CN109839930A - 一种避障装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种避障装置、系统及方法，包括：获取小车至障碍物的距离；基于所述距离规划转向轨迹，设定小车的转向角度，根据小车转向的角度计算出小车避障所需的第一转向总次数、小车每次第一转向的起点与终点直线距离、每次第一转向前进距离所需的延时时间和每次第一转向角度所需的延时时间，通过控制延时时间使小车按照特定的角度及距离进行运动；对小车每次第一转向进行计数，当小车当前第一转向次数等于第一转向总次数时，开始第二转向，小车避障转向结束，小车重新回到避障前行驶方向。从而避免了小车进行避障后无法回到原规定引导线位置的问题，从而准确的到达目的地，有效提高了小车的准确性。

Description

一种避障装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及一种循迹避障方法，具体涉及一种AGV智能小车的避障装置、系统及方法。

背景技术

无人搬运车(Automated Guided Vehicle，AGV)是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，具有安全保护和移载功能的运输车。AGV小车的重要特点就是能够对障碍物进行避障。避障是指AGV小车根据所采集的障碍物的信息，在行驶过程中，按照一定的方法进行有效的避障后，重新回到规定的导引路径上继续行驶，最后安全到达目的地。

目前有些AGV智能小车在进行避障后无法找到原规定的导引路径，容易偏离行驶路径，从而不能准确到达目的地。

发明内容

本发明的目的在于解决上述AGV智能小车在进行避障后无法找到原规定的导引线的问题，提供一种避障方法，通过数据拟合验证小车运动转角与小车转向动作执行的时间关系，路程与前进时间的关系，规划了一种新的路径和控制算法，结合避障算法实现了小车转角控制与前进距离的控制，最终实现半圆形避障，小车能够回到原来引导线上且前进方向不变。

为此本发明提供一种技术方案：

一种避障方法包括：

获取小车至障碍物的距离L；

基于所述小车至障碍物的距离L规划第一转向轨迹，设定小车的转向角度θ，小车的转向角度θ包括第一转向的转向角度θ₁及第二转向的转向角度θ₂，根据小车转向的角度θ计算出小车避障所需的第一转向总次数n、小车每次第一转向的起点与终点直线距离s、每次第一转向前进距离所需的延时时间t₁和每次第一转向角度转向所需的延时时间t₂，通过控制延时时间使小车按照特定的角度及距离进行运动；

对小车每次第一转向进行计数，当小车当前第一转向次数i等于第一转向总次数n时，开始第二转向，小车避障转向结束，小车重新回到避障前行驶方向。

进一步地，使小车按照特定的角度及距离进行运动的轨迹为以障碍物为圆心的半圆形。

进一步地，所述小车每次第一转向的起点与终点的直线距离s计算公式为：

进一步地，所述小车每次转向各需的时间t₁、t₂的计算公式如下：

t₁(ms)＝-0.00223*s^3+0.259*s^2+18.5*s+46.1

t₂(ms)＝-2.89e^-5*θ₁^3-0.00862*θ₁^2+8.84*θ₁+38.5

进一步地，所述第一转向总次数n计算公式如下：

本发明的另一方面，提供一种避障装置应用于上述的避障方法，实现了小车转角控制与前进距离的控制，最终实现半圆形避障，小车能够回到原来引导线上且前进方向不变，该避障装置包括：

接收装置，用于获取小车至障碍物的距离L；

计算装置，设定小车的转向角度，小车的转向角度θ包括第一转向的转向角度θ₁及第二转向的转向角度θ₂，根据小车转向的角度计算出小车避障所需的第一转向总次数n、小车每次第一转向的起点与终点直线距离s、每次第一转向前进距离所需的延时时间t₁和每次第一转向角度转向所需的延时时间t₂，通过控制延时时间使小车按照特定的角度及距离进行运动；

计数装置，对小车每次第一转向进行计数，当小车当前第一转向次数i等于第一转向总次数n时，开始第二转向，小车避障转向结束，小车重新回到避障前行驶方向。

本发明的另一方面，公开了一种避障系统，应用于上述的避障方法，实现了小车转角控制与前进距离的控制，最终实现半圆形避障，小车能够回到原来引导线上且前进方向不变，该避障系统包括：

