CN108995743B - 导航车及导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导航车及导航方法，目的在于解决现有的自动导航车，普遍采用双轮差速或麦克纳姆轮驱动，采用磁条或激光配合折弯的钣金件进行导航定位，定位精度差的问题。其包括车架单元、驱动单元、电力单元、控制系统，所述驱动单元、电力单元分别与车架单元相连。本发明中，采用上端车架与辅助支撑架的结构设计，其有利于降低车体的制造难度和生产成本。基于分体式设计，使得导航车的制造更加简单。而上端车架则能作为上端支撑部分，提供更好的承载能力。同时，基于驱动单元的设计，使本发明的导航车具有全向移动的能力，且具有较好的越障过坑能力。另外，基于定位单元的改进，使得本发明的定位精度提升至±5mm，具有较高的应用价值。

Description

导航车及导航方法

技术领域

本发明涉及机械领域，尤其是自动导航车领域，具体为一种导航车及导航方法。

背景技术

目前，现有的自动导航车运行方式主要采用以下几种。

第一种，在地面铺设磁条，导航车根据磁条路径行进。采用定位磁条对导航车进行精定位时，需要在车体上安装一个定位磁条传感器，并在需要进行定位（工作）的站台地上贴一小块磁条；导航车依靠铺设于路面的导航磁条按固定轨迹行走，并通过RFID标签来告知导航车是否到达指定站点附近，而设置在定位（工作）的站台地上的小块磁条则用于定位导航车位置。此类定位方法，需要预先铺设磁条和RFID标签，磁条铺设位置要求高，操作较为繁琐。另外，由于磁条及磁条传感器的制作工艺及磁性分布的影响导致导航车整体定位精度不高，其定位精度约为±20mm。此类导航车的缺点在于：1）行进路线固定，想要跟换行进路线时，需要重新铺设磁条，工作繁琐复杂；2）车体转弯半径大，无法进入狭小空间；3）站点固定，适应性差。

第二种，车体采用差速驱动，车体导航定位采用激光加反光板的方式。采用激光雷达加反光板来实现精定位时，需在导航车激光雷达同水平面（激光雷达普遍高于导航车车身及整个车间设备高度）的建筑物立柱及墙面上贴若干反光板，根据扫到的激光反光板计算出自己的坐标（X，Y，θ），从而实现导航定位功能。采用该方式，反光板的安装位置需进行精确测量，否则影响导航精度，且更换路径后需重新设置反光板及位置测量，操作繁琐，其定位精度约为±10mm。

第三种，车体采用麦克纳姆轮，车体导航采用激光雷达，识别折弯的钣金件进行精定位。采用激光雷达加折弯的钣金件进行精定位时，在导航车需要定位的站点预先安装一块折弯的钣金件，在预先建立地图和示教的前提下，通过折弯的钣金件来实现精定位，定位精度约为±10mm。

为此，迫切需要一种新的装置和方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对现有的自动导航车，普遍采用双轮差速或麦克纳姆轮驱动，采用磁条或激光配合折弯的钣金件进行导航定位，定位精度差的问题，提供一种导航车及导航方法。本发明中，采用上端车架与辅助支撑架的结构设计，其有利于降低车体的制造难度和生产成本。基于分体式设计，使得导航车的制造更加简单。而上端车架则能作为上端支撑部分，提供更好的承载能力。同时，基于驱动单元的设计，使本发明的导航车具有全向移动的能力，且具有较好的越障过坑能力。另外，基于定位单元的改进，使得本发明的定位精度提升至±5mm，具有较高的应用价值。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

导航车，包括车架单元、驱动单元、电力单元、控制系统，所述驱动单元、电力单元分别与车架单元相连；

所述车架单元包括上端车架、辅助支撑架，所述上端车架与辅助支撑架活动连接；

所述驱动单元包括前轮组件、后轮组件，所述前轮组件、后轮组件分别与车架单元相连；

所述前轮组件包括用于与车架单元相连的左右摆动轴承座、前轮摆动基轴、前轮摆动轴承座、驱动组件；所述前轮摆动基轴位于左右摆动轴承座之间，所述前轮摆动基轴通过转轴分别与左右摆动轴承座相连且前轮摆动基轴能相对左右摆动轴承座摆动；所述前轮摆动轴承座分别设置在前轮摆动基轴的两端，所述驱动机构与前轮摆动轴承座相连且驱动机构能绕前轮摆动基轴单独的前后旋转；

所述后轮组件包括后轮摆动基轴、后轮摆动轴承座、驱动机构；所述后轮组件通过后轮摆动基轴与车架单元相连；所述后轮摆动轴承座分别设置在后轮摆动基轴的两端，所述驱动组件与后轮摆动轴承座相连且驱动组件能绕后轮摆动基轴单独的前后旋转；

所述驱动组件包括连接梁、万向轮、伺服电机、连接轴承座、麦克纳姆轮，所述万向轮与连接梁活动连接且万向轮能相对于连接梁转动，所述伺服电机通过减速机与麦克纳姆轮相连且伺服电机通过减速机能带动麦克纳姆轮转动，所述伺服电机通过连接轴承座与连接梁相连；

