CN108170150A - 一种基于rfid的可实现精确定位的agv小车及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于RFID的可实现精确定位的AGV小车，包括车体、前轮、后轮、机械手臂装置、载货箱、车载控制箱、电源开关和推送装置，前轮和后轮固定在车体的底部，载货箱设置在车体的上方，推送装置安装于载货箱的底部，车体右侧设有车载控制箱，机械手臂装置安装于车体的左侧。车载控制箱内设有主控制器、驱动模块、RFID定位模块、视觉避障模块、路径择优模块，车体左侧和右侧均设有感应器视觉摄像头，感应器视觉摄像头的输出端与视觉避障模块的输入端连接。能实现精确定位、最优路径运输，且可自动搬运物料的AGV小车，装有机器视觉模块用于避障，采用RFID技术实现车辆定位行进，并通过路径择优模块实现最优路径运输。

Description

一种基于RFID的可实现精确定位的AGV小车及其工作方法

技术领域

本发明涉及AGV小车技术领域，具体涉及一种基于RFID的可实现精确定位的AGV小车及其工作方法。

背景技术

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无人搬运车，以蓄电池为动力来源。一般可通过电脑来控制其行进路线以及行为，或利用黏贴于地板上的电磁轨道、色带等来设立其行进路线。目前AGV小车在制造业中的应用主要是高效、准确、灵活地完成物料的搬运任务。

但是电磁轨道、色带等黏贴于地板上，容易污染、磨损，存在受环境干扰的可能性；物料无法自行搬运至货箱中；此外，再多任务条件下，无法实现自动选择最优路径。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术中的存在的问题和不足，本发明的目的是提供种一种基于RFID的可实现精确定位的AGV小车及其工作方法。

技术方案：为达到上述目的，本发明所述的一种基于RFID的可实现精确定位的AGV小车，包括车体、前轮、后轮、机械手臂装置、载货箱、车载控制箱、电源开关和推送装置，前轮和后轮固定在车体的底部，载货箱设置在车体的上方，推送装置安装于载货箱的底部，所述车体右侧设有车载控制箱，所述机械手臂装置安装于车体的左侧。所述车载控制箱内设有主控制器、驱动模块、RFID定位模块、视觉避障模块、路径择优模块，所述RFID定位模块、视觉避障模块、路径择优模块的输出端均与主控制器的输入端连接，所述主控器的输出端与驱动模块的输入端连接，所述车体左侧和右侧均设有感应器视觉摄像头，所述感应器视觉摄像头的输出端与视觉避障模块的输入端连接。

进一步地，所述机械手臂装置包括曲柄连杆机构、机械手臂一和机械手臂二，所述机械手臂一和机械手臂二分别设置在曲柄连杆机构的左右两侧。

进一步地，所述曲柄连杆机构包括底座、曲柄、连杆一、连杆二和连杆三；所述底座上设有曲柄，所述曲柄上对称设置连杆三，连杆三与连杆一之间通过连杆二连接；所述机械手臂一和机械手臂二均包括动臂和机械爪，所述动臂一端和机械爪连接，另一端与连杆一连接。

进一步地，所述连杆二是由两根杆件交叉而成，两根杆件的自由端分别与连杆一枢接，其交叉处与连杆三的一端枢接。

进一步地，所述车载控制箱上设有天线、刷卡面板、操作按钮、显示屏。

进一步地，所述载货箱上设有压力传感器，所述压力传感器的输出端与主控制器的输入端连接。

进一步地，所述推送装置包括弹簧、主动轮、从动轮和推板，所述弹簧固联于载货箱的挡板和推板之间，主动轮与从动轮啮合，从动轮与推板下端连接。

进一步地，所述前轮为转型驱动轮。

进一步地，所述车体的左右两端均设有保险杠。

一种基于RFID的可实现精确定位的AGV小车，具体工作方法如下：

(1)开启电源开关，车体在前轮和后轮的驱动下前进；

(2)当车体到达物料堆放区时，车体停止前进，工作人员通过在刷卡进行刷卡识别身份；

(3)通过操作按钮用于设定车体功能以及进行命令操作，显示屏用于显示车辆、货物、地点、人员等信息；

(4)机械手臂一的机械爪张开夹取物料，曲柄自身不断转动产生力，连杆三用于把曲柄的整周转动转换为左右往复移动，进而带动连杆二、连杆一与机械手臂一运动，当曲柄带动连杆三向右移动时，通过连杆二和连杆一向右传动，机械手臂一的机械爪闭合，完成物料夹取任务；同时，机械手臂二的机械爪处于张开状态；