检测模块，用于检测小车至障碍物之间的距离；

控制单元，所述控制单元接收所述检测模块的检测信号，所述控制单元包括：

接收模块，用于接收检测模块的检测信号并转换为小车至障碍物的距离L；

计算模块，设定小车的转向角度，小车的转向角度包括第一转向的转向角度θ₁及第二转向的转向角度θ₂，根据小车转向的角度计算出小车避障所需的第一转向总次数n、小车每次第一转向的起点与终点直线距离s、每次第一转向前进距离所需的延时时间t₁和每次第一转向角度转向所需的延时时间t₂，通过控制延时时间使小车按照特定的角度及距离进行运动；

计数模块，对小车每次第一转向进行计数，当小车当前第一转向次数i等于第一转向总次数n时，开始第二转向，小车避障转向结束，小车重新回到避障前行驶方向。

进一步地，所述检测模块为超声波测距传感器或红外测距传感器。

进一步地，一种避障系统还包括：

巡线模块，用于检测引导线信息并发送给所述控制单元；

电源，用于为所述电机驱动模块提供工作电源；

电机驱动模块，接收所述控制单元输出的控制信号；

电机，由所述电机驱动模块控制，用于为小车运动提供机械能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明公开的一种避障方法通过数据拟合验证小车运动转角与小车转向动作执行的时间关系，路程与前进时间的关系，规划了一种新的路径和控制算法，结合避障算法实现了小车转角控制与前进距离的控制，克服了现有技术中部分小车避障后不能按照原规定引导线行驶的问题，实现半圆形避障后，小车能够回到原来引导线上且前进方向不变。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种避障方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种避障方法的一种具体示例流程图；

图3为本发明实施例提供的一种避障方法的避障路线图；

图4为本发明实施例提供的一种避障方法的避障路线分解图；

图5为本发明实施例提供的一种避障装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明的目的是解决AGV智能小车在进行避障后无法找到原规定的导引路径的问题。

实施例一：

如图2示出了本发明实施例提供的一种避障方法的流程图，首先小车会通过检查模块实时检测小车至障碍物的距离L并发送给控制单元，然后控制单元判断小车至障碍物的距离是否在预设距离范围内，在本实施例中小车预设距离(安全距离)被配置为40-60cm，如果小车至障碍物的距离L在预设距离范围内则开始避障，此时控制单元发出避障指令，具体的避障方法如下：

首先，设定小车的转向角度，小车的转向角度θ包括第一转向的转向角度θ₁及第二转向的转向角度θ₂，第一转向和第二转向是指小车为了避开障碍物时进行的转向动作，第一转向和第二转向可以是左转向或者右转向以让小车偏离原来的轨道避开障碍物然后回到原来的规定方向，参见图3，本实施例中小车为了实现避障，首先小车在原地进行第二转向的转向动作，第二转向的角度范围为60-90度，然后小车进行第一转向的转向动作，在本实施例中第一转向为左转动作，小车向左转向行驶以进行避障动作，参见图1，具体的避障方法如下：

S1、根据小车转向的角度计算出小车避障所需的第一转向总次数n、小车每次第一转向的起点与终点直线距离s、每次第一转向前进距离所需的延时时间t₁和每次第一转向角度转向所需的延时时间t₂，通过控制延时时间使小车按照特定的角度及距离进行运动；

根据本发明的一个实施例，所述第一转向总次数n计算公式如下：

根据本发明的一个实施例，所述小车每次第一转向的起点与终点的直线距离s计算公式为：

根据本发明的一个实施例，每次第一转向前进距离所需的延时时间t₁和每次第一转向角度转向所需的延时时间t₂的计算公式如下：

t₁(ms)＝-0.00223*s^3+0.259*s^2+18.5*s+46.1

t₂(ms)＝-2.89e^-5*θ₁^3-0.00862*θ₁^2+8.84*θ₁+38.5。

S2、对小车每次第一转向进行计数，当小车当前第一转向次数i等于第一转向总次数n时，开始第二转向，小车避障转向结束，小车重新回到避障前行驶方向。

优选的，为了小车避障后能够返回原设定引导线路径，小车避障路径被配置以障碍物为圆心的半圆形。

下面结合具体实施例来说明上述避障方法：

参见图3，在本实施例中，第一转向设定为左转且转向角度为18度，第二转向设定为右转且转向角度为81°。以检测到的障碍物与小车的距离为半径，以此半径规划一个半圆，过圆心将此半圆平均分成十份，假设位置①为起始位置，小车在起始位置右转81°及行使到位置②，接着左转18°及小车行驶到位置③，然后小车再左转18°及行驶到位置④，然后重复③到④的动作若干次，直到行驶到位置⑥，再次经过右转81°即可到达位置⑦，即小车与原来前进方向一致。