所述伺服电机、电力单元分别与控制系统相连。

所述上端车架包括边缘连接件、连接杆，所述边缘连接件与连接杆连接为一体。

所述前轮摆动轴承座、后轮摆动轴承座分别与连接梁相连，所述驱动组件为四组。

所述驱动组件还包括减速机，所述伺服电机通过减速机与麦克纳姆轮相连。

所述左右摆动轴承座与车架单元之间通过螺杆或螺栓相连。

所述后轮摆动基轴与车架单元之间采用活动连接或固定连接。

所述后轮摆动基轴与车架单元之间通过螺杆或螺栓相连。

所述车架单元设置在前轮组件、后轮组件上方。

所述后轮组件采用单独悬挂。

所述电力单元包括移动充电座、电源管理系统、与电源管理系统相连的蓄电池，所述移动充电座与电源管理系统相连；

所述移动充电座包括固定连接件、第一绝缘支撑件、第一绝缘走线管、移动导电件，所述固定连接件与车架单元相连且车架单元能为固定连接件提供支撑，所述第一绝缘支撑件与固定连接件相连且固定连接件能为第一绝缘支撑件提供支撑，所述移动导电件为一对且分别设置在第一绝缘支撑件上，所述第一绝缘走线管与导电块相连，所述移动导电件与电源管理系统连接且与移动导电件相连的电缆能经第一绝缘走线管与电源管理系统相连；

所述电源管理系统与控制系统相连。

所述固定连接件包括与车架单元相连的第一支撑底座、第一支撑连接管，所述第一支撑连接管与第一支撑底座相连且第一支撑底座能为第一支撑连接管提供支撑，所述第一绝缘支撑件与第一支撑连接管相连。

还包括设置在车架单元上的安全触边，所述安全触边与控制系统相连。

还包括设置在上端车架上的吊装机构。

还包括设置在车架单元上的快换结构。

所述上端车架与辅助支撑架之间通过螺钉、螺杆或螺栓相连。

所述电力单元还包括与移动充电座相配合的固定充电端。

所述固定充电端包括第一导向支撑件、第二导向支撑件、缓冲压簧、第二绝缘走线管、第二绝缘支撑件、固定导电件，所述第一导向支撑件与第二导向支撑件之间设置有缓冲压簧；

所述第一导向支撑件、第二导向支撑件上分别设置有通孔，所述第二绝缘走线管分别穿过第一导向支撑件、第二导向支撑件上的通孔；

所述第二绝缘走线管与第二绝缘支撑件相连且第二绝缘支撑件能带动第二绝缘走线管相对第一导向支撑件、第二导向支撑件滑动，所述固定导电件为一对且分别设置在第二绝缘支撑件上且固定导电件通过第二绝缘走线管内的电缆能与电源电连接。

所述移动导电件、固定导电件均为导电金属块。

所述缓冲压簧设置在第一导向支撑件与第二导向支撑件之间。

还包括充电控制柜、光电传感器、与光电传感器相配合的反光板，所述固定导电件经充电控制柜与电源电连接，所述反光板设置在导航车上且反光板能与光电传感器相配合，所述光电传感器与充电控制柜相连且光电传感器能向充电控制柜发出信号以保证导航车到达固定充电端的充电位置。

还包括定位单元，所述定位单元包括：

激光雷达，其设置在车架单元上，用于对工作环境进行扫描，自动识别障碍物和空地，建立工作环境的地图，并能在行经过程中，自动判别活动的障碍物或与预存地图不符的障碍物且自动避过；

IMU，其设置在车架单元上，用于对导航车行进过程中的辅助定位；

激光测距位移传感器，其设置在车架单元上，当导航车到达目标位置附近时，其能测定导航车沿前进方向与MARK标记之间的距离；

视觉传感器，其设置在车架单元上，用于对MARK标记相对导航车的偏差进行测定；

控制系统分别与激光雷达、IMU、激光测距位移传感器、视觉传感器相连。

所述控制系统，能根据激光雷达、IMU测定的信息对导航车的运动路径进行控制，能根据激光测距位移传感器、视觉传感器测定的信息对导航车的位置进行修正并使其到达目标位置，能对驱动单元进行控制并使其带动导航车运动。

所述定位单元还包括与视觉传感器相配合的MARK标记，所述MARK标记用于设置在目标位置上。

所述MARK标记为条形码、二维码、自定义图形中的一种或多种。

所述MARK标记能直接粘贴、卡夹或其他方式附着在目标位置上。

所述激光雷达与车架单元之间采用固定连接或活动连接。

所述激光测距位移传感器为至少两组。

所述激光测距位移传感器为两侧且对称设置在车架单元上。

用于前述导航车的导航方法，包括如下步骤：

（1）通过激光雷达建立地图并实现粗定位

控制导航车沿其工作环境行进一圈，期间，激光雷达开启并不断扫描，建立导航车工作环境的二维地图，并自动识别障碍物与空地，将建立的二维地图存于导航车的内存中；

（2）导航车示教

将一MARK标记置于需要定位的目标位置上，并将导航车移动至目标位置，进行示教；其中，导航车上的激光测距位移传感器标定导航车与MARK标记的距离，视觉传感器用于标定导航车与MARK标记的左右位置；示教完成后，将测定的数据存于导航车的内存中，作为导航车正常运行时的比对数据；

