个导航传感器单元安装位置离地面均为30-50cm，运动指示灯单元6也为2个，一个安装于车厢9的前中部，另一个安装在车厢9的后中部。

优选的，所述的车厢9底盘的四个角均安装有驱动装置，并且安装的驱动装置为一个全向轮单元1、一个电机驱动单元3、一个电机单元4。

优选的，所述的车厢9底盘上的4个全向轮单元1布置位置连线形成一个正方形。

进一步的，还包括远程控制接收器单元6，所述的远程控制接收器单元6为2个，其中一个安装于车厢的正前方，另一个安装于车厢的后中部；

还包括一个地标传感器，地标传感器与主控单元8相连。

优选的，所述的主控单元8由UNO模块和mega2560控制器构成，其中UNO模块与导航传感器单元7相连，UNO模块接收16位的导航传感器单元7发送的信号，UNO模块接收的信号通过串口通信方式传输至mega2560控制器，mega2560接收到数据后进行判断运算，通过控制电机驱动单元3，电机驱动单元3控制每个电机单元4，从而使AGV小车进入不同的运动状态，同时，mega2560也控制超声波传感器单元2、运动指示灯单元5。

进一步的，所述的车厢9的左右两侧各设置一个把手，并且车厢设有能保持打开/关闭状态的顶盖；

所述的驱动装置采用了弹簧防震装置，电机单元4和全向轮单元1是固定的，弹簧套在柱体上，轮系套在柱体进行连接；

所述的全向轮单元1轮子的橡胶部分能够绕弹簧防震装置的圆柱旋转。

进一步的，所述的AGV小车的远程控制接收器单元为红外传感器，红外传感器用于接收遥控器发送的控制指令。

进一步的，所述的AGV小车的车厢内还设置有供电单元10，供电单元10给电机单元4和主控单元8供电。

进一步的，为了避免电机驱动单元3，主控单元8引脚与AGV外壳接触发生短路情况，车厢9选择塑料螺柱进行支撑连接。

一种智能全向AGV小车的控制方法，包括

S1、通过遥控器，向AGV小车发送信号，AGV小车的主控单元8对发送的信息进行解码，运行相应的指令；

D1、发送的是停止信号，AGV小车则停止；

D2、发送的是运行到指定位置信号，AGV小车则启动运行；

D3、发送的是调速、转向信号，主控单元8控制相应电机驱动单元实现AGV小车的调速、转向；

S2、AGV小车接收如D2的控制指令，主控单元8按照如下方式判断前进方向：

按照交叉控制算法，车厢9的前下中部导航传感器单元7的磁导航传感器检测得到数字a,车厢9后下中部的导航传感器单元7的磁导航传感器检测得到数字b，数字a、数字b均传递给主控单元的mega2560控制器：

d1、若3≤a+b≤8，则AGV小车发生左转向；

d2、若-3<a+b<3，则AGV小车直行；

d3、若-8≤a+b≤-3，则AGV小车发生右转向；

S3、设置在AGV小车上的地标传感器实时检测AGV小车的位置信号，

地标传感器通过mega2560控制器的串口发送站点位置，经主控单元8处理器判断处理后通过电机驱动单元3驱动AGV小车电机单元4实现十字路口的自动识别全向运动任务；

主控单元8控制16位导航传感器单元7并将收到的数字a+b通过串口通信传递给mega2560，mage2560进行控制指示灯的亮灭，超声波传感器单元2的测距，控制电机驱动单元L298N从而控制电机单元4的转动，进一步控制AGV的运行。

S4、AGV小车停止

地标传感器检测AGV小车位置信号，并发送给主控单元8的mega2560控制器，进行判断处理，直至发送的位置信号与检测的位置信号一致，AGV小车停止运行。

进一步的，所述步骤S1、D3中设定Y轴AGV前进的方向，X轴是与Y轴垂直，坐标原点是AGV小车底盘正方体对角线的交叉点，对角线和Y轴的夹角是锐角θ,遥控器通过控制x,y,θ的值，即可实现AGV小车朝指定方向运动的控制。

