CN111376789A - Agv电池充电管理方法、系统和计算机可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及自主无人运输机器人，公开了AGV电池充电管理方法、系统和计算机可读存储介质，方法包括：接收电池更换指令；定位充电仓，并获取电池塔中的电池电量信息；基于视觉矫正，确定AGV中电池位置，以驱动机械手从AGV中取出缺电电池，并将缺电电池放至S2中定位的充电仓，并取出满电电池放至AGV。实现了自动将AGV中的缺电电池取出以单独对电池进行充电，并替换成满电电池，从而不影响AGV正常工作，有效提高了AGV的工作效率；同时通过视觉矫正，以计算当前AGV的像素坐标，从而便于计算机械手与AGV上电池位置的相对偏差，从而实现了机械手抓取AGV上电池时位置的精准定位，从而使充电过程更加前稳定可靠。

Description

AGV电池充电管理方法、系统和计算机可读存储介质
技术领域
本发明属于自主无人运输机器人领域，尤其涉及AGV 电池充电管理方法、系统和计算机可读存储介质。
背景技术
随着自动引导运输车（AGV）技术的快速发展与成熟，其逐渐应用到工厂、仓库、物流等多种生产工作环境中，用于替代传统的人工搬运，对于提高生产效率具有十分重要的意义。
在常见的应用场景中，往往需要多台AGV在无人管理、维护的条件下工作，而一辆满电量的AGV小车通常只能持续运行几个小时的时间，因此，需要对所有AGV及充电设备进行管理，实现AGV小车的自动有序充电。
目前，传统的多AGV系统中，AGV小车在运行时，会通过相关电路对电池电量进行实时监控，当检测电压低于设定参考电压时，AGV进入“电量不足”状态，向多AGV电量管理与调度系统发送消息，调度系统为其寻找充电站进行充电，AGV会从工作现场行走到充电桩位置进行自动充电。充电完成后AGV自动脱离充电系统使向工作区或待命区投入正常运行，
但是，上述过程虽然实现了全部无人操作的自动化，但是，一般情况下，每台AGV充电需要花费3小时的时间，这段时间内，AGV需要暂停工作，因此，每台AGV的有效工作效率最多只有80%，另外，多AGV系统中，当多台AGV同时需要充电时，会出现单台或多台AGV等待的现象，使得一些AGV可能又产生额外的等待时间，因此进一步降低了工作效率。
为了解决上述问题，申请公布号为CN108909514A公开的基于自动电池更换的多AGV电量管理系统及方法，该系统中包含一个换电站，换电站具备同时对多块缺电电池充电的功能，而充满电的电池自动进入换电等待区，等待下一辆缺电AGV小车进行电池更换。还包含一套电量管理调度系统，该系统通过与系统内所有AGV小车的通讯，获取这些小车的位置与剩余电量，自动选择合适的小车以进入换电站进行换电池操作，确保所有小车在安全电量上运行的同时提升换电效率。相比上述传统的AGV自动对接充电技术，本发明系统采用的电池更换技术极大的压缩了AGV充电所需的时间。但是，虽然在充电时候，AGV按照AGV交通管制系统的控制自动巡航至待充电位置，但是AGV到位后一般会存在±10mm的位置误差，而此误差会影响对电池的抓取。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一在于提供AGV 电池充电管理方法，其实现了自动调度电量不足的AGV至电池塔位置，并将AGV中的缺电电池取出以单独对电池进行充电，并替换成满电电池，从而不影响AGV正常工作，有效提高了AGV的工作效率，同时其在对AGV更换电池时能够对电池位置进行精准定位，从而使充电过程更加前稳定可靠。
本发明公开的AGV 电池充电管理方法，该方法包括以下步骤：
S1：接收电池更换指令；
S2：定位充电仓，并获取电池塔中的电池电量信息；
S3：基于视觉矫正，确定AGV中电池位置，以驱动机械手从AGV中取出缺电电池，并将缺电电池放至S2中定位的充电仓，并取出满电电池放至AGV。