（3）导航车定位

导航车接到任务指令后，先判别目标位置在二维地图上的坐标，根据自身存储的二维地图规划路径，行进至目标位置；在行进途中，导航车上的激光雷达不断扫描，判别活动的障碍物或与预存地图不符的障碍物，并自动规避绕过；在行进途中，IMU输出导航车运动的偏转角度和加速度，控制系统计算出导航车的运动轨迹，进而得出导航车的位置；到达目标位置附近后，导航车将自身前后距离调整至与步骤（2）示教的标定位置相同，并调整导航车与MARK标记的左右位置至步骤（2）示教中标定的左右位置，即可完成定位；

所述步骤（1）中，建立的二维地图中包含坐标信息。

所述步骤（1）中，控制导航车沿其工作环境行进一圈，包含所有可能经过的地点。

进一步，所述步骤（2）中，激光测距位移传感器为两个，用于标定导航车与MARK标记的前后距离和偏转角度。两个激光测距位移传感器数值不一定相等，比如目标位置本身就存在一定偏斜或导航车对接的目标位置需要导航车偏斜。此时，则需要导航车两个激光测距位移传感器测量数值不等，即需要用两个激光测距位移传感器来标定导航车的偏转角度。

针对前述问题，本发明提供一种导航车及导航方法。如前所述，现有的自动导引车行走路线固定，不能进行全向移动，越障过坑能力弱，无法进行精确的导航定位，并且功能单一，没有进行模块化设计，不能兼容多种执行机构等问题。为此，本发明对导航车的结构进行了全新的设计，并提供基于该导航车的导航方法。

本发明的导航车包括车架单元、驱动单元、电力单元、控制系统。其中，车架单元包括上端车架、辅助支撑架，上端车架与辅助支撑架活动连接；驱动单元与车架单元相连，驱动单元用以带动车架单元移动。进一步，上端车架包括边缘连接件、连接杆，边缘连接件与连接杆连接为一体。本发明中，采用上端车架与辅助支撑架的结构设计，其有利于降低车体的制造难度和生产成本。基于分体式设计，使得导航车的制造更加简单。而上端车架则能作为上端支撑部分，提供更好的承载能力。

进一步，依托于车架单元的结构设计，使得本发明还能设置相应的吊装机构、快换机构；而吊装机构、快换机构的采用，则使得本发明能够兼容多种执行机构，且便于吊装，有利的提升本发明的适应性和应用范围。

本发明中，驱动单元包括前轮组件、后轮组件，前轮组件、后轮组件分别与车架单元相连，进而构成驱动组件的主体。

其中，驱动组件包括连接梁、万向轮、伺服电机、连接轴承座、麦克纳姆轮，万向轮与连接梁活动连接，这使得万向轮能相对于连接梁转动；所述伺服电机通过减速机与麦克纳姆轮相连且伺服电机通过减速机带动麦克纳姆轮转动，伺服电机通过连接轴承座与连接梁相连。

本发明中，前轮组件包括左右摆动轴承座、前轮摆动基轴、前轮摆动轴承座、驱动组件。该结构中，前轮组件通过左右摆动轴承座与车架单元相连，前轮摆动基轴通过转轴分别与左右摆动轴承座相连，进而使得前轮摆动基轴能相对两个左右摆动轴承座摆动（即前轮摆动基轴位于左右摆动轴承座之间）。同时，在前轮摆动基轴的两端分别设置前轮摆动轴承座，驱动组件与前轮摆动轴承座相连。采用该结构，两个驱动组件能绕前轮摆动基轴单独的前后旋转。

后轮组件包括后轮摆动基轴、后轮摆动轴承座、驱动组件，后轮组件通过后轮摆动基轴与车架单元相连。本发明中，后轮摆动轴承座分别设置在后轮摆动基轴的两端，驱动组件与后轮摆动轴承座相连；采用该结构，两组驱动组件通过后轮摆动基轴带动车体运动，且驱动组件能绕前轮摆动基轴单独的前后旋转，即后轮组件采用单独悬挂的方式，使其具有更好地越障能力。

进一步，前轮摆动轴承座、后轮摆动轴承座分别与连接梁相连，驱动组件为四组。该结构中，形成两个左驱动组件、两个右驱动组件。而后轮组件中的两个驱动组件能单独各自绕后轮摆动基轴前后旋转；前轮组件的两个驱动组件能够绕前轮摆动基轴前后旋转，同时前轮摆动基轴还能绕车体左右旋转。

基于驱动组件在前轮组件、后轮组件中的应用，及整体结构的改进，使得本发明的驱动组件能够适应凹坑障碍路面，而且极大的简化的结构，并使得车身工作高度始终保持一致，方便车体作业。另外，基于机构的改进，由于万向轮的存在，使得采用同等规格麦克纳姆轮的车体具有更高的承载能力，极大提高了本发明的适应性；而基于麦克纳姆轮的采用，使本发明具有了全向移动的能力。驱动组件还包括减速机，伺服电机通过减速机与麦克纳姆轮相连。

进一步，本发明还对充电部分进行了全新的设计。本发明中，电力单元包括移动充电座、电源管理系统、与电源管理系统相连的蓄电池，移动充电座与电源管理系统相连。其中，移动充电座包括固定连接件、第一绝缘支撑件、第一绝缘走线管、移动导电件，固定连接件与车架单元相连，第一绝缘支撑件与固定连接件相连，移动导电件为一对且分别设置在第一绝缘支撑件上，第一绝缘走线管与导电块相连，导电块与电源管理系统电连接。同时，驱动单元、电源管理系统分别与控制系统相连。固定连接件包括第一支撑底座、第一支撑连接管，第一支撑连接管与第一支撑底座相连，第一绝缘支撑件与第一支撑连接管相连。

