CN109677312A - 双层输送二维码导航的agv及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双层输送二维码导航的AGV及控制方法，双层输送二维码导航的AGV包括AGV车本体和自卸货柜装置，自卸货柜装置包括设置在货柜壳体内的双层的自卸机构，自卸机构包括对称设置的传送带组件，在传送带组件的前方设有过渡滚轮装置，过渡滚轮装置包括固定在传送带安装板上的安装部，在安装部顶板上固定设有安装轴，安装轴的两端套有可相对安装轴转动的圆柱体滚轮，圆柱体滚轮的上切面与传送带组件的上表面在同一水平面上，此AGV车身一体化设置，组件紧凑，灵活度高，机动性强，能够很好的运行，此AGV利用二维码Tag标签和惯性导航系统组成的复合导航系统对AGV小车进行导航，消除了惯性导航的累积误差，定位精确，可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及自动导引运输车技术领域，具体涉及双层输送二维码导航的AGV及控制方法。
背景技术
AGV(即Automated Guided Vehicle)又名自动导航车，其显著特点的是无人驾驶，AGV上装备有自动导向系统，可以保障系统在不需要人工引航的情况下就能够沿预定的路线自动行驶，将货物或物料自动从起始点运送到目的地，柔性好、自动化和智能化程度高、成本低廉，因此AGV被越来越多的应用于自动化生产中，但传统的AGV功能单一，只能实现生产线之间的物品运输，上料、下料、转运主要依靠人工或叉车，自动化程度不高，工作效率相对较低，而且现有的大部分AGV的机动性都不高，运动模式单一且有限，无法适应窄小的空间，安全性能不够高，因此随着工业化水平的提升，对AGV车的自动化和实用性的要求也越来越高。
在申请号为CN201720009435.1的实用新型专利文件中公开了一体化AGV小车，包括车身，车身为中空的长方体，车身顶部设有接送料机构，接送料机构包括滚筒架，滚筒架设有若干滚筒，滚筒架还设有滚筒电机，滚筒电机连接滚筒；车身底部设有车架系统，车架系统包括驱动桥、横杆，驱动桥两端各连接一横杆，横杆两端各连接一车轮，横杆还通过独立转向机构连接车轮；车身上还设有安全感应机构，该AGV能够实现接料送料自动化，大大减少了人工操作，提高工作效率，但此AGV小车的接送料机构直接设在车身顶部，在行进的速度较快时货料容易滑落，特别对于高度较高的货料，重心较高，容易脱落，也容易碰到其他物品，造成货料的损坏，稳定性和安全性均较差，物料只能滚筒架上只能单层摆放物料，仓存量较低；同时，AGV小车到达目的地与工作台对接时，滚筒架与工作台的侧边贴合，最前面的滚筒与工作台之间有一定的距离，货料尺寸较小时，容易卡在滚筒与工作台之间，造成货料的损坏，也会妨碍后面货料的输送。
在申请号为CN201721515580.3的实用新型专利文件中公开了一种电池片花篮自动传送机构，包括料仓、AGV小车、定位机构，料仓包括料仓主体和用于支撑料仓主体的万向轮式支撑架，料仓主体设有至少一层以上的仓储空间，每层仓储空间的底部均设有电动滚筒输送带，AGV小车用于运载料仓，定位机构用于对从AGV小车卸载下的料仓进行定位，包括导引机构和牵引机构，导引机构包括呈喇叭口状布置的两块导入板，两块导入板的窄端平行，在两块导入板的内侧均设有一排滚轮Ⅰ，牵引机构用于将料仓拉入呈喇叭口状布置的两块导入板之间，此电池片花篮自动传送机构通过AGV小车运载料仓，定位机构可以对料仓进行自动定位，料仓可以实现电池片花篮的自动装料卸料，整个机构实现了电池片花篮的自动传送，整个过程无需人工操作，提高了工作效率，节约了生产成本，避免了人工操作对电池片的损伤，料仓主体设有多层仓储空间，可以多层摆放物料，仓存量较大，料仓可以防止物料在外力作用下滑落，但料仓为前后开口的结构，在AGV小车突然起动或上料的过程中，料仓中的太阳能电池片花篮会由于惯性作用向后滑落；同时，此电动滚筒输送带的滚轮与工作台之间有一定的距离，尺寸较小的电池片容易卡在滚筒与工作台之间，极易损坏，也会妨碍后面货料的输送。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种双层输送二维码导航的AGV及控制方法，该AGV结构简单、承重能力强，仓存量大，稳定性强，安全性高，降低了货料损耗率，提高了生产效率。
