CN110793719A - 潜伏式agv重心检测装置及识别、预防倾倒风险的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种潜伏式AGV重心检测装置及识别、预防倾倒风险的方法，该装置包括设于AGV车身内的不少于2个称重传感器、上托板、下托板、信号处理单元和AGV主控单元，所述下托板固定于AGV举升装置上，所述称重传感器分布于下托板上，所述上托板设置于称重传感器上，以放置需承载的货物，所述信号处理单元与称重传感器连接，以采集称重传感器数据并计算重心，所述信号处理单元与AGV主控单元连接，以发送数据给AGV主控单元进行倾倒风险识别及预防。该装置及方法有利于降低货物倾倒的风险，提高搬运效率。

Description

潜伏式AGV重心检测装置及识别、预防倾倒风险的方法

技术领域

本发明涉及物流设备技术领域，具体涉及一种潜伏式AGV重心检测装置及识别、预防倾倒风险的方法。

背景技术

从成本、体积考虑，一般而言，AGV都要搬运比自身体积更大的物体，特别是潜伏式AGV，车身整个进入料架中。又为了提高搬运效率，由一次搬运1箱物料，提高到一次搬运2箱、4箱甚至8箱物料来减少搬运次数，同时考虑到厂房面积有限，为减小通道宽度，较好的处理方案是将料箱由原来的1层放置变为多层放置，提高料架高度，以减小料架的占地面积。但以上都增加了搬运过程中倾倒的风险。如果能有效检测重心，并防止倾倒，就能有效的提高搬运效率、降低占地面积，提高厂房利用率，实现降本增效。

由于实际厂房实施条件受限，部分路面存在需要上下坡的情况，在上下坡过程中，如果被搬运货物自身的平衡性不是很好，加上上下坡的坡度就会进一步增加倾倒风险。同样的，还存在局部地面平整度不够的情况，有坑洼或凸起，比如部分路面下面是排水沟，上面通过钢板封住，与正常的路面存在一定的不平整度。货物搬运时由于上下颠簸或者震动就有可能导致相对移动，如果没有及时发现，就有可能运行一段时间后倾倒。

被搬运货物为零件，重量大但形状不规则，放置于标准料箱中。虽然料箱本身是规则的，但是由于被搬运货物本身不规则，其重心并非料箱的几何中心。传统的潜伏式移动机器人通过在料箱底部中心贴一个二维码，并通过上视摄像头来识别料箱底部的二维码，从而对准料箱的几何中心。此方案在此时并不能很好的起到防倾倒作用，按照几何中心搬运反而可能由于重心的不平稳导致搬运过程中出现倾倒。

发明内容

本发明的目的在于提供一种潜伏式AGV重心检测装置及识别、预防倾倒风险的方法，该装置及方法有利于降低货物倾倒的风险，提高搬运效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种潜伏式AGV重心检测装置，包括设于AGV车身内的不少于2个称重传感器、上托板、下托板、信号处理单元和AGV主控单元，所述下托板固定于AGV举升装置上，所述称重传感器分布于下托板上，所述上托板设置于称重传感器上，以放置需承载的货物，所述信号处理单元与称重传感器连接，以采集称重传感器数据并计算重心，所述信号处理单元与AGV主控单元连接，以发送数据给AGV主控单元进行倾倒风险识别及预防。

进一步地，所述称重传感器为拉压力传感器。

进一步地，所述拉压力传感器为轮辐式拉压力传感器。

进一步地，所述称重传感器均匀分布于下托板上，所述称重传感器均布的中心与AGV举升装置的中心、上托板及下托板的几何中心在同一竖直线上或设定的误差范围内，以使称重传感器均布的中心与AGV承载重心一致或接近。