该结构中，第一支撑底座为第一支撑连接管提供支撑，第一支撑连接管为第一绝缘支撑件提供支撑。采用该方式，其将移动导电件向外进行了延伸，有利于移动导电件与固定导电件的良好接触。同时，导电块相连的电缆能经第一绝缘走线管与电源管理系统相连，在需要充电时，经移动导电件相连的电缆能将电能经电源管理系统传输给蓄电池。

进一步，电力单元还包括与移动充电座相配合的固定充电端。固定充电端包括第一导向支撑件、第二导向支撑件、缓冲压簧、第二绝缘走线管、第二绝缘支撑件、固定导电件，第一导向支撑件与第二导向支撑件之间安装缓冲压簧。第一导向支撑件、第二导向支撑件上分别设置有通孔，第二绝缘走线管为一组且第二绝缘走线管能分别穿过第一导向支撑件、第二导向支撑件上的通孔。同时，第二绝缘走线管与第二绝缘支撑件相连，固定导电件为一对且分别设置在第二绝缘支撑件上。

固定充电端工作时，移动导电件靠近固定导电件，并对固定导电件进行挤压，固定导电件通过第二绝缘支撑件带动第二绝缘走线管相对第一导向支撑件、第二导向支撑件滑动；当第二绝缘支撑件对第二导向支撑件进行挤压时，缓冲压簧提供相应的反作用力，从而使移动导电件与固定导电件紧密接触，保证充电时良好的接触性能。进一步，缓冲压簧安装于第一导向支撑件与第二导向支撑件之间。

进一步，还包括充电控制柜、光电传感器、与光电传感器相配合的反光板，固定导电件经充电控制柜与电源电连接，反光板设置在导航车上且反光板能与光电传感器相配合，光电传感器与充电控制柜相连。当导航车靠近充电固定端时，光电传感器检测到信号，并传递给充电控制柜，充电控制柜发出指令，使固定导电件通电，进而进行相应的充电操作。移动导电件、固定导电件均为导电金属块。

进一步，还包括设置在车架单元上的安全触边，安全触边与控制系统相连。基于该结构，在不可预见的情况下，车体与其他物体发生碰撞后，驱动单元及时停止运动，以免造成更大的损失。

进一步，本发明的导航车还包括定位单元。该定位单元包括激光雷达、IMU、激光测距位移传感器、视觉传感器，激光雷达、IMU、激光测距位移传感器、视觉传感器分别设置在车架单元上，激光雷达、IMU、激光测距位移传感器、视觉传感器分别与控制系统相连。激光雷达用于对工作环境进行扫描，自动识别障碍物和空地，建立工作环境的地图；同时，其能在行经途中，自动判别活动的障碍物或与预存地图不符的障碍物，实现自动避障，避免与人或其他车辆发生碰撞。IMU输出导航车运动的偏转角度和加速度，控制系统计算出导航车的运动轨迹，进而得出导航车的位置，实现对导航车行进过程中的辅助定位。当导航车到达目标位置附近时，激光测距位移传感器用于测定导航车沿前进方向与MARK标记之间的距离；视觉传感器与MARK标记相配合，视觉传感器用于对MARK标记相对导航车的偏差进行测定。

与现有用定位磁条对导航车进行精定位的方法相比，本发明无需铺设磁条，操作更加简单，且定位精度得到大幅度提高。

现有用定位磁条对导航车进行精定位的方法，其定位精度通常情况下为±10mm-±30mm。而本发明的导航定位精度为±5mm，具有显著的进步。

进一步，本发明采用MARK标记进行目标位置确定，识别目标与其不同。采用本发明，可以将MARK标记直接粘贴在目标站点上，或通过磁铁，或卡夹等方式，固定在目标站点上。

另外，本发明采用了与现有方法完全不同的定位方式。本发明中，采用激光雷达构建地图和坐标，并实现避障（建立障碍物的坐标）、导航（路径规划）等工作；同时，IMU配合激光雷达一起工作，得到导航车的轨迹，实现精确导航，满足工厂化应用的需求；另外，本发明将激光雷达、IMU（中文名：惯性导航仪）、激光测距位移传感器、视觉传感器相互配合，实现了导航车的快速、精确定位，具有较高的应用价值和较好的使用效果。

进一步，本发明提供基于前述导航车的定位方法。其包括如下步骤：通过激光雷达建立地图并实现粗定位、导航车示教、导航车定位（即导航车工作）。下述举例中，以MARK标记为二维码为例，但不限于此。

首先，激光雷达建立地图并实现粗定位，即人为通过手柄（或自动）控制导航车在其工作环境行进一圈（包含所有可能经过的地点）；期间，导航车激光雷达开启，并不断扫描，以此来建立导航车工作环境的二维地图，并自动识别障碍物与空地，存于导航车自身内存中。

其次，将一MARK标记（本实施例为二维码，但不限于此）贴于需要定位的站台或工作业点。然后，人为移动导航车去往此站点，进行示教（此时，MARK标记点应处于视觉可看到的范围内）。其中，位于车体前方的两个激光测距传感器标定导航车离站台的前后距离（也可以在一定程度上，标定导航车与站台的角度）。视觉传感器与MARK标记点标定车体相对于站台的左右位置。标定完成后，记录相关数据至导航车内存中，作为导航车正常运行时的比对数据。