为达到上述目的，本发明的第一个技术方案是：双层输送二维码导航的AGV，包括AGV车本体和自卸货柜装置，自卸货柜装置包括货柜壳体和设置在货柜壳体内的双层的自卸机构，货柜壳体的前端具有开口，自卸机构包括传送带安装板和安装在传送带安装板上方且对称设置的传送带组件，在传送带组件的前方设有过渡滚轮装置，过渡滚轮装置包括固定在传送带安装板上的安装部，安装部包括固定在传送带安装板上的安装部底板、与安装部底板的一端连接且向上延伸的安装部侧板和与安装部侧板顶端连接且水平延伸的安装部顶板，在安装部顶板上固定设有安装轴，安装轴的两端套有可相对安装轴转动的圆柱体滚轮，圆柱体滚轮的最高点所在切面与传送带组件中传送带的上表面在同一水平面上。
本发明的双层输送二维码导航的AGV，结构简单，承重能力强、稳定性高，相较于现有技术一体化AGV小车，本AGV采用双层的自卸机构，可以双层摆放料盒或货架，仓存量大；相较于现有技术一体化AGV小车和一种电池片花篮自动传送机构，本AGV的自卸机构置于货柜壳体内，货柜壳体只有前面开口，方便自动上料和卸料，在AGV起动、行走的过程中，由于货柜壳体其他各个面的阻挡，货架和货料不会从自卸机构上脱落，稳定性和安全性高；双层自卸机构的传送带组件为对称设置，避免出现AGV一侧严重偏重现象，也使底下的AGV均匀受力，另外各个传送带组件独立工作，互相之间不影响，如一个传送带组件出现故障后，另一个传送带组件仍能够正常运行，保证AGV继续工作，提高AGV的使用率；过渡滚轮装置采用上述结构和位置，结构简单，操作方便，相较于现有技术一体化AGV小车和一种电池片花篮自动传送机构，传送带组件的前方设有过渡滚轮装置，且滚轮的最高点所在切面与传送带组件中传送带上表面在同一水平面上，本发明AGV的过渡滚轮装置在上料和卸料的对接过程中，减小了AGV与其他工作台之间的间隙，且在AGV与工作台之间形成过渡区，使货料能够更好的过渡，防止物料滑落到间隙中损坏及影响后面货料的输送，降低了货料损耗率，提高了生产效率和生产安全性。
进一步的，传送带组件包括一组对称设置的传送带、对称设置在传送带外侧的皮带固定块和连接在皮带固定块上方并沿水平方向延伸的导向块，在皮带固定块后端设有主动轴，主动轴位于皮带固定块内侧的两端分别套有主动轮，在皮带固定块前端设有从动轴，从动轴位于皮带固定块内侧的两端分别套有从动轮，传送带连接在主动轮和从动轮上，在传送带组件的后部设有传送带电机，传送带电机的驱动轴上安装有驱动轮，驱动轮与主动轮通过皮带连接，
采用以上设置，需要上料或卸料时，电机转动，通过驱动轴带动驱动轮的转动，驱动轴通过皮带带动主动轮的转动，从而带动传送带的运动，得到上料或卸料的目的，传送带作为传组件结构简单、便于维护，能耗小、成本低，输送平稳，不会损坏物料，生产噪音小、适用范围广。
进一步的，在传送带组件后端设有防撞橡胶块，防撞胶块设有感应开关，
防撞橡胶块可以防止上料过程中货料撞到货柜壳体的后板，感应开关感应到货料到达货柜壳体的后板，已经上满，提醒停止上货，防止上料过多，造成货料的挤压、撞击或脱落。
进一步的，导向块的前端突出于皮带固定块的前端，
采用以上设置，在上料或卸料的过程中，皮带定块的前端紧靠工作台，导向块的前段卡在工作台上，使传送带组件与工作台卡接更紧密，防止上料或卸料时，AGV车和工作台发生相对移动，造成货料的脱落损坏。
进一步的，AGV车本体包括AGV车本体上层和AGV车本体下层，AGV车本体下层包括车头段、中间段和车尾段，AGV车本体上层底盘和AGV车本体下层底板之间连接有支撑柱，支撑柱分布在中间段的两侧，
AGV车本体采用上述上、下层结构，结构紧凑，灵活度高，机动性强，在窄小的空间中也能够很好的运行，大大提高AGV小车的机动性能与环境适应能力；采用支撑柱结构，能够有效承担和均匀分散AGV车本体上层和自卸货柜装置的重量，承重能力更强，更耐用。
进一步的，在AGV车本体下层底板顶面沿底板长度方向设有第一组加强筋，沿底板宽度方向设有第二组加强筋，
下层底板需要与上层底板分担整个双层输送二维码导航的AGV车上的重量，还要安装驱动轮、电池盒等机构，承重量较大，因此在其内侧设置加强筋，能够提高其强度和抗弯曲能力，提高了承重能力。
进一步的，AGV车本体上层设有电控处理系统，电控处理系统包括PLC控制器，AGV车本体上层的前面设有两个自动充电刷板，AGV车本体下层中间段设有驱动轮机构，驱动轮机构穿过AGV车本体下层底板与地面接触，AGV车本体下层中间段后部至车尾段设有两个电池盒，
本AGV将两个电池盒放在AGV车本体下层中间段后部至车尾段，为AGV供电的同时，也起到配重的作用；PLC控制器对采集到的信息进行算法计算，并发出适当的指令，控制AGV小车的运行；在上层前面设有两个自动充电刷板，可实现AGV的快速充电，且两个自动充电刷板分别给两个电池充电，独立工作，一个电池出现障碍，不会影响另一个电池的使用，从而保证AGV能够正常工作；驱动轮机构处于AGV车体中间处，使车体上的重量均匀分布在驱动轮机构上，使AGV运行更加平稳。