本发明又提供了一种基于上述装置识别倾倒风险的方法，包括以下步骤：

a1）根据各称重传感器的安装位置，将各称重传感器的位置数据输入信号处理单元和AGV主控单元，假定各称重传感器的位置分别为(x1, y1)，(x2, y2)，…，(xn, yn)，理论重心位置为(x0, y0)，则x0=(x1+x2+…+xn)/n，y0=(y1+y2+…+yn)/n；

a2）采集每个称重传感器的称重值，并求出总称重值，假设第一个称重传感器的称重值为g1，第二个为g2，…，第n个为gn，则总称重值为gs=(g1+g2+…+gn)；

a3）计算出承载重心位置(x, y)，其中x=(g1*x1+g2*x2+…+gn*xn)/gs，y=(g1*y1+g2*y2+…+gn*yn)/gs；

a4）比较计算承载重心位置(x, y)与理论重心位置(x0, y0)之间的偏差；

a5）设置阀值a和b，分别用于表示x和y方向的允许偏差，当(x0-a)≤x≤(x0+a)且(y0-b) ≤y≤(y0+b)时，认为不存在倾倒风险，当x<(x0-a)或x>(x0+a)或y<(y0-b)或y>(y0+b)时，即认为存在倾倒风险，并根据x、y的取值判断倾倒方向。

进一步地，设置回差值ha和hb，分别用于表示x和y方向的回差，假定前一时刻状态为重心正常状态，即不存在倾倒风险，则仅当x<(x0-a-ha)或x>(x0+a+ha)或y<(y0-b-hb)或y>(y0+b+hb)时，才认为存在倾倒风险；假定前一时刻存在倾倒风险，即出现了x<(x0-a-ha)或x>(x0+a+ha)或y<(y0-b-hb)或y>(y0+b+hb)，则仅当x<(x0-a+ha)或x>(x0+a-ha)或y<(y0-b+hb)或y>(y0+b-hb)时，才认为倾倒风险解除。

进一步地，当任一称重传感器的称重值出现负值时，即认为对应的方向存在倾倒风险。

进一步地，在步骤a4）中，记承载重心(x, y)与理论重心(x0, y0)之间的偏差为dx_i=x-x0，dy_i=y-y0，重复步骤a1）~a4）m次，得到重心偏差：dx_1, dy_1, dx_2, dy_2,…, dx_m, dy_m；如果|dx_1|, |dx_2|, …, |dx_m|或|dy_1|, |dy_2|, …, |dy_m|不断变大，则即使承载重心与理论重心之间的偏差仍在阈值范围内，仍然认为存在倾倒风险，并根据dx_m或dy_m的正负判断倾倒方向。

本发明还提供了一种基于上述方法预防倾倒风险的方法，按以下步骤预防AGV行驶过程中货物倾倒：

b1）将AGV行驶路径上的路面信息输入AGV主控单元，所述路面信息包括易倾倒位置信息；

b2）当AGV行驶至易倾倒位置前时，充分减速至速度v1；

b3）在经过所述易倾倒位置路段时，以速度v1行进，并实时进行重心检测和倾倒风险识别；

b4）当识别到存在倾倒风险时，停车退回；

b5）重复步骤b3）~b4），如果连续行进k次均存在倾倒风险，则停车等待并报警告知上位机系统。

进一步地，按以下步骤预防AGV举升过程中货物倾倒：

c1）AGV按照正常工作模式行驶至货物下方，对准、停车；

c2）AGV将举升装置以速度v2升起，同时进行重心检测，在上托板碰到货物，即称重传感器的称重值发生突变时，将升起速度降低至v3，并继续提升货物一定高度h；

c3）检测实际承载重心相对于预设重心的偏移值，取为(dx, dy)，判断偏差值是否在阀值范围内，是则不作调整，否则AGV放下货物，并行驶至与当前位置相差(-dx, -dy)的位置；