本发明的有益效果：

(1)本发明可以实现AGV在狭小空间乃至零半径原地转动，并通过给予不同的x,y,θ就能够实现AGV向每个方向进行运动；如果要对AGV控制实现原地转动，只需控制每个轮子的转动速度相同即可。

(2)使用的是全向轮，如果在AGV斜向行驶时候也不会由于摩擦过大导致轮子磨损太大，以此延长了AGV的使用寿命。

(3)远程遥控控制能够对AGV进行实时控制，当AGV在运行过程中，人可以远程对其进行控制，遥控器发送的不同指令也能够控制AGV的运行状态，超声波传感器是可以对运行中遇到的障碍物进行避障处理。

(4)使用的控制器价格低廉，所以能够降低成本，对柔性运输企业来说能够提高其生产效率，并节约空间路线，并且本发明具有，结构简单的优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图Ⅰ；

图2为本发明的内部结构示意图Ⅰ；

图3为本发明的结构示意图Ⅱ；

图4为电机单元结构示意图；

图5为导航传感器单元数字标注示意图；

图6为AGV检测信号控制流程图；

图7为建立的全向交叉算法坐标图；

图8为本发明结构示意图Ⅲ；

图9为本发明的内部结构示意图Ⅱ。

图中：1-全向轮单元、2-超声波传感器单元、3-电机驱动单元、4-电机单元、5-运动指示灯单元、6-远程控制接收器单元、7-导航传感器单元、8-主控单元、9-车厢、10-供电单元、11-塑料螺柱、12-弹簧防震装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2、图3、图3、图4、图8、图9所示：

实施例1实施例1提供一种智能全向AGV小车，包括驱动装置、超声波传感器单元2、运动指示灯单元5、导航传感器单元7、主控单元8、车厢9。

所述的车厢9是一个具有一定高度(50-80cm)的箱体，并且车厢9的底盘为去掉四个角的正方体，所述的车厢9的左右两侧各设置一个把手，方便人工抬动AGV小车移动，车厢9设有能保持打开/关闭状态的顶盖，车厢9内部能容纳一些货物。

驱动装置安装在车厢9的底盘上，所述的主控单元8安装于车厢9内，超声波传感器单元2为4个，其中一对安装在车厢9前面的左右对称位置，另外一对安装在车厢9后背部的左右对称位置，前后的左右对称位置均安装超声波传感器单元2，可以实现全方位检测AGV小车前方、左右是否有障碍物，若存在障碍物，则会将信息反馈给主控单元8，主控单元8控制AGV小车做出停止、转向、后退的动作。

主控单元9分别与电机驱动单元3、超声波传感器单元2、运动指示灯单元5、导航传感器单元7相连，导航传感器单元7为2个，其中一个安装在车厢9的前下中部，另一个安装于车厢9后下中部，2个导航传感器单元7安装位置离地面均为30-50cm，此距离导航传感器单元7检测磁条信号比较敏感，运动指示灯单元6也为2个，一个安装于车厢9的前中部，另一个安装在车厢9的后中部。

AGV前进时，车厢9前中部的运动指示灯5和车厢9前下中部的导航传感器单元7会进入工作状态，当AGV小车需要掉头时，主控单元8控制车厢9后下中部的导航传感器单元7和车厢9后中部的运动指示灯单元6进入工作状态，便可实现掉头的动作。

作为本发明的优选技术方案，所述的车厢9底盘的四个角均安装有驱动装置，并且安装的驱动装置为一个全向轮单元1、一个电机驱动单元3、一个电机单元4，这样的设置，只需要控制每个轮子的转动速度相同，便可以让AGV小车在狭小空间乃至零半径原地转动。

作为本发明的优选技术方案，所述的车厢9底盘上的4个全向轮单元1布置位置连线形成一个正方形，保证了AGV小车原地转动的平稳性。

实施例2本实施例提供一种智能全向AGV小车的另一种实施方式，其技术方案与实施例1相同，具体设置时，还包括：

所述的主控单元8由UNO模块和mega2560控制器构成，其中UNO模块与导航传感器单元7相连，UNO模块接收16位的导航传感器单元7发送的信号，AGV的导航采用的16位磁导航传感器单元能够精准检测磁条的位置,让AGV运行中不至于偏离轨道。