进一步的，驱动轮机构包括垂直于AGV行进方向的两侧并相对设置的驱动组件，在驱动组件之间设有视觉传感器，在视觉传感器的上方设有陀螺仪，驱动组件包括电机驱动盒和连接在电机驱动盒外侧壁上并可相对于电机驱动盒转动的驱动轮，电机驱动盒内装有伺服电机，伺服电机内设有光电编码器，驱动轮通过驱动轴与电机驱动盒连接；在驱动组件上设有避震组件，避震组件包括上避震座、下避震座、铰接座和避震气弹簧，铰接座固定安装在AGV车本体下层底板上，下避震座的一侧与铰接座铰接，下避震座的另一侧与避震气弹簧的下端固定连接，避震气弹簧的上端与上避震座固定连接，
陀螺仪用于测量AGV偏离既定路线的方向角，电机驱动盒通过驱动轴驱动驱动轮，从而带动驱动轮的转动，伺服电机内设有光电编码器，光电编码器用于测量单位时间内驱动轮行走的距离，陀螺仪和光电编码器组成惯性导航系统；本AGV使用气弹簧作为避震装置，气弹簧具有近乎线性的弹性曲线，动态力变化不大、速度相对缓慢、容易控制，比普通机械弹簧速度有着很显著的优势，即在AGV小车出现颠簸振动时，气弹簧能够平稳的避震，使驱动电机驱动盒和驱动轮受力均匀，有效的保护了驱动电机驱动盒和驱动轮不受损坏，延长其使用寿命；AGV的导航系统存在着累计误差无法消除的问题，因此，地面上设有二维码进行绝对位置的矫正，视觉传感器读取到该二维码后立即修正实时计算的坐标，然后根据合成的误差来追踪目标路径，最后到点停车，实现到达目标点和目标方向的目的。
进一步的，车头段前端中间向内开设有U型凹槽，该U型凹槽的中部设有障碍物检测传感器；车头段对应的AGV车本体下层底板两边分别设有第一万向轮，车尾段对应的AGV车本体下层底板两边分别设有第二万向轮，
AGV车运行过程中，障碍物检测传感器能够检测获取到周围障碍物的信息，并将此信息传给控制系统，从而起到避障功能；万向轮便于给AGV车提供转向辅助作用。
进一步的，货柜壳体包括货柜顶盖、货柜侧板和货柜后板，货柜顶板上设有LED指示灯；货柜后板延伸至AGV车本体上层底端，在货柜后板内侧设有竖直加强筋组和水平加强筋组。
货柜壳体的侧板和后板，在AGV起动、行走和停止的过程中，可以起到阻挡作用，防止货架和货料从自卸机构上脱落，稳定性和安全性高；在上料或AGV起动过程中，货架或货料可能或撞击到货柜后板，因此在货柜后板内侧设置加强筋，提高货架后板的强度和抗撞击能力；在货柜顶板上设置LED指示灯，当AGV正常工作时，LED灯亮，当AGV出现故障时，LED灯熄灭，使操作人员能够尽快发现AGV出现故障，及时维修，提高了生产效率，货柜后板延伸至AGV车本体上层底端，从而使得货柜与AGV车本体连接为一体，结构简单。
本发明的第二个技术方案是：一种双层输送二维码导航的AGV的控制方法，包括以下步骤：
S1:启动AGV；
S2:调度下发目的地指令，指定目标路径，AGV运动至二维码Tag标签上方时，AGV通过视觉传感器9获得AGV的绝对位置，并该绝对位置传输到PLC控制器中，在PLC控制器中将获得的绝对位置与预设位置进行比较得到AGV的位置误差d和角度误差θ，并将两个误差通过比例权重的融合，合成融合误差e，合成公式如下:
e＝d+k*θ
其中，k为权重系数,得到该误差后，在AGV向下一个二维码Tag标签的行进过程中，进行位置和角度调整，直至行进至下一个二维码Tag标签上，通过视觉传感器再次获得AGV的绝对位置，并对绝对位置进行矫正；
S3:当AGV在二维码Tag标签上得到融合误差e后，向下一个二维码Tag标签的行进过程中，位置和角度调整过程如下：当AGV在轨道范围之内，无报警或无故障的情况下，驱动电机转动，在AGV按照目标路径行驶的过程中，获取陀螺仪、光电编码器数据，通过PLC控制器计算位置误差与角度误差，对位置误差和角度误差进行融合，利用PID调节，得到两轮速度差，从而利用两个驱动轮的速度差进行位置和角度调整，循环重复上述过程，直至到达下一个二维码Tag标签；当AGV行进过程中，偏差过大，脱离既定轨道，无法到达下一个二维码Tag标签上时，AGV报警，现场人员进行调整；
S4:重复上述步骤S2和S3，直至到达目的地停车。
陀螺仪用于测量AGV偏离既定路线的方向角，伺服电机内设有光电编码器，用于测量单位时间内驱动轮行走的距离，陀螺仪和光电编码器组成惯性导航系统，结合行走的距离和方向角，推算AGV当前位置，推算的基本原理为已知AGV的起点坐标为(xo，yo)，AGV可以根据速度和方向来推断当前的位置，AGV在第n时刻的位置(xn，yn)可表示为：