c4）AGV再次举升并检测新的承载重心，与预设重心再次进行比对，如果偏差值在阈值范围内，则调整完成，否则再次进行调整；

c5）如果连续调整q次都调整失败，则停车等待并报警。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：提供了一种潜伏式AGV重心检测装置及识别、预防倾倒风险的方法，该装置能够检测潜伏式AGV对货物的承载重心及其与设定重心的偏差，并基于此识别并预防倾倒风险，有效防止AGV在行驶、举升过程中出现的货物倾倒，提高搬运效率，实现降本增效，具有很强的实用性和广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例的装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供了一种潜伏式AGV重心检测装置，如图1所示，包括设于AGV车身1内的不少于2个的称重传感器2、上托板3、下托板4、信号处理单元5和AGV主控单元6，所述下托板4固定于AGV举升装置7上，所述称重传感器2分布于下托板4上，所述上托板3设置于称重传感器2上，以放置需承载的货物，所述信号处理单元5与称重传感器2通过模拟量接口或485总线连接，以采集称重传感器数据并计算重心，所述信号处理单元5与AGV主控单元6连接，以发送数据给AGV主控单元6进行倾倒风险识别及预防。

在本实施例中，所述称重传感器为拉压力传感器。更佳地，所述拉压力传感器为轮辐式拉压力传感器。

所述称重传感器的数量一般选择3个以上。作为优选，其数量为3个、4个、5个或6个，最优选择为3个。作为特例，如果倾倒方向只可能有2个方向（例如只有前后，或只有左右），考虑成本，可以只采用2个称重传感器，分布于可能倾倒的2个方向。

所述称重传感器均匀分布于下托板上，所述称重传感器均布的中心与AGV举升装置的中心、上托板及下托板的几何中心在同一竖直线上或设定的误差范围内，以使称重传感器均布的中心与AGV承载重心一致或接近。

本发明还提供了一种基于上述装置识别倾倒风险的方法，包括以下步骤：

a1）根据各称重传感器的安装位置，将各称重传感器的位置数据输入信号处理单元和AGV主控单元，假定各称重传感器的位置分别为(x1, y1)，(x2, y2)，…，(xn, yn)，理论重心位置为(x0, y0)，则x0=(x1+x2+…+xn)/n，y0=(y1+y2+…+yn)/n。

以3个传感器均布为例，三个点的坐标分别为(x1,y1)，(x2,y2)，(x3,y3)，则理论重心位置x0=(x1+x2+x3)/3，y0=(y1+y2+y3)/3。

a2）采集每个称重传感器的称重值，并求出总称重值，假设第一个称重传感器的称重值为g1，第二个为g2，…，第n个为gn，则总称重值为gs=(g1+g2+…+gn)。

a3）计算出承载重心位置(x, y)，其中x=(g1*x1+g2*x2+…+gn*xn)/gs，y=(g1*y1+g2*y2+…+gn*yn)/gs。

a4）比较计算承载重心位置(x, y)与理论重心位置(x0, y0)之间的偏差。

假设以x方向表示左右，y方向表示前后，则如果x>x0，说明重心偏左，x<x0说明重心偏右，同理，y>y0说明重心偏前，y<y0说明重心偏后。

a5）设置阀值a和b，分别用于表示x和y方向的允许偏差，当(x0-a)≤x≤(x0+a)且(y0-b) ≤y≤(y0+b)时，认为不存在倾倒风险，当x<(x0-a)或x>(x0+a)或y<(y0-b)或y>(y0+b)时，即认为存在倾倒风险，并根据x、y的取值判断倾倒方向。

为了提高测量结果的稳定性，防止测量结果来回跳动，还可以设置回差值ha和hb，分别用于表示x和y方向的回差，假定前一时刻状态为重心正常状态，即不存在倾倒风险，则仅当x<(x0-a-ha)或x>(x0+a+ha)或y<(y0-b-hb)或y>(y0+b+hb)时，才认为存在倾倒风险；假定前一时刻存在倾倒风险，即出现了x<(x0-a-ha)或x>(x0+a+ha)或y<(y0-b-hb)或y>(y0+b+hb)，则仅当x<(x0-a+ha)或x>(x0+a-ha)或y<(y0-b+hb)或y>(y0+b-hb)时，才认为倾倒风险解除。