(5)通过行程开关控制曲柄转动后，驱动底座发生转动，直至带动机械手臂一和机械手臂二发生位置互换，然后通过行程开关控制底座停止转动；

(6)原本未夹取物料的机械手臂二的机械爪夹取物料后，曲柄通过连杆三、连杆二带动连杆一向右运动，机械手臂二机械爪闭合，此时，机械手臂一的机械爪张开，将物料放到载货箱，完成一次物料自动夹取运送动作；

(7)当机械爪将物料放置到载货箱后，推送装置启动，主动轮开始转动，带动从动轮与推板向内发生转动，弹簧伸长产生拉力，推板将物料推送至载货箱，完成货物装载与自动排货；

(8)当主动轮转动至空齿轮的状态下，从动轮与主动轮不再产生力，在弹簧的拉力作用下，从动轮回归至初始自动状态，完成一次物料推送动作。

(9)然后通过形程开关控制曲柄转动后，驱动底座发生转动，直至带动机械手臂二和机械手臂一发生位置互换；

(9)重复(3)-(9)，直至载货箱达到载货上限或完成夹取任务；机械手臂一和机械手臂二停止工作；

(10)载货箱上的压力传感器，实时监控载重，根据压力变化判断车体超载以及货物增减，夹取物料的过程中，若车体达到载货上限或完成夹取任务后，压力传感器通过控制器传输指令停止手臂工作；

(11)RFID定位模块用于定位车体位置，并将定位信息发送至主控制器，主控制器根据路径择优模块控制车体行进路线；

(12)感应机器视觉摄像头，遇到障碍物时，将信息传递给主控制器，主控器控制驱动模块自行调整车体的行进状态。

上述技术方案可以看出，本发明的有益效果为：

本发明所述的一种基于RFID的可实现精确定位的AGV小车，能实现精确定位、最优路径运输，且可自动搬运物料的AGV小车，能够实现自牵引，且体积小、承重大。小车设有保险杠，能减少冲击，同时嵌装有机器视觉模块用于避障，采用RFID技术实现车辆定位行进，并通过路径择优模块实现最优路径运输。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明的机械手臂的结构示意图；

图3为本发明的推送装置的结构示意图；

图4为本发明的最优路径算法的流程示意图；

图5为本发明的小车最优运输路径分析结果图。

图中：1-车体、2-前轮、3-后轮、4-机械手臂装置、41-曲柄连杆机构、411-底座、412曲柄、413-连杆一、414-连杆二、415-连杆三、42-机械手臂一、43-机械手臂二、a-动臂、b-机械爪、5-载货箱、51-挡板、6-车载控制箱、61-电源开关、62-天线、63-刷卡面板、64-操作按钮、65-显示屏、7-推送装置、71-弹簧、72-主动轮、73-从动轮、74-推板。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-3所示的一种基于RFID的可实现精确定位的AGV小车，包括车体1、前轮2、后轮3、机械手臂装置4、载货箱5、车载控制箱6和推送装置7，前轮2和后轮3固定在车体1的底部，载货箱5设置在车体1的上方，推送装置7安装于载货箱5的底部，所述车体1右侧设有车载控制箱6，所述机械手臂装置4安装于车体1的左侧。所述车载控制箱6内设有主控制器、驱动模块、RFID定位模块、视觉避障模块、路径择优模块，RFID定位模块、视觉避障模块、路径择优模块的输出端均与主控制器的输入端连接，所述主控器的输出端与驱动模块的输入端连接，所述车体左侧和右侧均设有感应器视觉摄像头，所述感应器视觉摄像头的输出端与视觉避障模块的输入端连接。