通过采用上述技术方案，在接收电池跟换指令后，首先检测电池塔确定将AGV上替换下来的缺电电池放至哪个电池仓进行充电，以及抓取哪个满电电池放入AGV中，然后通过视觉矫正，以计算当前AGV的像素坐标，从而便于计算机械手与AGV上电池位置的相对偏差，从而实现了机械手抓取AGV上电池时位置的精准定位，从而使充电过程更加前稳定可靠，最后通过驱动机械手从AGV中取出缺电电池，并将缺电电池放至S2中定位的充电仓，并取出满电电池放至AGV。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：S2包括：
S21：访问电池塔充电仓，定位一空仓充电仓；
S22：按照设定顺序依次检测充电仓中电池电量信息，当检测到一电池的电量信息达到预设值时，标记该电池位置，并停止检测。
通过采用上述技术方案，按照设定的顺序，比如从第一个开始，依次访问电池塔充电仓，寻找并定位一空仓充电仓，在依次访问充电仓时，只要检测到有空仓即停止空仓充电仓的检测并对空仓电池仓位置进行标记，然后按照设定顺序依次检测充电仓中电池电量信息，比如从第一个开始，当检测到一电池的电量信息达到预设值时，标记该电池位置，只要检测到有电池的电量信息达到预设值时即停止电池电量的检测，并对该电池位置进行标记。无需对所有的电池仓及电池进行检测，从而提高了相应效率。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：S3包括：
S31：基于视觉矫正，获取AGV上电池位置信息；
S32：计算机械手位置与AGV上电池位置的相对偏差数据；
S33：根据相对偏差数据驱动机械手移动至AGV上电池位置，以取出缺电电池放至S2中定位的空仓充电仓；
S34：驱动机械手移动至S22中标记的电池位置以取出该电池并放至AGV。
通过采用上述技术方案，首先获取AGV上的电池位置，然后计算机械手与AGV上电池位置之间的相对偏差（即矢量距离），以便于控制机械收移动至AGV上电池位置准确抓取电池。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：S31具体包括：
S311：接收AGV标识信息，同时通过相机获取AGV上预先标定的标记点的位置信息；
S312：调取对应标识信息的AGV预先存储的模板文件，以获取该AGV上电池位置与预先标定的标记点的位置关系数据，从而得到AGV的像素坐标；
S313：将AGV的像素坐标转换成世界坐标。
通过采用上述技术方案，在AGV 电池充电管理系统投入正常使用前，需要注意对每辆AGV进行标定工作，即在AGV上设定一个标记点，并计算得到标记点与AGV上电池抓取位置的位置关系数据，并将各位置关系数据按照AGV对应的表示信息存储成模板数据，从而方便调取，以计算当前AGV的像素坐标，从而便于计算机械手与AGV上电池位置的相对偏差。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：在S1前包括S0：首先接收查询指令，接收查询指令后检测电池塔是否可充电，包括检测电池塔是否在工作，以及访问电池塔充电仓，检测是否存在空仓充电仓，并反馈检测结果。
通过采用上述技术方案，该查询指令即询问AGV 电池充电管理系统当前是否可接受新电池充电，AGV 电池充电管理系统接收查询指令后访问电池塔，检测电池塔当前是否正常工作，若电池塔当前不能正常工作，及为故障状态则反馈结果至AGV交通管制系统，若电池塔当前正正常工作，则继续访问电池塔充电仓，检测是否存在空仓充电仓，并反馈检测结果，并待进入S1。若检测到电池塔当前为非正常工作状态或当前没有空仓充电仓，则AGV电池充电管理系统会按着预先设定的时间间隔连续循环接收AGV交通管制系统发送的查询指令，直至检测到电池塔中存在空仓充电仓后反馈检测结果，并待进入S1。