其中：θi为单位时间内角度变化，di为单位时间内AGV移动的距离。
根据以上三个方程可知，AGV的位置是通过对单位时间内角度和移动位置进行三角函数计算，并通过对之前状态不断累加得到的，已知AGV的初始位置和单位时间内的运行距离、角度，就可以确定当前位置，达到准确定位的目的，循环重复上述过程，由于AGV自身部件精确度和地面状况等各种原因，陀螺仪和光电编码器组成的惯性导航系统存在着无法消除的累积误差，因此，需要在底面设置二维码Tag标签进行绝对位置的矫正，防止AGV偏离目标路线越来越远。
使用二维码Tag标签和陀螺仪形成的惯性系统组成的复合导航系统进行定位导航时，先在应用AGV的仓库内的平面上建立一个大直角坐标系，二维码Tag标签分布安装在此直角坐标中，二维码Tag标签之间的安装距离由AGV自身特性决定，在本实施例中每个二维码Tag标签都为一个n×n的方形二维码阵列，阵列中包含n×n个小二维码，二维码Tag标签中心在大直角坐标系的坐标即为此二维码Tag标签的绝对位置坐标，以二维码Tag标签的中心点为原点，以大直角坐标系的x、y方向为基准，建立一个小直角坐标系，每个小二维码中记录有小二维码在小直角坐标中的坐标，AGV到达小二维码上方，视觉传感器获得小二维码的位置信息，从而得到AGV相对于二维码Tag标签中心点的位置误差d和角度误差θ，将两个误差通过比例权重的融合，合成融合误差e，在AGV向下一个二维码Tag标签的行进路途中，按照目标路径，以下一个二维码Tag标签中心为目标，进行位置和角度的矫正；利用上述合成融合误差e的公式对位置误差d和角度误差θ进行融合时，调整权重系数k的值，使融合误差e越小越好，e越小，AGV行走越平稳，同时，k值越大，对角度误差θ的调节越精确，角度误差越小，与工作台的对接越好，k值越小，对位置误差d的调节越精确，位置误差越小，因此根据实际使用AGV情况，兼顾位置误差和角度误差，调出最优k值。
得到合成误差e后，利用PID算法，得到两轮速度差，进行位置和角度调整，防止AGV偏离目标路径越来越远，PID调节器是一种线型调节器，PID控制也称比例-积分-微分控制，模拟PID控制系统的原理如下：其中比例环节是用来放大误差，来纠正偏差的；积分环节用来消除系统的稳态误差；微分环节用来提高系统的快速性，积分项和微分项要用计算机实现，就要将这一的系统转化为差分方程，将给定值r(t)与实际输出值c(t)的偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制，得到PID控制器的基本算法：
其中，e(t)＝r(t)-c(t)，其中，TD为微分时间，Ti为积分时间，Kp为调节器的放大系数。
采用该二维码Tag标签和惯性导航系统组成的复合导航系统对AGV小车进行导航，融合了惯性导航系统和二维码Tag标签导航的优点，消除了惯性导航的累积误差，定位精确，可靠性高，提高了运输效率，不需要在地面上铺设磁片或导引线，改变或扩充路径容易，降低成本，方便维护。
附图说明
图1为本发明AGV的立体示意图。
图2为本发明AGV去除货柜后板和AGV车本体壳体的立体示意图。
图3为本发明AGV的后视图。
图4为本发明AGV车本体去除侧板的正视图。
图5为本发明AGV车本体去除上板和侧板的立体示意图。
图6为本发明自卸货柜机构的立体示意图。
图7为本发明自卸机构的立体示意图。
图8为本发明自卸机构的俯视图。
图9为本发明滚轮装置的立体示意图。
图10为本发明驱动轮机构的的立体示意图。
图11为本发明中AGV控制方法的流程图。
图12为本发明惯性导航系统位置计算原理图。
图13为本发明AGV在二维码小直角坐标系中位置示意图。
图14为本发明模拟PID控制系统原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
如图1～10所示，双层输送二维码导航的AGV，包括AGV车本体100和自卸货柜装置200，AGV车本体100包括AGV车本体上层1和AGV车本体下层2，自卸货柜装置200包括货柜壳体3和设置在货柜壳体内的双层的自卸机构4，货柜壳体1的前端具有开口，货柜壳体1包括货柜顶盖31、货柜侧板32和货柜后板33，货柜顶盖31上设有LED指示灯5；货柜后板33延伸至AGV车本体上层1的底端，在货柜后板33的内侧设有竖直加强筋组331和水平加强筋组332。