本实施例中所述机械手臂装置4包括曲柄连杆机构41、机械手臂一42和机械手臂二43，所述机械手臂一42和机械手臂二43分别设置在曲柄连杆机构41的左右两侧。

本实施例中所述曲柄连杆机构41包括底座411、曲柄412、连杆一413、连杆二414和连杆三415；所述底座411上设有曲柄412，所述曲柄412上对称设置连杆三415，连杆三415与连杆一413之间通过连杆二414连接；所述机械手臂一42和机械手臂二43均包括动臂a和机械爪b，所述动臂a一端和机械爪b连接，另一端与连杆一413连接。

本实施例中所述连杆二414是由两根杆件交叉而成，两根杆件的自由端分别与连杆一412枢接，其交叉处与连杆三415的一端枢接。

本实施例中所述车载控制箱6上设有电源开关61、天线62、刷卡面板63、操作按钮64、显示屏65。

本实施例中所述推送装置7包括弹簧71、主动轮72、从动轮73和推板74，所述弹簧71固联于载货箱5的挡板51和推板74之间，主动轮72与从动轮73啮合，从动轮73与推板74下端连接。

本实施例中所述载货箱5上设有压力传感器，所述压力传感器的输出端与主控制器的输入端连接。

本实施例中所述前轮2为转型驱动轮。

本实施例中所述车体的左右两端均设有保险杠。

具体工作方法如下：

(1)开启电源开关61，车体1在前轮2和后轮3的驱动下前进；

(2)当车体1到达物料堆放区时，车体1停止前进，工作人员通过在刷卡区63进行刷卡识别身份；

(3)通过操作按钮64用于设定小车功能以及进行命令操作，显示屏65用于显示车辆、货物、地点、人员等信息；

(4)机械手臂一42的机械爪a张开夹取物料，曲柄412自身不断转动产生力，连杆三415用于把曲柄412的整周转动转换为左右往复移动，进而带动连杆二414、连杆一413与机械手臂一41运动，当曲柄412带动连杆三415向右移动时，通过连杆二414和连杆一413向右传动，机械手臂一42的机械爪b闭合，完成物料夹取任务；同时，机械手臂二43的机械爪b处于张开状态；

(5)通过行程开关控制曲柄412转动后，驱动底座411发生转动，直至带动机械手臂一42和机械手臂二43发生位置互换，然后通过行程开关控制底座411停止转动；

(6)原本未夹取物料的机械手臂二43的机械爪b夹取物料后，曲柄412通过连杆三415、连杆二414带动连杆一413向右运动，机械手臂二43机械爪b闭合，此时，机械手臂一42的机械爪b张开，将物料放到载货箱5，完成一次物料自动夹取运送动作；

(7)、当机械手臂一42的机械爪b将物料放置到载货箱5后，推送装置7启动，主动轮72开始转动，带动从动轮73与推板74向内发生转动，弹簧71伸长产生拉力，推板74将物料推送至载货箱5，完成货物装载与自动排货；

(8)、当主动轮72转动至空齿轮的状态下，从动轮73与主动轮72不再产生力，在弹簧71的拉力作用下，从动轮73回归至初始自动状态，完成一次物料推送动作。

(9)、然后通过形程开关控制曲柄412转动后，驱动底座411发生转动，直至带动机械手臂二43和机械手臂一42发生位置互换；

(10)、重复(3)-(9)，直至载货箱5达到载货上限或完成夹取任务；机械手臂一42和机械手臂二43停止工作；

(11)、载货箱5上的压力传感器，实时监控载重，根据压力变化判断小车超载以及货物增减，夹取物料的过程中，若小车达到载货上限或完成夹取任务后，压力传感器通过控制器传输指令停止机械手臂装置4工作；

(12)RFID定位模块用于定位车体1位置，并将定位信息发送至主控制器，主控制器根据路径择优模块控制车体1行进路线；

(13)感应机器视觉摄像头，遇到障碍物时，将信息传递给视觉避障模块，视觉避障模块根据车体1所述的位置进行避障规划线路，并将避障规划线路指令传递给控制器，控制器控制驱动模块驱动车体1的车轮运转，自行调整车体1的行进状态。

