CN111596659A - 基于麦克纳姆轮的自动导引车及系统 - Google Patents

基于麦克纳姆轮的自动导引车及系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种基于麦克纳姆轮的自动导引车及系统，该自动导引车包括车体和定位装置；车体包括装载平台和设置于装载平台上的麦克纳姆轮机构；定位装置的第一二维激光雷达和第二二维激光雷达分别设置于车体的装载面的相对的两侧；所述第一二维激光雷达和所述第二二维激光雷达的总平面工作区域至少覆盖围绕车体的检测区；第一二维激光雷达获取其平面工作区域的第一环境信息，并生成第一数据信息；第二二维激光雷达获取其平面工作区域的第二环境信息，并生成第二数据信息；所述数据处理器根据第一数据信息和第二数据信息，构建当前第一二维激光雷达和第二二维激光雷达的总平面工作区域的二维地图，以及获取车体的当前位置信息。

Description

基于麦克纳姆轮的自动导引车及系统
技术领域
本发明实施例涉及智能机器人技术领域，尤其涉及一种麦克纳姆轮的自动导引车及系统。
背景技术
自动导引车因具有自动化程度高、安全、灵活等特点，其能够对物料进行自动运输、装载和卸载等，以达到节省人力成本的目的，从而被广泛应用于仓储物流、机械制造等行业中。
但是，随着自动导引车应用领域的多样化，如何提高自动导引车的定位精度、负载能力以及灵活性，是当前亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种基于麦克纳姆轮的自动导引车及系统，能够提高自动导引车的定位精度、负载能力以及操作灵活性。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于麦克纳姆轮的自动导引车，包括：车体和定位装置；
所述车体包括装载平台和设置于所述装载平台上的麦克纳姆轮机构；其中，所述麦克纳姆轮机构包括麦克纳姆轮和与所述麦克纳姆轮一一对应设置的驱动电机；所述驱动电机驱动所述麦克纳姆轮转动；
所述定位装置包括第一二维激光雷达、第二二维激光雷达和数据处理器；所述第一二维激光雷达和所述第二二维激光雷达分别设置于所述车体的装载面的相对的两侧；其中，围绕所述车体的平面区域为检测区，所述检测区的宽度为L；所述第一二维激光雷达和所述第二二维激光雷达的总平面工作区域至少覆盖所述检测区；
所述第一二维激光雷达用于获取所述第一二维激光雷达的平面工作区域的第一环境信息，并根据所述第一环境信息生成第一数据信息；
所述第二二维激光雷达用于获取所述第二二维激光雷达的平面工作区域的第二环境信息，并根据所述第二环境信息生成第二数据信息；
所述数据处理器分别与所述第一二维激光雷达和所述第二二维激光雷达电连接；所述数据处理器用于接收所述第一数据信息和所述第二数据信息，并根据所述第一数据信息和所述第二数据信息，构建当前所述第一二维激光雷达和所述第二二维激光雷达的总平面工作区域的二维地图，以及获取所述车体的当前位置信息。
可选的，所述车体的平面外围轮廓为矩形；
所述矩形平台包括第一侧边、第二侧边、第三侧边和第四侧边，所述第一侧边与所述第二侧边相对，所述第三侧边与所述第四侧边相对；
所述第一二维激光雷达设置于所述第一侧边与所述第三侧边的夹角位置处；所述第二二维激光雷达设置于所述第二侧边与所述第四侧边的夹角位置处。
可选的，由所述第四侧边指向所述第三侧边的方向为第一方向；有所述第三侧边指向所述第四侧边的方向为第二方向；
所述第一二维激光雷达的主轴的延伸方向与所述第一方向的夹角θ1为45°；所述第二二维激光雷达的主轴的延伸方向与所述第二方向的夹角θ2为45°。
可选的，所述第一二维激光雷达的工作区域为第一扇形，所述第二二维激光雷达的工作区域为第二扇形；
所述第一扇形与所述第二扇形具有两个交叠区域，且两个所述交叠区域位于所述车体相对的两侧。