本发明的双层输送二维码导航的AGV，AGV车体100和自卸货柜装置200一体化设计，结构简单，承重能力强、稳定性高，AGV车本体100采用上、下层结构，结构紧凑，灵活度高，机动性强，在窄小的空间中也能够很好的运行，大大提高AGV小车的机动性能与环境适应能力；双层的自卸机构，可以双层摆放料盒或货架，仓存量大，自卸机构置于货柜壳体内，货柜壳体1具有前端开口，方便自动上料和卸料，在AGV起动、行走和停止的过程中，由于货柜壳体1的其他各个面的阻挡，货架和货料不会从自卸机构上脱落，稳定性和安全性高；在上料或AGV起动过程中，货架或货料可能会撞击到货柜后板33，因此在货柜后板33内侧设置加强筋331和332，提高货架后板33的强度和抗撞击能力；在货柜顶板31上设置LED指示灯5，当AGV正常工作时，LED灯亮，当AGV出现故障时，LED灯熄灭，使操作人员能够尽快发现AGV出现故障，及时维修，提高了生产效率。
自卸机构4包括传送带安装板41和安装在传送带安装板41上方且对称设置的传送带组件42，在传送带组件42的前方设有过渡滚轮装置43，本实施例中传送带安装板固定在货柜壳体内，具体地，双层自卸机构包括上层自卸机构和下层自卸机构，其中上层自卸机构的传送带安装板固定在货柜壳体的内壁上，下层自卸机构的传送带安装板即为AGV车本体上层顶板，且与货柜壳体的内壁固定连接，过渡滚轮装置43包括固定在传送带安装板41上的安装部431，安装部431包括固定在传送带安装板上的安装部底板431a、与安装部底板的一端连接且向上延伸的安装部侧板431b和与安装部侧板顶端连接且水平延伸的安装部顶板431c，在安装部顶板431c上固定设有安装轴432，安装轴432的两端套有可相对安装轴转动的圆柱体滚轮433，圆柱体滚轮433的最高点所在切面与传送带组件42中传送带421的上表面在同一水平面上。
自卸机构4的传送带组件42为对称设置，避免出现偏重现象，也使底下的AGV均匀受力，各个传送带组件独立工作，互相之间不影响，如一个传送带组件出现故障后，另一个传送带组件仍能够正常运行，保证AGV继续工作，提高AGV的使用率；过渡滚轮装置43采用上述结构和位置，结构简单，操作方便，在上料和卸料的对接过程中，减小了AGV与其他工作台之间的间隙，使货料能够更好的过渡，防止物料滑落到间隙中损坏及影响后面货料的输送，降低了货料损耗率，提高了生产效率和生产安全性。
在传送带组件42后端设有防撞橡胶块44，防撞胶块44设有感应开关。
防撞橡胶块42可以防止上料过程中货料撞到货柜壳体的货柜后板，感应开关感应到货料到达货柜壳体的货柜后板，已经上满，提醒停止上货，防止上料过多，造成货料的挤压、撞击或脱落。
传送带组件42包括一组对称设置的传送带421、对称设置在传送带421外侧的皮带固定块422和连接在皮带固定块422上方并沿水平方向延伸的导向块423，本实施例中，导向块423为尼龙导向块，尼龙导向块即由尼龙材料制成的导向块，从而使得导向块与自卸机构侧壁上存在缓冲空间，减少导向块与自卸机构侧壁之间的摩擦，延长自卸机构的使用寿命，导向块423的前端突出于皮带固定块422的前端，在皮带固定块422的后端设有主动轴424，主动轴424位于皮带固定块422内侧的两端分别套有主动轮425，在皮带固定块422前端设有从动轴426，从动轴426位于皮带固定块422内侧的两端分别套有从动轮427，传送带421连接在主动轮425和从动轮427上，在传送带组件42的后部设有传送带电机428，传送带电机428的驱动轴上安装有驱动轮429，驱动轮429与主动轮425通过皮带连接。
采用以上设置，需要上料或卸料时，传送带电机428转动，通过驱动轴带动驱动轮429的的转动，驱动轴通过皮带带动主动轮425的转动，从而带动传送带421的运动，达到上料或卸料的目的，传送带作为传组件结构简单、便于维护，能耗小、成本低，输送平稳，不会损坏物料，生产噪音小、适用范围广。
AGV车本体上层1设有电控处理系统11，电控处理系统11包括PLC控制器，并发出适当的指令，控制AGV小车的运行，AGV车本体上层1的前面设有两个自动充电刷板12，AGV车本体下层中间段22设有驱动轮机构221，驱动轮机构221穿过AGV车本体下层2的底板与地面接触，AGV车本体下层中间段22后部至车尾段23设有两个电池盒24，AGV车本体上层1的底盘和AGV车本体下层2的底板之间连接有支撑柱6，支撑柱6分布在中间段22的前端两边和后端两边，在AGV车本体下层2的底板顶面沿底板长度方向设有第一组加强筋25，沿底板宽度方向设有第二组加强筋26。