最优路径运输工作原理：为使AGV小车在完成所有运送任务时所耗费的总路程最小，结合带电粒子优先选取电阻较小的电路进行流动的现象建立算法，达到路径最优选择的目的。解算过程如下：

(1)设电子数量为m，t时刻位于机床节点的电子个数为m个电子均从起始节点出发。

(2)t时刻机床节点与机床节点运送路径上的电阻值为当t＝0时，各路径上的电阻值相同且设置为c0。

(3)设电子k走过的机床节点集合为禁忌表tabk，该表根据小车运送状态进行动态调整。

(4)对于运输紧迫度较高的机床节点被选择的概率越大，根据算法的电子转移路径概率计算公式，t时刻满意k(k＝1，2，…，m)由机床节点转移到机床节点的概率计算为

式中，α为与运输路径上电阻值的重要程度；为与的可见度， 为机床节点集合M^k中各制造节点之间的最短路径集合；β为衡量的参数，表示电子选择该运输路径的重视程度；为机床节点的当前时间积极度影响因素；

式中，与的正在加工过程时间相关，数值越小，表示该节点的运送任务时间紧急度越高。γ为的影响因素。

(5)电子k走完机床节点的集合后，更新每条路径上的电子流动数量，节点与间的信息素更新为

式中，ρ∈[0，1]，是控制减小的参数；表示与间路径上电子流动数量的总增长，由下式可得。

式中，表示电子在与间路径上电子流动数量的增长，由下式可得。

式中，Q为常数；L_k为第k只电子在它的运输路径中所需的总成本。

(6)对m只电子进行距离计算，清空禁忌表，重新循环直至终止条件满足。

图4为算法的解算流程。图5以机床节点(1,5,6,8,10,12,15)为运输目标，进行仿真分析后发现，进行优化后小车路径可根据机床节点位置，自动选择最优路线，较优化前路径可大大节省成本。

实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种基于RFID的可实现精确定位的AGV小车，其特征在于：包括车体（1）、前轮（2）、后轮（3）、机械手臂装置（4）、载货箱（5）、车载控制箱（6）和推送装置（7），前轮（2）和后轮（3）固定在车体（1）的底部，载货箱（5）设置在车体（1）的上方，推送装置（7）安装于载货箱（5）的底部，所述车体（1）右侧设有车载控制箱（6），所述机械手臂装置（4）安装于车体（1）的左侧；所述车载控制箱（6）内设有主控制器、驱动模块、RFID定位模块、视觉避障模块、路径择优模块，所述RFID定位模块、视觉避障模块、路径择优模块的输出端均与主控制器的输入端连接，所述主控器的输出端与驱动模块的输入端连接，所述车体左侧和右侧均设有感应器视觉摄像头，所述感应器视觉摄像头的输出端与视觉避障模块的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于RFID的可实现精确定位的AGV小车，其特征在于：所述机械手臂装置（4）包括曲柄连杆机构（41）、机械手臂一（42）和机械手臂二（43），所述机械手臂一（42）和机械手臂二（43）分别设置在曲柄连杆机构（41）的左右两侧。

3.根据权利要求2所述的一种基于RFID的可实现精确定位的AGV小车，其特征在于：所述曲柄连杆机构（41）包括底座（411）、曲柄（412）、连杆一（413）、连杆二（414）和连杆三（415）；所述底座（411）上设有曲柄（412），所述曲柄（412）上对称设置连杆三（415），连杆三（415）与连杆一（413）之间通过连杆二（414）连接；所述机械手臂一（42）和机械手臂二（43）均包括动臂（a）和机械爪（b），所述动臂（a）一端和机械爪（b）连接，另一端与连杆一（413）连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于RFID的可实现精确定位的AGV小车，其特征在于：所述连杆二（414）是由两根杆件交叉而成，两根杆件的自由端分别与连杆一（412）枢接，其交叉处与连杆三（415）的一端枢接。

5.根据权利要求1所述的一种基于RFID的可实现精确定位的AGV小车，其特征在于：所述车载控制箱（6）上设有电源开关（61）、天线（62）、刷卡面板（63）、操作按钮（64）、显示屏（65）。