可选的，所述第一扇形的角弧度α和所述第二扇形的角弧度β均大于等于270°。
可选的，所述第一扇形的半径r1和所述第二扇形的半径r2均大于L。
可选的，所述数据处理器包括数据获取模块、数据融合模块和SLAM模块；
所述数据获取模块用于获取所述第一数据信息和所述第二数据信息，并将所述第一数据信息和所述第二数据信息发送至所述数据融合模块；
所述数据融合模块用于将所述第一数据信息和所述第二数据信息转化为点云数据，并匹配拼接所述点云数据，获取拼接点云数据；
所述SLAM模块用于采用SLAM算法，根据所述拼接点云数据，构建当前所述第一二维激光雷达和所述第二二维激光雷达的总平面工作区域的二维地图，以及获取所述车体的当前位置信息。
可选的，所述数据处理器还包括驱动控制模块；
所述驱动控制模块用于根据所述二维地图以及所述车体的当前位置信息控制各所述驱动电机的运行状态。
第二方面，本发明实施例提供了一种基于麦克纳姆轮的自动导引车系统，包括：控制器和至少一个上述自动导引车；
所述控制器用于控制各所述自动导引车的运行状态。
本发明实施例提供了一种基于麦克纳姆轮的自动导引车及系统，该自动导引车包括车体和定位装置，该自动导引车的车体中设置有麦克纳姆轮机构，从而能够实现任意方位的灵活运动；且该麦克纳姆轮机构的驱动电机与麦克纳姆轮一一对应设置，使得一个驱动电机能够驱动一个麦克纳姆轮，以使该麦克纳姆轮机构具有较强的驱动能力，可以采用该麦克纳姆轮机构的车体的装载平台能够装载较重的物品，从而能够提高自动导引车的负载能力；同时，该自动导引车的定位装置中设置有两个二维激光雷达，该两个二维激光雷达的总平面工作区域覆盖围绕车体的检测区，以能够对车体周围360°方向的区域进行检测，防止出现检测盲区，影响定位准确度，从而能够提高自动导引车的定位精度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种自动导引车的结构框图；
图2是本发明实施例提供的一种自动导引车的车体的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种自动导引车的车体的俯视结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种自动导引车的定位装置的结构框图；
图5是本发明实施例提供的又一种自动导引车的车体的俯视结构示意图；
图6是本发明实施例提供的又一种自动导引车的结构框图；
图7是本发明实施例提供的一种自动导引车系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明实施例提供一种基于麦克纳姆轮的自动导引车，该自动导引车能够应用于仓储物流、机械制造等行业中。图1是本发明实施例提供的一种自动导引车的结构框图。如图1所示，该自动导引车100的车体10包括装载平台和设置于该装载平台上的麦克纳姆轮机构；其中，麦克纳姆轮机构包括麦克纳姆轮和与该麦克纳姆轮一一对应设置的驱动电机；该驱动电机能够驱动相应的麦克纳姆轮转动。
示例性的，图2是本发明实施例提供的一种自动导引车的车体的结构示意图。该车体10包括装载平台11和麦克纳姆轮机构，且麦克纳姆轮机构可通过安装支架(图中未示出)安装于装载平台11上。其中，该装载平台11可以为矩形、圆形、三角形、异形图形等中的任意一种。以装载平台11为矩形形状为例，设置于该装载平台11上的麦克纳姆轮机构包括四个麦克纳姆轮12和与该四个麦克纳姆轮12一一对应设置的驱动电机(图中未示出)，驱动电机能够驱动相应的麦克纳姆轮12进行转动。而麦克纳姆轮12包括主轮121和设置于主轮121上的多个副轴轮122，该副轴轮122的转动方向与主轮的转动方向呈45度夹角，在驱动电机驱动麦克纳姆轮12进行转动时，该麦克纳姆轮12的主轮121的旋转方向Vw分解到与主轮121的旋转方向呈45度角的副轴轮122的旋转方向Vr，以通过相应的驱动电机驱动相应的麦克纳姆轮，从而无需转动车体10即可使车体10朝向各个方向运动，提高自动导引车的运动灵活性；相应的，由于麦克纳姆轮机构的每个麦克纳姆轮12对应设置有一个驱动电机，使得该自动导引车具有较强的驱动能力，从而能够使自动导引车具有较强的负重能力。