本发明第二目的在于提供AGV 电池充电管理系统，其实现了自动调度电量不足的AGV至电池塔位置，并将AGV中的缺电电池取出以单独对电池进行充电，并替换成满电电池，从而不影响AGV正常工作，有效提高了AGV的工作效率，同时其在对AGV更换电池时能够对电池位置进行精准定位，从而使充电过程更加前稳定可靠。
本发明公开的AGV 电池充电管理系统，与AGV交通管制系统通信，包括处理器、与处理器连接的存储器，及存储于所述存储器上并可在所述处理器中运行的AGV 电池充电管理程序，所述AGV 电池充电管理程序被所述处理器执行实现如权利要求至中任一所述的AGV 电池充电管理方法步骤； 还包括：
调度通信单元，与所述AGV交通管制系统通信，同时与处理器连接，以接收AGV交通管制系统的查询指令及电池更换指令；
电池更换策略单元，与处理器连接，用于定位空仓充电仓，及检测识别满电电池；
视觉矫正单元，与处理器连接，用于获取AGV中电池位置；
机械手位置计算单元，与处理器连接，基于视觉矫正，计算机械手位置与AGV上电池位置的相对偏差数据。
通过采用上述技术方案，调度通信单元，实现了接收AGV交通管制系统的查询指令及电池更换指令；电池更换策略单元实现了定位空仓充电仓，及检测识别满电电池；视觉矫正单元，实现了获取AGV中电池位置；机械手位置计算单元实现了计算机械手位置与AGV上电池位置的相对偏差数据。在接收电池跟换指令后，首先检测电池塔确定将AGV上替换下来的缺电电池放至哪个电池仓进行充电，以及抓取哪个满电电池放入AGV中，然后通过视觉矫正，以计算当前AGV的像素坐标，从而便于计算机械手与AGV上电池位置的相对偏差，从而实现了机械手抓取AGV上电池时位置的精准定位，从而使充电过程更加前稳定可靠，最后通过驱动机械手从AGV中取出缺电电池，并将缺电电池放至S2中定位的充电仓，并取出满电电池放至AGV。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述视觉矫正单元包括模型文件库及坐标转换单元，所述模型文件库中按照AGV标识信息分类存储有各AGV的模板文件，所述模板文件为AGV上电池位置与预先标定的标记点的位置关系数据，坐标转换单元用于将AGV的像素坐标转换成世界坐标。
通过采用上述技术方案，在AGV 电池充电管理系统投入正常使用前，需要注意对每辆AGV进行标定工作，即在AGV上设定一个标记点，然后预先制作各AGV对应的定位模板文件，即得到标记点与AGV上电池抓取位置的位置关系数据，并将各位置关系数据按照AGV对应的表示信息存储成模板数据，从而方便调取；在实际工作时，通过标记点的当前位置与对应的定位模板文件进行比对、计算当前AGV的像素坐标，再根据当前AGV的像素坐标计算机械手与AGV上电池位置的相对偏差。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括IO信号采集及输出单元与所述处理器连接，所述IO信号采集及输出单元与充电塔上充电仓内的传感器连接，当机械手抓取缺电电池放至充电仓时，当传感器检测到电池到位后通过IO信号采集及输出单元反馈信号至处理器。
通过采用上述技术方案，实现了电池放入电池仓内的到位检测反馈。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括界面单元与所述处理器连接，所述界面单元实现了人机交互。
通过采用上述技术方案，方便工作人员控制AGV 电池充电管理系统。
本发明的第三目的在于提供一种计算机可读存储介质，其用于存储AGV 电池充电管理程序。
一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有AGV 电池充电管理程序，所述AGV 电池充电管理程序被处理器执行实现上述AGV 电池充电管理方法步骤。