AGV车本体采用上述上、下层结构，结构紧凑，灵活度高，机动性强，在窄小的空间中也能够很好的运行，大大提高AGV小车的机动性能与环境适应能力；本AGV将两个电池盒放在AGV车本体下层中间段22后部至车尾段23，为AGV供电的同时，也起到配重的作用；在上层前面设有两个自动充电刷板12，可实现AGV的快速充电，且两个自动充电刷板12分别给两个电池充电，独立工作，一个电池出现障碍，不会影响另一个电池的使用，从而保证AGV能够正常工作；驱动轮机构221处于AGV车体中间处，使车体上的重量均匀分布在驱动轮机构221上，使AGV运行更加平稳；采用支撑柱6结构，能够有效承担和均匀分散AGV车本体上层1和自卸货柜装置200的重量，承重能力更强，更耐用；下层底板需要与上层底板分担整个双层输送二维码导航的AGV车上的重量，还要安装驱动轮、电池盒等机构，承重量较大，因此在其内侧设置加强筋，能够提高其强度和抗弯曲能力，提高了承重能力。
车头段21前端中间向内开设有U型凹槽211，该U型凹槽211的中部设有障碍物检测传感器212；车头段21对应的AGV车本体下层底板两边分别设有第一万向轮7，车尾段23对应的AGV车本体下层底板两边分别设有第二万向轮8。
AGV车运行过程中，障碍物检测传感器212能够检测获取到周围障碍物的信息，并将此信息传给控制系统，从而起到避障功能；第一万向轮7和第二万向轮8便于给AGV车提供转向辅助作用。
驱动轮机构221包括垂直于AGV行进方向的两侧并相对设置的驱动组件2211，在驱动组件2211之间设有视觉传感器9，在视觉传感器9的上方设有陀螺仪，用于测量AGV偏离既定路线的方向角，驱动组件2211包括电机驱动盒2211a和连接在电机驱动盒2211a的外侧壁上并可相对于电机驱动盒转动的驱动轮2211b，驱动轮2211b通过驱动轴与电机驱动盒2211a连接，电机驱动盒内装有伺服电机，伺服电机内设有光电编码器，用于测量单位时间内驱动轮行走的距离，陀螺仪和光电编码器组成惯性导航系统；在驱动组件2211上设有避震组件2212，避震组件2212包括上避震座2212a、下避震座2212b、铰接座2212c和避震气弹簧2212d，铰接座2212c固定安装在AGV车本体下层2底板上，下避震座2212b的一侧与铰接座2212c铰接，下避震座2212b的另一侧与避震气弹簧2212d的下端固定连接，避震气弹簧2212d的上端与上避震座2212a固定连接。
以上装置，工作时，电机驱动盒2211a中包括电机和减速器，电机高速运转，通过减速器将速度降到AGV运行时所需的速度，并将此速度通过驱动轴传送给驱动轮2211b，从而带动驱动轮2211b的转动；本AGV使用气弹簧作为避震装置，气弹簧具有近乎线性的弹性曲线，动态力变化不大、速度相对缓慢、容易控制，比普通机械弹簧速度有着很显著的优势，即在AGV小车出现颠簸振动时，气弹簧能够平稳的避震，使驱动电机驱动盒2211a和驱动轮受力2211b均匀，有效的保护了驱动电机驱动盒2211a和驱动轮2211b不受损坏，延长其使用寿命；AGV的导航系统存在着累计误差无法消除的问题，因此，地面上设有二维码进行绝对位置的矫正，视觉传感器9读取到该二维码后立即修正实时计算的坐标，然后根据合成的误差来追踪目标路径，最后到点停车，实现到达目标点和目标方向的目的。
本发明的双层输送二维码导航的AGV，车身一体化设置，结构稳定，承重能力强，组件紧凑，灵活度高，机动性强，在窄小的空间中也能够很好的运行，机动性能与环境适应能力强，仓存量大，稳定性强，安全性高，降低了货料损耗率，提高了生产效率。
如图11所示，本发明提供了一种双层输送二维码导航的AGV的控制方法，包括以下步骤：
S1：启动AGV；
S2：调度下发目的地指令，指定目标路径，AGV运动至二维码Tag标签7上方时，AGV通过视觉传感器9获得AGV的绝对位置，并该绝对位置传输到PLC控制器中，在PLC控制器中将获得的绝对位置与预设位置进行比较得到AGV的位置误差d和角度误差θ，并将两个误差通过比例权重的融合，合成融合误差e，合成公式如下：
e＝d+k*θ
其中，k为权重系数,得到该误差后，在AGV向下一个二维码Tag标签7的行进过程中，进行位置和角度调整，直至行进至下一个二维码Tag标签7上，通过视觉传感器9再次获得AGV的绝对位置，并对绝对位置进行矫正；
S3：当AGV在二维码Tag标签7上得到融合误差e后，向下一个二维码Tag标签7的行进过程中，位置和角度调整过程如下：当AGV在轨道范围之内，无报警或无故障的情况下，驱动电机转动，在AGV按照目标路径行驶的过程中，获取陀螺仪、光电编码器数据，通过PLC控制器计算位置误差与角度误差，对位置误差和角度误差进行融合，利用PID调节，得到两轮速度差，从而利用两个驱动轮的速度差进行位置和角度调整，循环重复上述过程，直至到达下一个二维码Tag标签7；当AGV行进过程中，偏差过大，脱离既定轨道，无法到达下一个二维码Tag标签7上时，AGV报警，现场人员进行调整；