6.根据权利要求3所述的一种基于RFID的可实现精确定位的AGV小车，其特征在于：所述推送装置（7）包括弹簧（71）、主动轮（72）、从动轮（73）和推板（74），所述弹簧（71）固联于载货箱（5）的挡板（51）和推板（74）之间，主动轮（72）与从动轮（73）啮合，从动轮（73）与推板（74）下端连接。

7.根据权利要求5所述的一种基于RFID的可实现精确定位的AGV小车，其特征在于：所述载货箱（5）上设有压力传感器，所述压力传感器的输出端与主控制器的输入端连接。

8.根据权利要求6所述的一种基于RFID的可实现精确定位的AGV小车，其特征在于：所述前轮（2）为转型驱动轮。

9.根据权利要求6所述的一种基于RFID的可实现精确定位的AGV小车，其特征在于：所述车体（1）的左右两端均设有保险杠。

10.一种如权利要求1-9任意一项所述的基于RFID的可实现精确定位的AGV小车，其特征在于：具体工作方法如下：

（1）开启电源开关（61），车体（1）在前轮（2）和后轮（3）的驱动下前进；

（2）当车体（1）到达物料堆放区时，车体（1）停止前进，工作人员通过在刷卡区（63）进行刷卡识别身份；

（3）通过操作按钮（64）用于设定车体功能以及进行命令操作，显示屏（65）用于显示车辆、货物、地点、人员等信息；

（4）机械手臂一（42）的机械爪（a）张开夹取物料，曲柄（412）自身不断转动产生力，连杆三（415）用于把曲柄(412)的整周转动转换为左右往复移动，进而带动连杆二(414)、连杆一(413)与机械手臂一(41)运动，当曲柄(412)带动连杆三(415)向右移动时，通过连杆二(414)和连杆一(413)向右传动，机械手臂一(42)的机械爪(b)闭合，完成物料夹取任务；同时，机械手臂二(43)的机械爪(b)处于张开状态；

（5）通过行程开关控制曲柄(412)转动后，驱动底座(411)发生转动，直至带动机械手臂一(42)和机械手臂二(43)发生位置互换，然后通过行程开关控制底座(411)停止转动；

（6）原本未夹取物料的机械手臂二(43)的机械爪(b)夹取物料后，曲柄(412)通过连杆三(415)、连杆二(414)带动连杆一(413)向右运动，机械手臂二(43)机械爪(b)闭合，此时，机械手臂一(42)的机械爪(b)张开，将物料放到载货箱(5)，完成一次物料自动夹取运送动作；

（7）、当机械手臂一(42)的机械爪（b）将物料放置到载货箱（5）后，推送装置（7）启动，主动轮（72）开始转动，带动从动轮（73）与推板（74）向内发生转动，弹簧（71）伸长产生拉力，推板（74）将物料推送至载货箱（5），完成货物装载与自动排货；

（8）、当主动轮（72）转动至空齿轮的状态下，从动轮（73）与主动轮（72）不再产生力，在弹簧（71）的拉力作用下，从动轮（73）回归至初始自动状态，完成一次物料推送动作；

（9）、然后通过形程开关控制曲柄（412）转动后，驱动底座（411）发生转动，直至带动机械手臂二43和机械手臂一（42 ）发生位置互换；

（10）、重复（3）-（9），直至载货箱（5）达到载货上限或完成夹取任务；机械手臂一（42 ）和机械手臂二（43）停止工作；

（11）、载货箱（5）上的压力传感器，实时监控载重，根据压力变化判断车体超载以及货物增减，夹取物料的过程中，若车体达到载货上限或完成夹取任务后，压力传感器通过控制器传输指令停止机械手臂装置（4）工作；

（12）、RFID定位模块用于定位车体（1）位置，并将定位信息发送至主控制器，主控制器根据路径择优模块控制车体（1）行进路线；

（13）、感应机器视觉摄像头，遇到障碍物时，将信息传递给视觉避障模块，视觉避障模块根据车体所述的位置进行避障规划线路，并将避障规划线路指令传递给控制器，控制器控制驱动模块驱动车体（1）的车轮运转，自行调整车体（1）的行进状态。