继续参考图1所示，自动导引车100中还设置有定位装置20，该定位装置20包括第一二维激光雷达、第二二维激光雷达和数据处理器，且第一二维激光雷达和第二二维激光雷达分别设置于车体10的装载面的相对的两侧；其中，围绕车体10的平面区域为检测区，该检测区的宽度为L；第一二维激光雷达和第二二维激光雷达的总平面工作区域至少覆盖该检测区。
示例性的，图3是本发明实施例提供的一种自动导引车的车体的俯视结构示意图，图4是本发明实施例提供的一种自动导引车的定位装置的结构框图。结合图3和图4所示，车体10的装载面可以为自动导引车所装载的物料与车体10的接触面；此时，宽度为L的检测区110围绕车体10，即当车体10的俯视形状的外围轮廓为矩形时，该车体10的外围轮廓可以包括第一侧边101、第二侧边102、第三侧边103和第四侧边104，且第一侧边101和第二侧边102相对，第三侧边103和第四侧边104相对，第一侧边101、第二侧边102、第三侧边103和第四侧边104至检测区110的外围边界之间的直线距离均为L。此时，第一二维激光雷达21和第二二维激光雷达22可分别设置于相对的第一侧边101侧和第二侧边102侧；或者，第一二维激光雷达21和第二二维激光雷达22可分别设置于相对的第三侧边103侧和第四侧边104侧；或者，第一二维激光雷达21和第二二维激光雷达22分别设置于矩形的两个对角位置。其中，以第一二维激光雷达21设置于第一侧边101和第三侧边103的夹角位置处，第二二维激光雷达22设置于第二侧边102和第四侧边103的夹角位置处为例。设置于第一侧边101和第三侧边103的夹角位置处的第一二维激光雷达21的工作区域210和设置于第二侧边102和第四侧边104的夹角位置处的第二二维激光雷达22的工作区域220的总平面工作区域至少覆盖检测区110，且第一二维激光雷达21的工作区域210和第二二维激光雷达22的工作区域220的总平面工作区域的面积和远大于检测区110的面积。其中，当第一二维激光雷达21设置于第一侧边101和第三侧边103的夹角位置处时，第一二维激光雷达21可设置于第一侧边101和第三侧边103的夹角的顶点，也可以设置于第一侧边101和第三侧边103形成的矩形内角区域内；相应的，当第二二维激光雷达22设置于第二侧边102和第四侧边104的夹角位置处时，该第二二维激光雷达22可设置于第二侧边102和第四侧边104的夹角顶点，也可以设置于第二侧边102和第四侧边104形成的矩形内角区域内。
需要说明的是，在第一二维激光雷达21的工作区域210和第二二维激光雷达22的工作区域220的总平面工作区域至少覆盖检测区110的前提下，本发明实施例对在第一二维激光雷达21的工作区域210和第二二维激光雷达22的工作区域220的总平面工作区域的面积不做具体限定。
当第一二维激光雷达21获取该第一二维激光雷达的平面工作区域的第一环境信息，并根据该第一环境信息生成第一数据信息，第二二维激光雷达22获取该第二二维激光雷达的平面工作区域的第二环境信息，并根据该第二环境信息生成第二数据信息时，可同时将该第一数据信息和第二数据信息发送至数据处理器23中；以在数据处理器23接收到该第一数据信息和第二数据信息时，能够根据该第一数据信息和第二数据信息构建当前第一二维激光雷达21和第二二维激光雷达22的总平面工作区域的二维地图，以及获取车体10的当前位置信息。