为了简化计算，当任一称重传感器的称重值出现负值时，即认为对应的方向存在倾倒风险。

为了进一步基于重心变化趋势识别倾倒风险，在步骤a4）中，记承载重心(x, y)与理论重心(x0, y0)之间的偏差为dx_i=x-x0，dy_i=y-y0，重复步骤a1）~a4）m次，得到重心偏差：dx_1, dy_1, dx_2, dy_2, …, dx_m, dy_m；如果|dx_1|, |dx_2|, …, |dx_m|或|dy_1|, |dy_2|, …, |dy_m|不断变大，则即使承载重心与理论重心之间的偏差仍在阈值范围内，仍然认为存在倾倒风险，并根据dx_m或dy_m的正负判断倾倒方向。

本发明还提供了一种基于上述识别方法预防倾倒风险的方法，包括预防AGV行驶过程中货物倾倒和预防AGV举升过程中货物倾倒。

预防AGV行驶过程中货物倾倒包括以下步骤：

b1）将AGV行驶路径上的路面信息输入AGV主控单元，所述路面信息包括易倾倒位置信息；

b2）当AGV行驶至易倾倒位置前时，充分减速至速度v1；

b3）在经过所述易倾倒位置路段时，以速度v1行进，并实时进行重心检测和倾倒风险识别；

b4）当识别到存在倾倒风险时，停车退回；

b5）重复步骤b3）~b4），如果连续行进k次均存在倾倒风险，则停车等待并报警告知上位机系统。

预防AGV举升过程中货物倾倒包括以下步骤：

c1）AGV按照正常工作模式行驶至货物下方，对准、停车；

c2）AGV将举升装置以速度v2升起，同时进行重心检测，在上托板碰到货物，即称重传感器的称重值发生突变时，将升起速度降低至v3，并继续提升货物一定高度h，以保证各称重传感器能准确称重并检测到重心，如v3为5mm/s，h为5mm；

c3）检测实际承载重心相对于预设重心的偏移值，取为(dx, dy)，判断偏差值是否在阀值范围内，是则不作调整，否则AGV放下货物，并行驶至与当前位置相差(-dx, -dy)的位置；

c4）AGV再次举升并检测新的承载重心，与预设重心再次进行比对，如果偏差值在阈值范围内，则调整完成，否则再次进行调整；

c5）如果连续调整q次都调整失败，则停车等待并报警。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种潜伏式AGV重心检测装置，其特征在于，包括设于AGV车身内的不少于2个称重传感器、上托板、下托板、信号处理单元和AGV主控单元，所述下托板固定于AGV举升装置上，所述称重传感器分布于下托板上，所述上托板设置于称重传感器上，以放置需承载的货物，所述信号处理单元与称重传感器连接，以采集称重传感器数据并计算重心，所述信号处理单元与AGV主控单元连接，以发送数据给AGV主控单元进行倾倒风险识别及预防。

2.根据权利要求1所述的潜伏式AGV重心检测装置，其特征在于，所述称重传感器为拉压力传感器。

3.根据权利要求2所述的潜伏式AGV重心检测装置，其特征在于，所述拉压力传感器为轮辐式拉压力传感器。

4.根据权利要求1所述的潜伏式AGV重心检测装置，其特征在于，所述称重传感器均匀分布于下托板上，所述称重传感器均布的中心与AGV举升装置的中心、上托板及下托板的几何中心在同一竖直线上或设定的误差范围内，以使称重传感器均布的中心与AGV承载重心一致或接近。