在本实施例中通过计算得知是小车左转18°动作执行的次数n＝9，计算方式如下：

将图3位置①到位置③部分分解出来，如图4，前进距离s等于小车每次位置变化后与变化前的直线距离，根据三角定理可求出：

上述公式中L被配置为测量到的小车至障碍物的距离。

进一步地，基于上述计算所得前进距离s及小车避障每次左转的角度18°，计算拟合延时时间t₁、t₂，计算的公式如下：

t₁(ms)＝-0.00223*s^3+0.259*s^2+18.5*s+46.1

t₂(ms)＝-2.89e^-5*θ₁^3-0.00862*θ₁^2+8.84*θ₁+38.5

上述公式通过控制直流电机的转向的延时，然后得到不同的延时和角度的数据，再用matlab拟合数据得到以上方程公式。

进一步地，根据上述计算所得拟合延时时间t₁、t₂控制直流电机的延时，从而控制小车避障按照转向角度左转18°、右转81°进行转向，同时按照上述前进距离与时间的关系计算出小车在t₁时间内前进的距离s，以便小车按照特定的轨迹进行运动。

在本实施例中，当计数模块计数i＝9之后便可以确定小车回到了原始轨道上，然后开始第二转向，第二转向角度为81度，第二转向完成之后则小车重新回到避障前的行驶轨迹和行驶方向上。

实施例二：

本实施例提供一种避障装置，应用于上述的避障方法，包括：

接收装置，用于获取小车至障碍物的距离L；

计算装置，设定小车的转向角度，小车的转向角度θ包括第一转向的转向角度θ₁及第二转向的转向角度θ₂，根据小车转向的角度计算出小车避障所需的第一转向总次数n、小车每次第一转向的起点与终点直线距离s、每次第一转向前进距离所需的延时时间t₁和每次第一转向角度转向所需的延时时间t₂，通过控制延时时间使小车按照特定的角度及距离进行运动；

计数装置，对小车每次第一转向进行计数，当小车当前第一转向次数i等于第一转向总次数n时，开始第二转向，小车避障转向结束，小车重新回到避障前行驶方向。

实施例三：

本发明实施例提供的一种避障方系统的结构示意图，包括检测模块、巡线模块、控制单元。

如图5，检测模块，本实施例检测模块采用HC-SR04超声波测距模块，用于检测小车至障碍物之间的距离；控制单元连接检测模块，本实施例控制单元采用Arduino微控制器，Arduino微控制器接收不同传感器的信号并根据算法控制小车对外部环境反应，该控制单元包括：

接收模块，用于接收检测模块的检测信号并转换为小车至障碍物的距离L；

计算模块，设定小车的转向角度，小车的转向角度包括第一转向的转向角度θ₁及第二转向的转向角度θ₂，根据小车转向的角度计算出小车避障所需的第一转向总次数n、小车每次第一转向的起点与终点直线距离s、每次第一转向前进距离所需的延时时间t₁和每次第一转向角度转向所需的延时时间t₂，通过控制延时时间使小车按照特定的角度及距离进行运动；

计数装置，对小车每次第一转向进行计数，当小车当前第一转向次数i等于第一转向总次数n时，开始第二转向，小车避障转向结束，小车重新回到避障前行驶方向。

进一步地，一种避障系统还包括：

巡线模块，巡线模块由3路红外集成传感器构成，用于检测引导线信息并发送给控制单元；

电源，用于为电机驱动模块提供工作电源；

电机驱动模块，接收控制单元输出的控制信号；

电机，由电机驱动模块控制，用于为小车运动提供机械能。

本发明实施例提供的一种避障方法还包括引导线循迹效果，控制单元接收巡线模块检测到引导线信息后对小车状态进行判断，判断小车是否偏左或偏右；

若小车偏左或偏右，则对小车位置进行微调，使小车不偏离引导线行驶；

若小车没有偏左或偏右，则继续沿着引导线继续行驶，直至导致目的地；

若小车行驶过程中超声波模块检测到障碍物信息，在小车按照实施例一进行工作，小车避障结束后继续按照本实施例进行工作。

综上所述，本发明公开的一种避障方法能够实现定角度转向，从而实现小车避障后重新回到原规定引导线上继续行驶，避免了现有技术中小车进行避障后无法回到原规定引导线位置的问题，从而准确的到达目的地，有效提高了AGv小车的准确性。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种避障方法，其特征在于，包括：