另外，为降低mega2560主控板的CPU运算资源，提高系统整体性能，增加一片Arduino UNO控制板进行辅助计算，用于采集16位磁导航传感器信号。

控制程序封装在UNO中，UNO模块接收的信号通过串口通信方式传输至mega2560控制器，mega2560接收到数据后进行判断运算，通过控制电机驱动单元3，电机驱动单元3控制每个电机单元4，从而使AGV小车进入不同的运动状态。

进一步，mega2560控制超声波传感器单元2、运动指示灯单元5，当出现障碍物，mega2560可以控制超声波传感器单元2进行距离的探测，当探测到AGV的前方60cm以内有障碍物时候，mega2560会控制驱动轮，使得驱动轮停止，AGV也就停止，如果障碍物离开时候，超声波能够检测到前方已经没有障碍物，从而继续往前方继续行驶，同时，mega2560控制器控制运动指示灯单元5，AGV的每一次的向前行驶，前方的导航传感器单元7开始工作，前方的运动指示灯单元5的指示灯亮红灯，后面的指示灯灭，相反，如果AGV往回行驶的时候，后方的导航传感器单元7开始工作，后方的指示灯亮，前方的指示灯灭。

作为本发明的优选技术方案，还包括远程控制接收器单元6，所述的远程控制接收器单元6为2个，其中一个安装于车厢9的正前方，另一个安装于车厢9的后中部；还包括一个地标传感器，地标传感器与主控单元8相连；并且AGV小车主控单元8安装于车厢9底盘上。

遥控器给AGV不同指令，AGV能够响应不同指令的运动,这对于笨重AGV难以移动问题,及对AGV的远程处理带来了方便。

实施例3本实施例提供一种智能AGV全向小车的第三种实施方式，其技术方案如实施例2，具体实施过程中，还包括：

所述的驱动装置采用了弹簧防震装置，电机单元4和全向轮单元1是固定的，弹簧套在柱体上，轮系套在柱体进行连接；

如下图8所示，该弹簧防震装置是将弹簧套在了AGV的外壳上的柱体上，在将图4的零件装电机后再套进柱体，柱体的顶部是有螺纹的，用螺母进行连接，弹簧顶住零件，若发生震动，万向轮会在柱体上滑动，这样的组装有助于防震。

以上方式有助于在运行过程中，保护携带的物品避免倾撒，减弱路面不平整带来的震动，也进一步的保护了AGV小车与地面的碰撞带来的伤害。

作为本发明的优选技术方案，所述的全向轮单元1轮子的橡胶部分能够绕弹簧防震装置的圆柱旋转，采用全向轮单元，可以避免AGV小车斜向运动时候不必要的摩擦，延长轮子的使用寿命。

优选的，所述的AGV小车的车厢内还设置有供电单元10，供电单元10给电机单元4和主控单元8供电。

优选的，为了避免电机驱动单元3，主控单元8引脚与AGV外壳接触发生短路情况，车厢9选择塑料螺柱进行支撑连接。

如图5-7所示

实施例4本实施例提供一种智能全向AGV小车控制方法，包括

第一步、通过遥控器，向AGV小车发送信号，AGV小车的主控单元8对发送的信息进行解码，运行相应的指令；

若发送的是停止信号，AGV小车则停止；

若发送的是运行到指定位置信号，AGV小车则启动运行自检；

第二步、AGV小车接收小车运行到指定位置的控制指令，主控单元8按照如下方式判断前进方向：

按照交叉控制算法，车厢9的前下中部的导航传感器单元7的磁导航传感器检测得到数字a,车厢9后下中部的导航传感器单元7的磁导航传感器检测得到数字b，数字a、数字b均传递给主控单元的mega2560控制器：