通过采用上述技术方案，提供了AGV 电池充电管理程序的载体。
综上所述，本发明提供的AGV 电池充电管理系统及方法包括以下至少一种有益技术效果：
1.实现了自动调度电量不足的AGV至电池塔位置，并将AGV中的缺电电池取出以单独对电池进行充电，并替换成满电电池，从而不影响AGV正常工作，有效提高了AGV的工作效率；
2.通过对每辆AGV进行标定工作，即在AGV上设定一个标记点，然后预先制作各AGV对应的定位模板文件，即得到标记点与AGV上电池抓取位置的位置关系数据，并将各位置关系数据按照AGV对应的表示信息存储成模板数据，从而方便调取；在实际工作时，通过标记点的当前位置与对应的定位模板文件进行比对、计算当前AGV的像素坐标，再根据当前AGV的像素坐标计算机械手与AGV上电池位置的相对偏差，从而实现了机械手抓取AGV上电池时位置的精准定位，从而使充电过程更加前稳定可靠。
附图说明
图1为本发明提供的AGV 电池充电管理方法的流程图；
图2为图1中S0的具体方法流程图；
图3为图1中定位充电仓，并获取电池塔中的电池电量信息的方法流程图；
图4为图1中S3的具体方法流程图；
图5为图4中获取AGV上电池位置信息的方法流程图；
图6为本发明提供的AGV 电池充电管理系统的系统构成图；
图7为图6中视觉矫正单元的结构示意图。
图中，1、处理器；2、存储器；3、调度通信单元；4、电池更换策略单元；5、视觉矫正单元；51、模型文件库；52、坐标转换单元；6、界面单元；7、机械手位置计算单元；8、IO信号采集及输出单元。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明披露了AGV 电池充电管理方法及系统，该系统与AGV交通管制系统通信，AGV交通管制系统为AGV 电池充电管理系统的上层系统，而本发明仅仅在于公开AGV 电池充电管理方法及系统。
如图1所示，本发明披露的AGV 电池充电管理方法包括以下步骤：
S0：AGV 电池充电管理系统接收AGV交通管制系统发送的查询指令，该查询指令即询问AGV 电池充电管理系统当前是否可接受新电池充电，AGV 电池充电管理系统接收查询指令后访问电池塔，检测电池塔当前是否正常工作，如图2所示，若电池塔当前不能正常工作，及为故障状态则反馈结果至AGV交通管制系统，若电池塔当前正正常工作，则继续访问电池塔充电仓，检测是否存在空仓充电仓，并反馈检测结果，并待进入S1。若检测到电池塔当前为非正常工作状态或当前没有空仓充电仓，则AGV 电池充电管理系统会按预先设定的时间间隔连续循环接收AGV交通管制系统发送的查询指令，直至检测到电池塔中存在空仓充电仓后反馈检测结果，并待进入S1（在此过程之前，AGV已经在AGV交通管制系统的控制下运行至以特定位置等待充电）；
在本发明此实施方式中，在S0之前，AGV交通管制系统按预先设定的时间间隔连续循环获取各AGV电池电量，或AGV按预先设定的时间间隔向AGV交通管制系统提交电量信息，或AGV在电池电量达到最低阈值时向AGV交通管制系统提交充电请求。AGV交通管制系统检测到或获取AGV电量不足信息后向AGV 电池充电管理系统发送上述查询指令。
S1：接收AGV交通管制系统发送的电池更换指令（与此同时，AGV已经在AGV交通管制系统的控制下运行至预先定位的充电位置等待更换电池）。
S2：定位充电仓，并获取电池塔中的电池电量信息，如图3所示，包括 ：
S21：按照设定的顺序，比如从第一个开始，依次访问电池塔充电仓，寻找并定位一空仓充电仓，在依次访问充电仓时，只要检测到有空仓即停止空仓充电仓的检测并对空仓电池仓位置进行标记，并进入S22；
S22：按照设定顺序依次检测充电仓中电池电量信息，比如从第一个开始，当检测到一电池的电量信息达到预设值时，标记该电池位置，只要检测到有电池的电量信息达到预设值时即停止电池电量的检测，并对该电池位置进行标记。