最后，导航车进行正常运行工作。导航车接到任务指令后，首先判别任务站点处于地图哪个位置（坐标）。然后，根据自身存储地图规划最佳路径，并行进至指定任务站点。行进途中，处于导航车上的激光雷达也会不断扫描，依次来判别活动的障碍物或与预存地图不符的障碍物，并自动规避绕过；同时，IMU输出偏转角度和加速度，控制系统计算出导航车的运动轨迹，进而得出导航车的位置。达到站点坐标值后，控制系统可先将导航车自身前后距离调整至与标定位置相同，再调整车体与站台MARK标记点的左右位置，来达到该站点预先标定的左右位置。本实例中，驱动单元具有全向移动、自动越障、避障功能，能够较好的应用凹坑路面和障碍物，具有极强的适应性。导航车自动定位车体与站台的前后距离后，在不改变自身姿态前提下，通过麦克纳姆轮使得车身左右横移来实现车体的左右定位。

与现有方法相比，本发明不需要安装其他过于复杂的辅助元件来实现定位，并将定位精度由现有的导航车±10~±30mm，提升至±5mm，定位精度得到极大提高。本发明具有较好的自适应性，能够灵活避障，灵活的布置导航车作业站台，且定位准确、精度高，具有极好的应用前景和较高的应用价值。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1）本发明的导航车对驱动单元进行了全新的设计，使车体实现全向移动（前进、后退、任意半径转弯、斜向移动、零半径转弯），保证其在使用环境中路线任意标定，并且可以进入狭小的空间作业；

2）本发明的车体采用了悬挂结构设计，使得车体具有一定的越障过坑能力，保证车体在行进过程中的平稳；

3）本发明的导航车上端车架部分设置了快换结构、吊装结构，能根据需要更换不同的执行机构（如机械手、滚筒、皮带输送线、伸缩机构等），极大地提高了应用范围；

4）本发明中的定位单元采用了惯性导航仪(IMU)、激光雷达、激光测距传感器、视觉结合来实现车体的导航和粗定位，实现车体工作的地图自动建立，自动导航，自动规避障碍物，以及实现了车体的精确定位；

5）基于驱动单元结构的改进，本发明的导航车在行进过程中，后轮组件的两个驱动组件能单独绕后轮摆动基轴作一定角度的旋转；前轮组件在前轮套摆动基轴旋转的基础上，还能使整个前轮组件绕前轮摆动基轴左右旋转；采用该方式，使得车体在行进过程中，始终保持车轮与地面接触，车体具有一定的越障能力，同时保证车体在行进过程中的平稳；

6）本发明的车架单元采用分体式车架结构，并采用上端车架设计，辅助支撑架采用螺钉螺栓螺母的方式固定于上端车架上，从而有效降低了车架的制造难度，同时在装配和维修时也更加方便；

7）本发明中，采用采用麦克纳姆轮驱动，并使用麦克纳姆轮与万向轮成组的共同承载方式，使得同等规格的麦克纳姆轮车体，有了更好的承载能力，应用范围得到极大拓展；

8）本发明具有带有电源管理系统（BMS），配合自动充电机构，使得车体具有自主充电功能，使得导航车更加智能化，无需人为干预，更加适合无人工厂的使用；

9）本发明在车体四周设置有安全触边，使得在不可预见的情况下，车体与其他物体发生碰撞后，驱动单元及时停止运动，以免造成更大的损失。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为实施例1中导航车整体示意图。

图2为导航车与固定充电端的整体结构示意图。

图3为驱动单元与车架单元的结构示意图。

图4为图3的俯视图。

图5为前轮组件的立体结构示意图。

图6为后轮组件的立体状态示意图。

图7为车架单元中上端车架的俯视图。

图8为移动充电座的立体结构示意图。

图9为固定充电端的结构示意图（不含充电控制柜）。

图10为实施例1中导航车示教过程流程图。

图11为实施例1中导航车定位过程流程图。

图中标记：1、车架单元，4、边缘连接件，5、连接杆，6、快换结构，7、吊装机构，8、安全触边，9、激光测距位移传感器，10、视觉传感器，11、激光雷达,20、第一支撑底座，21、第一支撑连接管，22、第一绝缘支撑件，23、第一绝缘走线管，24、移动导电件，30、第一导向支撑件，31、第二导向支撑件，32、缓冲压簧，33、第二绝缘走线管，34、第二绝缘支撑件，35、固定导电件，36、光电传感器，52、前轮组件，53、后轮组件，54、左右摆动轴承座，55、前轮摆动基轴，56、前轮摆动轴承座，57、后轮摆动基轴，58、后轮摆动轴承座，60、连接梁，61、万向轮，62、伺服电机，63、连接轴承座，64、麦克纳姆轮，65、减速机。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

本实施例的导航车包括车架单元、驱动单元、电力单元、定位单元、控制系统，车架单元包括上端车架、辅助支撑架，上端车架与辅助支撑架活动连接；驱动单元与车架单元相连。如图所示，本实施例中，上端车架包括边缘连接件、连接杆，边缘连接件与连接杆连接为一体；上端车架与辅助支撑架之间通过螺钉、螺杆或螺栓相连。