若3≤a+b≤8，则AGV小车发生左转向；

若-3<a+b<3，则AGV小车直行；

若-8≤a+b≤-3，则AGV小车发生右转向；

设定数字的依据是：AGV要进行导航运行时候，由于导航传感器7和磁条不能绝对的平行，所以也就很难达到a+b的和为0，也避免了AGV在运行过程中频繁的左右摆动；

第三步、设置在AGV小车上的地标传感器实时检测AGV小车的位置信号，地标传感器通过mega2560控制器的串口发送站点位置，经主控板处理器判断处理后通过驱动器驱动AGV小车电机实现十字路口的自动识别全向运动任务。

第三步实现功能使用了读卡传感器配合RFID地表站点专用卡进行实现，卡片ID可用AGV标签读写器进行写卡与读卡，并将卡片放置于磁条的交叉处，而安装在AGV中部的地标传感器可对卡片ID进行读取，编程实现mega2560读取到某个ID时候进行相应的运行状态的实现，卡片和地标传感器都是现有装置。

第四步、AGV小车停止

地标传感器检测AGV小车位置信号，并发送给主控单元8的mega2560控制器，进行判断处理，直至发送的位置信号与检测的位置信号一致，AGV小车停止运行。

AGV小车实现转向的控制原理：

如图5所示，为16位磁导航传感器单元的标注示意图，对磁导航传感器7的16位从左至右边分别标注上-8-8，其中左边是-8到0，右边是0到8。

具体方式为，磁导航传感器单元7左边检测到的数字和右边检测到的数字进行相加，相加后的数字由UNO模块进行处理通过串口通信传输给mega2560，若保持直行，menga2560接收到的数字为-3至3，说明AGV现在处于磁条的中部，收到的数字在-8至-3，说明AGV向右偏了，AGV左转，AGV接收到的数字为3至8，说明AGV往左偏了，AGV右转，以此进行导航控制。

作为本发明的优选技术方案，所述的AGV小车的远程控制接收器单元为红外传感器，红外传感器用于接收遥控器发送的控制指令。

实施例5本实施例提供一种智能全向AGV小车的控制方法，其与实施例4的不同之处在于：

第一步、通过遥控器，向AGV小车发送信号，AGV小车的主控单元8对发送的信息进行解码，运行相应的指令；

若发送的是调速、转向信号，主控单元8控制相应电机驱动单元实现AGV小车的调速、转向；

第二步、设定Y轴AGV前进的方向，X轴是与Y轴垂直，坐标原点是AGV小车底盘正方体对角线的交叉点，对角线和Y轴的夹角是锐角θ,遥控器通过控制x,y,θ的值，即可实现AGV小车全向轮的指定控制。

控制原理如图5所示:

如图7，建立的坐标，其中Y轴是AGV前进的方向，X轴是与Y轴垂直，坐标原点是车厢底盘正方体对角线的交叉点，对角线和Y轴的夹角的锐角是θ，这里的角度值是45度，L₁是对脚的两个轮子之间的距离,轮子1，2，3，4的速度分别是v₁，v₂，v₃，v₄

根据上述设定，有如下定义：

通过控制x,y,θ的值就可以控制全向轮的四个轮子的速度,那么AGV就可以往不同的方向运动了。此外，AGV小车远程控制器接收单元使用的是红外遥控器可以接受到遥控器发送的指令，并通过meag2560进行解码控制AGV的运行状态。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种智能全向AGV小车，包括驱动装置、超声波传感器单元(2)、运动指示灯单元(5)、导航传感器单元(7)、主控单元(8)、车厢(9)，所述的车厢(9)是一个具有一定高度的车厢，并且车厢(9)的底盘为去掉四个角的正方体，驱动装置安装在车厢(9)的底盘上，所述的主控单元(8)安装于车厢(9)内，超声波传感器单元(2)为4个，其中一对安装在车厢(9)前面的左右对称位置，另外一对安装在车厢(9)后背部的左右对称位置，主控单元(9)分别与电机驱动单元(3)、超声波传感器单元(2)、运动指示灯单元(5)、导航传感器单元(7)相连，其特征在于，导航传感器单元(7)为2个，其中一个安装在车厢(9)的前下中部，另一个安装于车厢(9)后下中部，2个导航传感器单元(7)安装位置离地面均为30-50cm，运动指示灯单元(5)也为2个，一个安装于车厢(9)的前中部，另一个安装在车厢(9)的后中部。