获取小车至障碍物的距离L；

基于所述小车至障碍物的距离L规划第一转向轨迹，设定小车的转向角度θ，小车的转向角度θ包括第一转向的转向角度θ₁及第二转向的转向角度θ₂，根据小车转向的角度θ计算出小车避障所需的第一转向总次数n、小车每次第一转向的起点与终点直线距离s、每次第一转向前进距离所需的延时时间t₁和每次第一转向角度转向所需的延时时间t₂，通过控制延时时间使小车按照特定的角度及距离进行运动；

对小车每次第一转向进行计数，当小车当前第一转向次数i等于第一转向总次数n时，开始第二转向，小车避障转向结束，小车重新回到避障前行驶方向。

2.根据权利要求1所述一种避障方法，其特征在于，基于所述小车至障碍物的距离L，判断小车至障碍物的距离是否在预设距离范围内，如果小车至障碍物的距离L在预设距离范围内则开始避障。

3.根据权利要求1所述一种避障方法，其特征在于，使小车按照特定的角度及距离进行运动的轨迹为以障碍物为圆心的半圆形。

4.根据权利要求1所述一种避障方法，其特征在于，所述小车每次第一转向的起点与终点的直线距离s计算公式为：

5.根据权利要求1所述一种避障方法，其特征在于，每次第一转向前进距离所需的延时时间t₁和每次第一转向角度转向所需的延时时间t₂的计算公式如下：

t₁(ms)＝-0.00223*s^3+0.259*s^2+18.5*s+46.1

t₂(ms)＝-2.89e^-5*θ₁^3-0.00862*θ₁^2+8.84*θ₁+38.5。

6.根据权利要求1所述一种避障方法，其特征在于，所述第一转向总次数n计算公式如下：

7.一种避障装置，其特征在于，包括：

接收装置，用于获取小车至障碍物的距离L；

计算装置，设定小车的转向角度，小车的转向角度θ包括第一转向的转向角度θ₁及第二转向的转向角度θ₂，根据小车转向的角度计算出小车避障所需的第一转向总次数n、小车每次第一转向的起点与终点直线距离s、每次第一转向前进距离所需的延时时间t₁和每次第一转向角度转向所需的延时时间t₂，通过控制延时时间使小车按照特定的角度及距离进行运动；

计数装置，对小车每次第一转向进行计数，当小车当前第一转向次数i等于第一转向总次数n时，开始第二转向，小车避障转向结束，小车重新回到避障前行驶方向。

8.一种避障系统，其特征在于，包括：

检测模块，用于检测小车至障碍物之间的距离；

控制单元，所述控制单元接收所述检测模块的检测信号，所述控制单元包括：

接收模块，用于接收检测模块的检测信号并转换为小车至障碍物的距离L；

计算模块，设定小车的转向角度，小车的转向角度θ包括第一转向的转向角度θ₁及第二转向的转向角度θ₂，根据小车转向的角度计算出小车避障所需的第一转向总次数n、小车每次第一转向的起点与终点直线距离s、每次第一转向前进距离所需的延时时间t₁和每次第一转向角度转向所需的延时时间t₂，通过控制延时时间使小车按照特定的角度及距离进行运动；

计数模块，对小车每次第一转向进行计数，当小车当前第一转向次数i等于第一转向总次数n时，开始第二转向，小车避障转向结束，小车重新回到避障前行驶方向。

9.根据权利要求8所述一种避障系统，其特征在于，所述检测模块为超声波测距传感器或红外测距传感器。

10.根据权利要求8所述一种避障系统，其特征在于，还包括：

巡线模块，用于检测引导线信息并发送给所述控制单元；

电源，用于为所述电机驱动模块提供工作电源；

电机驱动模块，接收所述控制单元输出的控制信号；

电机，由所述电机驱动模块控制，用于为小车运动提供机械能。