如图所示，该驱动单元包括前轮组件、后轮组件，前轮组件、后轮组件分别与车架单元相连。

本实施例中，前轮组件包括用于与车架单元相连的左右摆动轴承座、前轮摆动基轴、前轮摆动轴承座、驱动组件，左右摆动轴承座、前轮摆动轴承座分别为两个。前轮摆动基轴位于左右摆动轴承座之间，前轮摆动基轴通过转轴分别与左右摆动轴承座相连，这使得前轮摆动基轴能相对左右摆动轴承座摆动。前轮摆动轴承座分别设置在前轮摆动基轴的两端，驱动组件与前轮摆动轴承座相连，驱动组件能绕前轮摆动基轴单独的前后旋转。

本实施例中，驱动组件包括连接梁、万向轮、伺服电机、减速机、连接轴承座、麦克纳姆轮，万向轮与连接梁活动连接，伺服电机通过减速机与麦克纳姆轮相连，伺服电机通过连接轴承座与连接梁相连。

前轮组件中，基于两个左右摆动轴承座与前轮摆动基轴的配合，使得前轮摆动基轴能相对左右摆动轴承座摆动，且驱动组件能绕前轮摆动基轴单独的前后旋转；这使得车体有更高的适应地面凹坑障碍的能力。

进一步，后轮组件包括后轮摆动基轴、后轮摆动轴承座、驱动组件，后轮组件通过后轮摆动基轴与车架单元相连。本实例中，后轮摆动轴承座为两个，且分别设置在后轮摆动基轴的两端。同时，驱动组件与后轮摆动轴承座相连，驱动组件能绕后轮摆动基轴单独的前后旋转。该结构中，后轮组件采用前后分度单独摆动方式悬挂，且驱动组件能绕后轮摆动基轴单独的前后旋转。

进一步，本实施例对电力单元也进行了全新的设计。本实施例中，电力单元包括移动充电座、电源管理系统、与电源管理系统相连的蓄电池、与移动充电座相配合的固定充电端，移动充电座与电源管理系统相连。其中，固定充电端单独设置在外部，在需要充电时，导航车会自动靠近固定充电端。

本实施例中，移动充电座包括固定连接件、第一绝缘支撑件、第一绝缘走线管、移动导电件。其中，固定连接件包括与车架单元相连的第一支撑底座、第一支撑连接管，第一支撑连接管与第一支撑底座相连，第一绝缘支撑件与第一支撑连接管相连。同时，移动导电件为一对且分别设置在第一绝缘支撑件上，第一绝缘走线管与导电块相连，移动导电件与电源管理系统电连接。该结构中，第一支撑底座用于为第一支撑连接管提供支撑，第一支撑连接管用于为第一绝缘支撑件提供支撑，而与移动导电件相连的电缆能经第一绝缘走线管与电源管理系统相连。

本实施例中，固定充电端包括第一导向支撑件、第二导向支撑件、缓冲压簧、第二绝缘走线管、第二绝缘支撑件、固定导电件、充电控制柜、光电传感器、与光电传感器相配合的反光板，第一导向支撑件与第二导向支撑件之间安装缓冲压簧。第一导向支撑件、第二导向支撑件上分别设置有通孔，第二绝缘走线管为一组且第二绝缘走线管能分别穿过第一导向支撑件、第二导向支撑件上的通孔。第二绝缘走线管与第二绝缘支撑件相连、固定导电件为一对且分别设置在第二绝缘支撑件上。固定导电件经充电控制柜与电源电连接，光电传感器与充电控制柜相连。反光板设置在导航车上，光电传感器与反光板相互配合。该结构中，第二绝缘支撑件能带动第二绝缘走线管相对第一导向支撑件、第二导向支撑件滑动，固定导电件通过第二绝缘走线管内的电缆能与电源电连接，而光电传感器能向充电控制柜发出信号以保证导航车到达固定充电端的充电位置。

本实施例中，移动导电件、固定导电件分别采用导电金属块；驱动单元、电源管理系统分别与控制系统相连。

本发明中，设置有电源管理系统，配合自动充电机构，使得车体具有自主充电功能，使得导航车更加智能化，无需人为干预，更加适合无人工厂的使用。

同时，本实施例还在车架单元上设置安全触边，安全触边与控制系统相连。采用该结构，使得在不可预见的情况下，车体与其他物体发生碰撞后，驱动单元及时停止运动，以免造成更大的损失。

进一步，本实施例还车架单元上分别设置吊装机构及快换结构。

该装置充电时，导航车靠近充电固定端，光电传感器与导航车上的反光板相互作用，光电传感器检测到信号，并传递给充电控制柜，充电控制柜发出指令，使固定导电件通电，进而进行相应的充电操作。在移动导电件靠近固定导电件时，移动到导电件对固定导电件进行挤压，固定导电件通过第二绝缘支撑件带动第二绝缘走线管相对第一导向支撑件、第二导向支撑件滑动；当第二绝缘支撑件对第二导向支撑件进行挤压时，缓冲压簧提供相应的反作用力，从而使移动导电件与固定导电件紧密接触，保证充电时良好的接触性能。

本实施例中，定位单元包括激光雷达、IMU、激光测距位移传感器、视觉传感器，驱动单元、激光雷达、IMU、激光测距位移传感器、视觉传感器分别设置在导航车主体上，控制系统分别与激光雷达、IMU、激光测距位移传感器、视觉传感器相连。