S3：基于视觉矫正，以驱动机械手从AGV中取出缺电电池，并将缺电电池放至S2中定位的充电仓，并取出满电电池放至AGV，如图4所示，具体包括：
S31：基于视觉矫正，获取AGV上电池位置信息；
其中，如图5所示，获取AGV上电池位置信息的具体步骤为：
S311：接收AGV标识信息，每一AGV均预先设有唯一标识信息，通过唯一标识信息以区分各AGV；同时通过电池塔上设置的相机对已经停设在充电位置等待更换电池的AGV进行拍照，获取AGV上预先标定的标记点的位置信息；
S312：调取对应标识信息的AGV预先存储的模板文件，以获取该AGV上电池位置与预先标定的标记点的位置关系数据，从而得到AGV的像素坐标；虽然在充电时候，AGV按照AGV交通管制系统的控制自动巡航至待充电位置，但是AGV到位后一般会存在±10mm的位置误差，而此误差会影响对电池的抓取，因此需要准确计算机械手与AGV上电池位置的相对偏差，以便于机械手准确抓取电池，在AGV 电池充电管理系统投入正常使用前，需要注意对每辆AGV进行标定工作，即在AGV上设定一个标记点，并计算得到标记点与AGV上电池抓取位置的位置关系数据，并将各位置关系数据按照AGV对应的表示信息存储成模板数据，从而方便调取，以计算当前AGV的像素坐标，从而便于计算机械手与AGV上电池位置的相对偏差；
S313：将AGV的像素坐标转换成机械手的世界坐标。
然后进入以下步骤：
S32：计算机械手位置与AGV上电池位置的相对偏差数据；
S33：根据相对偏差数据驱动机械手移动至AGV上电池位置，以取出缺电电池放至S2中定位的空仓充电仓；
S34：驱动机械手移动至S22中标记的电池位置以取出该电池并放至AGV。
其中，上述对AGV进行标定的方法为：驱动机械手抓取臂至机械手能够抓取臂抓取AGV上电池的标准抓取位置；在AGV上标记一标定点，并移动AGV至标准电池更换位置；通过电池塔上的相机获取标定点的标准像素坐标，并将标准像素坐标存储成定位模板文件。
本发明还披露了计算机可读存储介质以及AGV 电池充电管理系统，计算机可读存储介质上存储有AGV 电池充电管理程序。
如图6所示，本发明披露的AGV 电池充电管理系统包括处理器1、与处理器1连接的存储器2，及存储于存储器2上并可在处理器1中运行的AGV 电池充电管理程序，AGV 电池充电管理程序被处理器1执行实现上述AGV 电池充电管理方法步骤；
如图6所示，本发明披露的AGV 电池充电管理系统还包括：
与处理器1连接的调度通信单元3，调度通信单元3与AGV交通管制系统通信，以接收AGV交通管制系统的查询指令及电池更换指令；
电池更换策略单元4，与处理器1连接，其用于检测、定位空仓充电仓，及检测识别满电电池，确定缺电电池放至哪个电池仓进行充电，以及抓取哪个满电电池以放入AGV；
视觉矫正单元5，与处理器1连接，其用于获取AGV中电池位置，与电池塔上的相机连接，获取相机拍摄的照片、如图7所示，视觉矫正单元5包括模型文件库51及坐标转换单元52，模型文件库51中按照AGV标识信息分类存储有各AGV的模板文件，模板文件为AGV上电池位置与预先标定的标记点的位置关系数据，坐标转换单元52用于将AGV的像素坐标转换成机械手的世界坐标；
机械手位置计算单元7，与处理器1连接，基于视觉矫正，以计算机械手位置与AGV上电池位置的相对偏差数据；
IO信号采集及输出单元8，与处理器1连接，IO信号采集及输出单元8与充电塔上充电仓内的传感器连接，当机械手抓取缺电电池放至充电仓时，当传感器检测到电池到位后通过IO信号采集及输出单元8反馈信号至处理器1；
界面单元6与处理器1连接，以实现了人机交互。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.AGV 电池充电管理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1：接收电池更换指令；