其中，当将与车体10的直线距离小于等于L的位置处的障碍物定义为对车体10的运行具有较大影响的障碍物，而将与车体10的直线距离大于L的位置处的障碍物定义为对车体10的运行具有较小影响的障碍物时，若第一二维激光雷达21和第二二维激光雷达22的总平面工作区域覆盖检测区110时，该第一二维激光雷达21和第二二维激光雷达22能够至少能够获取到该检测区110内的环境信息，并生成相应的数据信息发送至数据处理器23中，以使数据处理器23能够构建相应的二维地图，以及获取车体10的当前位置，从而能够分析出二维地图中障碍物的方位和与车体10之间的距离，据此规划车体的运行路线。如此，无需借助外部的结构，例如反光板等，就能够实现车体10的实时定位，且第一二维激光雷达21和第二二维激光雷达22的总平面工作区域覆盖检测区110，能够对车体10周围360度范围内的障碍物进行检测，防止因存在检测盲区，而影响车体10的运行，从而能够提高定位准确度，提高自动导引车的安全性和可靠性。
可选的，图5是本发明实施例提供的又一种自动导引车的车体的俯视结构示意图。如图5所示，当车体10的平面外围轮廓为矩形，且第一二维激光雷达21设置于矩形的第一侧边101与第三侧边103的夹角位置处，第二二维激光雷达22设置于矩形的第二侧边102与第四侧边104的夹角位置处，且由第四侧边104指向第三侧边103的方向为第一方向+X，由第三侧边103指向第四侧边104的方向为第二方向-X时，第一二维激光雷达21的主轴的延伸方向与第一方向+X之间的夹角θ1为45°，第二二维激光雷达22的主轴的延伸方向与第二方向-X之间的夹角θ2也为45°。如此，第一二维激光雷达21能够同时检测第一侧边101和第三侧边103处的环境信息，第二二维激光雷达能够同时检测第二侧边102和第四侧边104的环境信息，从而能够对车体10周围360度范围内的环境均进行检测，以防出现检测盲区，提高自动导引车的定位准确度以及运行安全性和可靠性。其中，二维激光雷达的主轴延伸方向是指二维激光雷达的激光发射器发射的激光的延伸方向。
可选的，继续参考图5所示，第一二维激光雷达21的工作区域210为第一扇形，第二二维激光雷达22的工作区域220为第二扇形；该第一扇形21与第二扇形220具有两个交叠区域111和112，且该两个交叠区域111和112位于车体10相对的两侧。其中，第一扇形210的角弧度α和第二扇形220的角弧度β均大于等于270°，且第一扇形210的半径r1和第二扇形220的半径r2均大于L。
示例性的，以第一扇形210的角弧度α和第二扇形220的角弧度β均为270°为例。当第一二维激光雷达21的主轴延伸方向与第一方向+X之间的夹角θ1为45°时，第一扇形210的边界分别与第一侧边101和第三侧边103平行；当第二二维激光雷达22的主轴延伸方向与第二方向-X之间的夹角θ2为45°时，第二扇形220的边界分别与第二侧边102和第四侧边104平行；如此，第一扇形210和第二扇形220具有两个交叠区，且该第一扇形210和第二扇形220的总工作区域环绕车体10，确保能够对车体10周围进行360度的全方位检测。
可选的，图6是本发明实施例提供的又一种自动导引车的结构框图。如图6所示，定位装置20的数据处理器23包括数据获取模块231、数据融合模块232和SLAM模块233；其中，数据获取模块231能够获取第一二维激光雷达21生成的第一数据信息和第二二维激光雷达22的第二数据信息，并将该第一数据信息和第二数据信息发送至数据融合模块232；数据融合模块232能够将该第一数据信息和第二数据信息转化为点云数据，并匹配拼接该点云数据，生成拼接点云数据；SLAM模块233用于采用SLAM算法，根据拼接云数据，构建当前第一二维激光雷达21和第二二维激光雷达22的总平面工作区域的二维地图，以及获取车体10的当前位置信息。