5.一种基于权利要求1-4任一项所述装置识别倾倒风险的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a1）根据各称重传感器的安装位置，将各称重传感器的位置数据输入信号处理单元和AGV主控单元，假定各称重传感器的位置分别为(x1, y1)，(x2, y2)，…，(xn, yn)，理论重心位置为(x0, y0)，则x0=(x1+x2+…+xn)/n，y0=(y1+y2+…+yn)/n；

a2）采集每个称重传感器的称重值，并求出总称重值，假设第一个称重传感器的称重值为g1，第二个为g2，…，第n个为gn，则总称重值为gs=(g1+g2+…+gn)；

a3）计算出承载重心位置(x, y)，其中x=(g1*x1+g2*x2+…+gn*xn)/gs，y=(g1*y1+g2*y2+…+gn*yn)/gs；

a4）比较计算承载重心位置(x, y)与理论重心位置(x0, y0)之间的偏差；

a5）设置阀值a和b，分别用于表示x和y方向的允许偏差，当(x0-a)≤x≤(x0+a)且(y0-b) ≤y≤(y0+b)时，认为不存在倾倒风险，当x<(x0-a)或x>(x0+a)或y<(y0-b)或y>(y0+b)时，即认为存在倾倒风险，并根据x、y的取值判断倾倒方向。

6.根据权利要求5所述的识别倾倒风险的方法，其特征在于，设置回差值ha和hb，分别用于表示x和y方向的回差，假定前一时刻状态为重心正常状态，即不存在倾倒风险，则仅当x<(x0-a-ha)或x>(x0+a+ha)或y<(y0-b-hb)或y>(y0+b+hb)时，才认为存在倾倒风险；假定前一时刻存在倾倒风险，即出现了x<(x0-a-ha)或x>(x0+a+ha)或y<(y0-b-hb)或y>(y0+b+hb)，则仅当x<(x0-a+ha)或x>(x0+a-ha)或y<(y0-b+hb)或y>(y0+b-hb)时，才认为倾倒风险解除。

7.根据权利要求5所述的识别倾倒风险的方法，其特征在于，当任一称重传感器的称重值出现负值时，即认为对应的方向存在倾倒风险。

8.根据权利要求5所述的识别倾倒风险的方法，其特征在于，在步骤a4）中，记承载重心(x, y)与理论重心(x0, y0)之间的偏差为dx_i=x-x0，dy_i=y-y0，重复步骤a1）~a4）m次，得到重心偏差：dx_1, dy_1, dx_2, dy_2, …, dx_m, dy_m；如果|dx_1|, |dx_2|, …, |dx_m|或|dy_1|, |dy_2|, …, |dy_m|不断变大，则即使承载重心与理论重心之间的偏差仍在阈值范围内，仍然认为存在倾倒风险，并根据dx_m或dy_m的正负判断倾倒方向。

9.一种基于权利要求5-8任一项所述方法预防倾倒风险的方法，其特征在于，按以下步骤预防AGV行驶过程中货物倾倒：

b1）将AGV行驶路径上的路面信息输入AGV主控单元，所述路面信息包括易倾倒位置信息；

b2）当AGV行驶至易倾倒位置前时，充分减速至速度v1；

b3）在经过所述易倾倒位置路段时，以速度v1行进，并实时进行重心检测和倾倒风险识别；

b4）当识别到存在倾倒风险时，停车退回；

b5）重复步骤b3）~b4），如果连续行进k次均存在倾倒风险，则停车等待并报警告知上位机系统。

10.根据权利要求9所述的预防倾倒风险的方法，其特征在于，按以下步骤预防AGV举升过程中货物倾倒：

c1）AGV按照正常工作模式行驶至货物下方，对准、停车；

c2）AGV将举升装置以速度v2升起，同时进行重心检测，在上托板碰到货物，即称重传感器的称重值发生突变时，将升起速度降低至v3，并继续提升货物一定高度h；

c3）检测实际承载重心相对于预设重心的偏移值，取为(dx, dy)，判断偏差值是否在阀值范围内，是则不作调整，否则AGV放下货物，并行驶至与当前位置相差(-dx, -dy)的位置；

c4）AGV再次举升并检测新的承载重心，与预设重心再次进行比对，如果偏差值在阈值范围内，则调整完成，否则再次进行调整；

c5）如果连续调整q次都调整失败，则停车等待并报警。

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