S2：定位充电仓，并获取电池塔中的电池电量信息；
S3：基于视觉矫正，确定AGV中电池位置，以驱动机械手从AGV中取出缺电电池，并将缺电电池放至S2中定位的充电仓，并取出满电电池放至AGV。
2.根据权利要求1所述的AGV 电池充电管理方法，其特征在于，S2包括：
S21：访问电池塔充电仓，定位一空仓充电仓；
S22：按照设定顺序依次检测充电仓中电池电量信息，当检测到一电池的电量信息达到预设值时，标记该电池位置，并停止检测。
3.根据权利要求2所述的AGV 电池充电管理方法，其特征在于，S3包括：
S31：基于视觉矫正，获取AGV上电池位置信息；
S32：计算机械手位置与AGV上电池位置的相对偏差数据；
S33：根据相对偏差数据驱动机械手移动至AGV上电池位置，以取出缺电电池放至S2中定位的空仓充电仓；
S34：驱动机械手移动至S22中标记的电池位置以取出该电池并放至AGV。
4.根据权利要求3所述的AGV 电池充电管理方法，其特征在于，S31具体包括：
S311：接收AGV标识信息，同时通过相机获取AGV上预先标定的标记点的位置信息；
S312：调取对应标识信息的AGV预先存储的模板文件，以获取该AGV上电池位置与预先标定的标记点的位置关系数据，从而得到AGV的像素坐标；
S313：将AGV的像素坐标转换成世界坐标。
5.根据权利要求1-4中任一所述的AGV 电池充电管理方法，其特征在于，在S1前包括S0：首先接收查询指令，接收查询指令后检测电池塔是否可充电，包括检测电池塔是否在工作，以及访问电池塔充电仓，检测是否存在空仓充电仓，并反馈检测结果。
6.AGV 电池充电管理系统，与AGV交通管制系统通信，其特征在于，包括处理器（1）、与处理器（1）连接的存储器（2），及存储于所述存储器（2）上并可在所述处理器（1）中运行的AGV 电池充电管理程序，所述AGV 电池充电管理程序被所述处理器（1）执行实现如权利要求1至5中任一所述的AGV 电池充电管理方法步骤； 还包括：
调度通信单元（3），与所述AGV交通管制系统通信，同时与处理器（1）连接，以接收AGV交通管制系统的查询指令及电池更换指令；
电池更换策略单元（4），与处理器（1）连接，用于定位空仓充电仓，及检测识别满电电池；
视觉矫正单元（5），与处理器（1）连接，用于获取AGV中电池位置；
机械手位置计算单元（7），与处理器（1）连接，基于视觉矫正，计算机械手位置与AGV上电池位置的相对偏差数据。
7.根据权利要求6所述的AGV 电池充电管理系统，其特征在于，所述视觉矫正单元（5）包括模型文件库（51）及坐标转换单元（52），所述模型文件库（51）中按照AGV标识信息分类存储有各AGV的模板文件，所述模板文件为AGV上电池位置与预先标定的标记点的位置关系数据，坐标转换单元（52）用于将AGV的像素坐标转换成世界坐标。
8.根据权利要求6所述的AGV 电池充电管理系统，其特征在于，还包括IO信号采集及输出单元（8）与所述处理器（1）连接，所述IO信号采集及输出单元（8）与充电塔上充电仓内的传感器连接，当机械手抓取缺电电池放至充电仓时，当传感器检测到电池到位后通过IO信号采集及输出单元（8）反馈信号至处理器（1）。
9.根据权利要求6所述的AGV 电池充电管理系统，其特征在于，还包括界面单元（7）与所述处理器（1）连接，所述界面单元（7）实现了人机交互。
10.计算机可读存储介质，其特征在于，计算机可读存储介质上存储有AGV 电池充电管理程序，所述AGV 电池充电管理程序被处理器（1）执行实现如权利要求1至5中任一所述的AGV 电池充电管理方法步骤。
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