本实施例中，激光雷达设置在导航车主体前端，其用于对工作环境进行扫描，自动识别障碍物和空地，建立工作环境的地图，并能在行经过程中，自动判别活动的障碍物或与预存地图不符的障碍物且自动避过。同时，IMU用于对导航车行进过程中的辅助定位。

本实施例中，激光测距位移传感器为两侧且对称设置在导航车主体上。当导航车到达目标位置附近时，激光测距位移传感器用于测定导航车沿前进方向与MARK标记之间的距离。视觉传感器位于导航车主体前端，其用于对MARK标记相对导航车的偏差进行测定。

同时，控制系统根据激光雷达、IMU测定的信息对导航车的运动路径进行控制，通过驱动单元带动导航车运动；进一步，控制系统还能根据激光测距位移传感器、视觉传感器测定的信息对导航车的位置进行修正，并使其到达目标位置。

进一步，还包括与视觉传感器相配合的MARK标记，MARK标记用于设置在目标位置上。本实施例中，MARK标记可采用条形码、二维码、自定义图形中的一种或多种，其能直接粘贴、卡夹或其他方式附着在目标位置上。

同时，本实施例提供基于前述导航车的定位方法，该定位详细过程如下。

首先，激光雷达建立地图并实现粗定位，即人为（或自动）通过手柄控制导航车在其工作环境行进一圈（包含所有可能经过的地点）；期间，导航车激光雷达开启，并不断扫描，以此来建立导航车工作环境的二维地图，并自动识别障碍物与空地，存于导航车自身内存中。

其次，将一MARK标记（本实施例为二维码，但不限于此）贴于需要定位的站台或工作业点。然后，人为移动导航车去往此站点，进行示教（此时，MARK标记点应处于视觉可看到的范围内）。其中位于车体前方的两个激光测距传感器标定导航车离站台的前后距离（也可以在一定程度上，标定导航车与站台的角度）。视觉与MARK标记点标定车体相对于站台的左右位置。标定完成后，记录相关数据至导航车内存中，作为导航车正常运行时的比对数据。

最后，导航车进行正常运行工作。导航车接到任务指令后，首先判别任务站点处于地图哪个位置（坐标），然后根据自身存储地图规划最佳路径，并行进至指定任务站点。行进途中，处于导航车上的激光雷达也会不断扫描，依次来判别活动的障碍物或与预存地图不符的障碍物，并自动规避绕过。达到站点坐标值后，首先将自身前后距离调整至与标定位置相同。再调整车体与站台MARK标记点的左右位置来达到该站点预先标定的左右位置（由于车体驱动采用麦克纳姆轮，具有全向移动功能。导航车自动定位车体与站台的前后距离后，在不改变自身姿态前提下，通过麦克纳姆轮使得车身左右横移来实现车体的左右定位）。

本实施例中，定位系统主要由激光雷达、IMU、激光测距位移传感器、视觉传感器、MARK标记等组成，其通过激光雷达先实现粗定位，IMU输出导航车的偏转角度和加速度，控制系统计算出导航车主体相应的轨迹，从而实现精确导航；同时，通过激光测距位移传感器定位车体前后方向，视觉传感器与MARK标记定位车体左右方向，从而实现整个车体的定位。基于结构的改进，本实施例的定位系统能根据使用要求灵活更改定位点，从而灵活的布置导航车作业站台，且不需要其他安装其他过于复杂的辅助原件来实现定位，定位精度较高（±5mm）。

本实施例中，基于激光雷达、IMU、激光测距位移传感器、视觉传感器之间的相互配合，能够实现MARK标记（例如二维码、一维码、或其他东西，或者其他能识别的东西）的准确识别和高精度定位。IMU输出导航车的偏转角度和加速度，控制系统计算导航车的偏转角度和加速度，进而计算出导航车主体相应的轨迹，从而实现精确导航。基于结构的改进，本发明的定位系统具有很好的自适应性和灵活避障的特点，从而能灵活的布置导航车作业站台；并且，整个导航车的定位精度提高至±5mm，且不需要其他安装其他过于复杂的辅助原件来实现定位，具有较高的应用价值和极好的应用前景。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.导航车，其特征在于，包括车架单元、驱动单元、电力单元、控制系统，所述驱动单元、电力单元分别与车架单元相连；

所述车架单元包括上端车架、辅助支撑架，所述上端车架与辅助支撑架活动连接；

所述驱动单元包括前轮组件、后轮组件，所述前轮组件、后轮组件分别与车架单元相连；

所述前轮组件包括用于与车架单元相连的左右摆动轴承座、前轮摆动基轴、前轮摆动轴承座、前轮驱动组件；所述前轮摆动基轴位于左右摆动轴承座之间，所述前轮摆动基轴通过转轴分别与左右摆动轴承座相连且前轮摆动基轴能相对左右摆动轴承座摆动；所述前轮摆动轴承座分别设置在前轮摆动基轴的两端，所述前轮驱动组件与前轮摆动轴承座相连且前轮驱动组件能绕前轮摆动基轴单独的前后旋转；