2.根据权利要求1所述的一种智能全向AGV小车，其特征在于，所述的车厢(9)底盘的四个角均安装有驱动装置，并且安装的驱动装置为一个全向轮单元(1)、一个电机驱动单元(3)、一个电机单元(4)。

3.根据权利要求2所述的一种智能全向AGV小车，其特征在于，所述的车厢(9)底盘上的4个全向轮单元(1)布置位置连线形成一个正方形。

4.根据权利要求3所述的一种智能全向AGV小车，其特征在于，还包括远程控制接收器单元(6)，所述的远程控制接收器单元(6)为2个，其中一个安装于车厢的正前方，另一个安装于车厢的后中部；

还包括一个地标传感器，地标传感器与主控单元(8)相连。

5.根据权利要求1所述的一种智能全向AGV小车，其特征在于，所述的主控单元(8)由UNO模块和mega2560控制器构成，其中UNO模块与导航传感器单元(7)相连，UNO模块接收16位的导航传感器单元(7)发送的信号，UNO模块接收的信号通过串口通信方式传输至mega2560控制器，mega2560接收到数据后进行判断运算，通过控制电机驱动单元(3)，电机驱动单元(3)控制每个电机单元(4)，从而使AGV小车进入不同的运动状态，同时，mega2560与超声波传感器单元(2)、运动指示灯单元(5)、导航传感器(7)信号相连。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种智能全向AGV小车，其特征在于，所述的车厢(9)的左右两侧各设置一个把手，并且车厢(9)设有能保持打开或者关闭状态的顶盖；

所述的驱动装置采用了弹簧防震装置，电机单元(4)和全向轮单元(1)是固定的，弹簧套在柱体上活动连接，轮系套在柱体上活动连接；

所述的全向轮单元(1)轮子的橡胶部分能够绕弹簧防震装置的圆柱旋转。

7.根据权利要求1所述的一种智能全向AGV小车，其特征在于，所述的AGV小车的远程控制接收器单元(6)为红外传感器，红外传感器用于接收遥控器发送的控制指令。

8.一种智能全向AGV小车的控制方法，其特征在于：

S1、通过遥控器，向AGV小车发送信号，AGV小车的主控单元(8)对发送的信息进行解码，运行相应的指令；

D1、发送的是停止信号，AGV小车则停止；

D2、发送的是运行到指定位置信号，AGV小车则启动运行；

D3、发送的是调速、转向信号，主控单元(8)控制相应电机驱动单元实现AGV小车的调速、转向；

S2、AGV小车接收如D2的控制指令，主控单元(8)按照如下方式判断前进方向：

按照交叉控制算法，车厢(9)前下中部的导航传感器单元(7)的磁导航传感器检测得到数字a,车厢(9)后下中部的导航传感器单元(7)的磁导航传感器检测得到数字b，数字a、数字b均传递给主控单元的mega2560控制器：

d1、若3≤a+b≤8，则AGV小车发生左转向；

d2、若-3<a+b<3，则AGV小车直行；

d3、若-8≤a+b≤-3，则AGV小车发生右转向；

S3、设置在AGV小车上的地标传感器实时检测AGV小车的位置信号，

地标传感器通过mega2560控制器的串口发送站点位置，经主控单元8处理器判断处理后通过电机驱动单元3驱动AGV小车电机单元4实现十字路口的自动识别全向运动任务；

S4、AGV小车停止

地标传感器检测AGV小车位置信号，并发送给主控单元(8)的mega2560控制器，进行判断处理，直至发送的位置信号与检测的位置信号一致，AGV小车停止运行。

9.根据权利要求8所述的一种智能全向AGV小车的控制方法，其特征在于，所述步骤S1、D3中设定Y轴AGV前进的方向，X轴与Y轴垂直，坐标原点是AGV小车底盘正方体对角线的交叉点，对角线和Y轴的夹角是锐角θ,遥控器通过控制x,y,θ的各个值，即可实现AGV小车朝指定方向运动的控制。