S4：重复上述步骤S2和S3，直至到达目的地停车。
陀螺仪用于测量AGV偏离既定路线的方向角，伺服电机内设有光电编码器，用于测量单位时间内驱动轮行走的距离，陀螺仪和光电编码器组成惯性导航系统，结合行走的距离和方向角，推算AGV当前位置，推算的基本原理如图12所示，已知AGV的起点坐标为(xo，yo)，AGV可以根据速度和方向来推断当前的位置，AGV在第n时刻的位置(xn，yn)可表示为：
其中：θi为单位时间内角度变化，di为单位时间内AGV移动的距离。
根据以上三个方程可知，AGV的位置是通过对单位时间内角度和移动位置进行三角函数计算，并通过对之前状态不断累加得到的，已知AGV的初始位置和单位时间内的运行距离、角度，就可以确定当前位置，达到准确定位的目的，循环重复上述过程，由于AGV自身部件精确度和地面状况等各种原因，陀螺仪和光电编码器组成的惯性导航系统存在着无法消除的累积误差，因此，需要在底面设置二维码Tag标签7进行绝对位置的矫正，防止AGV偏离目标路线越来越远。
使用二维码Tag标签和陀螺仪形成的惯性系统组成的复合导航系统进行定位导航时，先在应用AGV的仓库内的平面上建立一个大直角坐标系，二维码Tag标签7分布安装在此直角坐标中，二维码Tag标签7之间的安装距离由AGV自身特性决定，在本实施例中每个二维码Tag标签7都为一个4×4的方形二维码阵列，阵列中包含16个小二维码，二维码Tag标签7中心在大直角坐标系的坐标即为此二维码Tag标签7的绝对位置坐标，以二维码Tag标签7的中心点为原点，以大直角坐标系的x、y方向为基准，建立一个小直角坐标系，如图13所示，每个小二维码中记录有小二维码在小直角坐标中的坐标，AGV到达小二维码上方，视觉传感器获得小二维码的位置信息，从而得到AGV相对于二维码Tag标签7中心点的位置误差d和角度误差θ，将两个误差通过比例权重的融合，合成融合误差e，在AGV向下一个二维码Tag标签7的行进路途中，按照目标路径，以下一个二维码Tag标签7中心为目标，进行位置和角度的矫正；利用上述合成融合误差e的公式对位置误差d和角度误差θ进行融合时，调整权重系数k的值，使融合误差e越小越好，e越小，AGV行走越平稳，同时，k值越大，对角度误差θ的调节越精确，角度误差越小，与工作台的对接越好，k值越小，对位置误差d的调节越精确，位置误差越小，因此根据实际使用AGV情况，兼顾位置误差和角度误差，调出最优k值。
得到合成误差e后，利用PID算法，得到两轮速度差，进行位置和角度调整，PID调节器是一种线型调节器，PID控制也称比例-积分-微分控制，模拟PID控制系统的原理如下：如图14所示，其中比例环节是用来放大误差，来纠正偏差的；积分环节用来消除系统的稳态误差；微分环节用来提高系统的快速性，积分项和微分项要用计算机实现，就要将这一的系统转化为差分方程，将给定值r(t)与实际输出值c(t)的偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制，得到PID控制器的基本算法：
其中，e(t)＝r(t)-c(t)，其中，TD为微分时间，Ti为积分时间，Kp为调节器的放大系数。
采用该二维码Tag标签和惯性导航系统组成的复合导航系统对AGV小车进行导航，融合了惯性导航系统和二维码Tag标签导航的优点，消除了惯性导航的累积误差，定位精确，可靠性高，提高了运输效率，不需要在地面上铺设磁片或导引线，改变或扩充路径容易，降低成本，方便维护。
Claims (10)
1.双层输送二维码导航的AGV，包括AGV车本体和自卸货柜装置，其特征在于：自卸货柜装置包括货柜壳体和设置在货柜壳体内的双层的自卸机构，货柜壳体的前端具有开口，自卸机构包括传送带安装板和安装在传送带安装板上方且对称设置的传送带组件，在传送带组件的前方设有过渡滚轮装置，过渡滚轮装置包括固定在传送带安装板上的安装部，安装部包括固定在传送带安装板上的安装部底板、与安装部底板的一端连接且向上延伸的安装部侧板和与安装部侧板顶端连接且水平延伸的安装部顶板，在安装部顶板上固定设有安装轴，安装轴的两端套有相对安装轴转动的滚轮，所述滚轮的最高点所在切面与传送带组件中传送带的上表面在同一水平面上。