所述后轮组件包括后轮摆动基轴、后轮摆动轴承座、后轮驱动组件；所述后轮组件通过后轮摆动基轴与车架单元相连；所述后轮摆动轴承座分别设置在后轮摆动基轴的两端，所述后轮驱动组件与后轮摆动轴承座相连且后轮驱动组件能绕后轮摆动基轴单独的前后旋转；

所述前轮驱动组件和后轮驱动组件均包括连接梁、万向轮、伺服电机、连接轴承座、麦克纳姆轮，所述万向轮与连接梁活动连接且万向轮能相对于连接梁转动，所述伺服电机通过减速机与麦克纳姆轮相连且伺服电机通过减速机能带动麦克纳姆轮转动，所述伺服电机通过连接轴承座与连接梁相连；

所述伺服电机、电力单元分别与控制系统相连。

2.根据权利要求1所述导航车，其特征在于，所述上端车架包括边缘连接件、连接杆，所述边缘连接件与连接杆连接为一体。

3.根据权利要求1所述导航车，其特征在于，还包括设置在车架单元上的安全触边，所述安全触边与控制系统相连。

4.根据权利要求1所述导航车，其特征在于，所述电力单元包括移动充电座、电源管理系统、与电源管理系统相连的蓄电池，所述移动充电座与电源管理系统相连；

所述移动充电座包括固定连接件、第一绝缘支撑件、第一绝缘走线管、移动导电件，所述固定连接件与车架单元相连且车架单元能为固定连接件提供支撑，所述第一绝缘支撑件与固定连接件相连且固定连接件能为第一绝缘支撑件提供支撑，所述移动导电件为一对且分别设置在第一绝缘支撑件上，所述第一绝缘走线管与导电块相连，所述移动导电件与电源管理系统连接且与移动导电件相连的电缆能经第一绝缘走线管与电源管理系统相连；

所述电源管理系统与控制系统相连。

5.根据权利要求4所述导航车，其特征在于，所述电力单元还包括与移动充电座相配合的固定充电端。

6.根据权利要求5所述导航车，其特征在于，所述固定充电端包括第一导向支撑件、第二导向支撑件、缓冲压簧、第二绝缘走线管、第二绝缘支撑件、固定导电件，所述第一导向支撑件与第二导向支撑件之间设置有缓冲压簧；

所述第一导向支撑件、第二导向支撑件上分别设置有通孔，所述第二绝缘走线管分别穿过第一导向支撑件、第二导向支撑件上的通孔；

所述第二绝缘走线管与第二绝缘支撑件相连且第二绝缘支撑件能带动第二绝缘走线管相对第一导向支撑件、第二导向支撑件滑动，所述固定导电件为一对且分别设置在第二绝缘支撑件上且固定导电件通过第二绝缘走线管内的电缆能与电源电连接。

7.根据权利要求6所述导航车，其特征在于，还包括充电控制柜、光电传感器、与光电传感器相配合的反光板，所述固定导电件经充电控制柜与电源电连接，所述反光板设置在导航车上且反光板能与光电传感器相配合，所述光电传感器与充电控制柜相连且光电传感器能向充电控制柜发出信号以保证导航车到达固定充电端的充电位置。

8.根据权利要求1～7任一项所述导航车，其特征在于，还包括定位单元，所述定位单元包括：

激光雷达，其设置在车架单元上，用于对工作环境进行扫描，自动识别障碍物和空地，建立工作环境的地图，并能在行经过程中，自动判别活动的障碍物或与预存地图不符的障碍物且自动避过；

IMU，其设置在车架单元上，用于对导航车行进过程中的辅助定位；

激光测距位移传感器，其设置在车架单元上，当导航车到达目标位置附近时，其能测定导航车沿前进方向与MARK标记之间的距离；

视觉传感器，其设置在车架单元上，用于对MARK标记相对导航车的偏差进行测定；

控制系统分别与激光雷达、IMU、激光测距位移传感器、视觉传感器相连。

9.根据权利要求8所述导航车，其特征在于，所述定位单元还包括与视觉传感器相配合的MARK标记，所述MARK标记用于设置在目标位置上。

10.用于前述权利要求1～9任一项的导航车的导航方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)通过激光雷达建立地图并实现粗定位

控制导航车沿其工作环境行进一圈，期间，激光雷达开启并不断扫描，建立导航车工作环境的二维地图，并自动识别障碍物与空地，将建立的二维地图存于导航车的内存中；

(2)导航车示教

将一MARK标记置于需要定位的目标位置上，并将导航车移动至目标位置，进行示教；其中，导航车上的激光测距位移传感器标定导航车与MARK标记的距离，视觉传感器用于标定导航车与MARK标记的左右位置；示教完成后，将测定的数据存于导航车的内存中，作为导航车正常运行时的比对数据；

(3)导航车定位

导航车接到任务指令后，先判别目标位置在二维地图上的坐标，根据自身存储的二维地图规划路径，行进至目标位置；在行进途中，导航车上的激光雷达不断扫描，判别活动的障碍物或与预存地图不符的障碍物，并自动规避绕过；在行进途中，IMU输出导航车运动的偏转角度和加速度，控制系统计算出导航车的运动轨迹，进而得出导航车的位置；到达目标位置附近后，导航车将自身前后距离调整至与步骤(2)示教的标定位置相同，并调整导航车与MARK标记的左右位置至步骤(2)示教中标定的左右位置，即可完成定位；

所述步骤(1)中，建立的二维地图中包含坐标信息。

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