2.根据权利要求1所述的双层输送二维码导航的AGV，其特征在于：传送带组件包括一组对称设置的传送带、对称设置在传送带外侧的皮带固定块和连接在皮带固定块上方并沿水平方向延伸的导向块，在皮带固定块后端设有主动轴，主动轴位于皮带固定块内侧的两端分别套有主动轮，在皮带固定块前端设有从动轴，从动轴位于皮带固定块内侧的两端分别套有从动轮，传送带连接在主动轮和从动轮上，在传送带组件的后部设有传送带电机，传送带电机的驱动轴上安装有驱动轮，驱动轮与主动轮通过皮带连接。
3.根据权利要求2所述的双层输送二维码导航的AGV，其特征在于：在传送带组件后端设有防撞橡胶块，所述防撞胶块设有感应开关。
4.根据权利要求2所述的双层输送二维码导航的AGV，其特征在于：所述导向块的前端突出于皮带固定块的前端。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的双层输送二维码导航的AGV，其特征在于：AGV车本体包括AGV车本体上层和AGV车本体下层，AGV车本体下层包括车头段、中间段和车尾段，AGV车本体上层底盘和AGV车本体下层底板之间连接有支撑柱，所述支撑柱分布在中间段的两侧，车头段前端中间向内开设有U型凹槽，该U型凹槽的中部设有障碍物检测传感器；车头段对应的AGV车本体下层底板两边分别设有第一万向轮，车尾段对应的AGV车本体下层底板两边分别设有第二万向轮。
6.根据权利要求5所述的双层输送二维码导航的AGV，其特征在于：在AGV车本体下层底板顶面沿底板长度方向设有第一组加强筋，沿底板宽度方向设有第二组加强筋。
7.根据权利要求5所述的双层输送二维码导航的AGV，其特征在于：AGV车本体上层设有电控处理系统，所述电控处理系统包括PLC控制器，AGV车本体上层的前面设有两个自动充电刷板，AGV车本体下层中间段设有驱动轮机构，驱动轮机构穿过AGV车本体下层底板与地面接触，AGV车本体下层中间段后部至车尾段设有两个电池盒。
8.根据权利要求7所述的双层输送二维码导航的AGV，其特征在于：驱动轮机构包括垂直于AGV行进方向的两侧并相对设置的驱动组件，在驱动组件之间设有视觉传感器，在视觉传感器的上方设有陀螺仪，驱动组件包括电机驱动盒和连接在电机驱动盒外侧壁上并可相对于电机驱动盒转动的驱动轮，电机驱动盒内装有伺服电机，伺服电机内设有光电编码器，驱动轮通过驱动轴与电机驱动盒连接；在驱动组件上设有避震组件，避震组件包括上避震座、下避震座、铰接座和避震气弹簧，铰接座固定安装在AGV车本体下层底板上，下避震座的一侧与铰接座铰接，下避震座的另一侧与避震气弹簧的下端固定连接，避震气弹簧的上端与上避震座固定连接。
9.根据权利要求1所述的双层输送二维码导航的AGV，其特征在于：货柜壳体包括货柜顶盖、货柜侧板和货柜后板，货柜顶板上设有LED指示灯；所述货柜后板延伸至AGV车本体上层底端，在货柜后板内侧设有竖直加强筋组和水平加强筋组。
10.根据权利要求1～9任一项中所述的双层输送二维码导航的AGV的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:启动AGV；
S2:调度下发目的地指令，指定目标路径，AGV运动至二维码Tag标签上方时，AGV通过视觉传感器9获得AGV的绝对位置，并该绝对位置传输到PLC控制器中，在PLC控制器中将获得的绝对位置与预设位置进行比较得到AGV的位置误差d和角度误差θ，并将两个误差通过比例权重的融合，合成融合误差e，合成公式如下：
e＝d+k*θ
其中,k为权重系数,得到该误差后，在AGV向下一个二维码Tag标签的行进过程中，进行位置和角度调整，直至行进至下一个二维码Tag标签上，通过视觉传感器再次获得AGV的绝对位置，并对绝对位置进行矫正；
S3:当AGV在二维码Tag标签上得到融合误差e后，向下一个二维码Tag标签的行进过程中，位置和角度调整过程如下：当AGV在轨道范围之内，无报警或无故障的情况下，驱动电机转动，在AGV按照目标路径行驶的过程中，获取陀螺仪和光电编码器数据，通过PLC控制器计算位置误差与角度误差，对位置误差和角度误差进行融合，利用PID调节，得到两轮速度差，从而利用两个驱动轮的速度差进行位置和角度调整，循环重复上述过程，直至到达下一个二维码Tag标签；当AGV行进过程中，偏差过大，脱离既定轨道，无法到达下一个二维码Tag标签上时，AGV报警，现场人员进行调整；
S4:重复上述步骤S2和S3，直至到达目的地停车。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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