具体的，第一二维激光雷达21获取该第一二维激光雷达21的工作区域的环境信息，第二二维激光雷达22获取该第二二维激光雷达22的工作区域的环境信息；通过数据处理器23的数据获取模块231能够分别采集第一二维激光雷达21根据其所获取的环境信息而生成的第一数据信息和第二二维激光雷达22根据其所获得的环境信息而生成的第二数据信息；由于数据获取模块231所采集的第一数据信息和第二数据信息分别是第一二维激光雷达21和第二二维激光雷达22生成的数据信息，因此需要采用数据融合模块232将该第一数据信息和第二数据信息生成相应的点云数据，并匹配拼接该点云数据，匹配拼接该点云数据的方式例如可以为建立统一的点云数据坐标系，以将各点云数据转换至统一坐标系下的点云数据，然后将统一坐标系后的点云数据进行匹配拼接，获得围绕车体10呈360度的拼接点云数据，使得SLAM模块能够采用SLAM(Simultaneous Localization and Mapping，即时定位与地图构建)算法，根据该拼接点云数据构建围绕车体10的二维地图，以及获得车体10的当前位置信息。其中，SLAM算法例如可以包括为Monte Carlo Method、Kalman Filterbased Methods、Occupancy Grid Slam等方法，本发明实施例对此不做具体限定。
可选的，继续参考图6，数据处理器23还包括驱动控制模块234；该驱动控制模块234能够根据SLAM模块233构建的二维地图以及获取的车体10的当前位置信息控制各驱动电机13的运行状态。如此，能够由二维地图和车体10的当前位置信息规划相应的路线，控制车体10的运动方向和速度等，以在躲避障碍物的前提下，规划最佳路线。
需要说明的是，图6仅为本发明实施例的一种结构框图，其仅表示各结构之间的连接关系，并不对各结构之间的相对位置进行限定。此外，在本发明实施例的其它结构框图与图6表达的意思类似，在此不再一一赘述。
本发明实施例还提供一种基于麦克纳姆轮的自动导引车系统，该自动导引车系统包括控制器和至少一个本发明实施例提供的自动导引车，该控制器用于控制各自动导引车的运行状态。由于本发明实施例提供的自动导引车系统包括本发明实时例提供的自动导引车，因此本发明实施例提供的自动导引车系统能够达到本发明实施例提供的自动导引层的有益效果，在此不再赘述。
示例性的，图7是本发明实施例提供的一种自动导引车系统的结构框图。如图7所示，该自动导引车系统300包括多个本发明实施例提供的自动导引车100，控制器200能够控制各自动导引车的启停，并根据各自动导引车的二维地图和位置信息，控制各自动导引车100。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种基于麦克纳姆轮的自动导引车，其特征在于，包括：车体和定位装置；
所述车体包括装载平台和设置于所述装载平台上的麦克纳姆轮机构；其中，所述麦克纳姆轮机构包括麦克纳姆轮和与所述麦克纳姆轮一一对应设置的驱动电机；所述驱动电机驱动所述麦克纳姆轮转动；
所述定位装置包括第一二维激光雷达、第二二维激光雷达和数据处理器；所述第一二维激光雷达和所述第二二维激光雷达分别设置于所述车体的装载面的相对的两侧；其中，围绕所述车体的平面区域为检测区，所述检测区的宽度为L；所述第一二维激光雷达和所述第二二维激光雷达的总平面工作区域至少覆盖所述检测区；
所述第一二维激光雷达用于获取所述第一二维激光雷达的平面工作区域的第一环境信息，并根据所述第一环境信息生成第一数据信息；
所述第二二维激光雷达用于获取所述第二二维激光雷达的平面工作区域的第二环境信息，并根据所述第二环境信息生成第二数据信息；
所述数据处理器分别与所述第一二维激光雷达和所述第二二维激光雷达电连接；所述数据处理器用于接收所述第一数据信息和所述第二数据信息，并根据所述第一数据信息和所述第二数据信息，构建当前所述第一二维激光雷达和所述第二二维激光雷达的总平面工作区域的二维地图，以及获取所述车体的当前位置信息。
2.根据权利要求1所述的自动导引车，其特征在于，所述车体的平面外围轮廓为矩形；
所述矩形平台包括第一侧边、第二侧边、第三侧边和第四侧边，所述第一侧边与所述第二侧边相对，所述第三侧边与所述第四侧边相对；
所述第一二维激光雷达设置于由所述第一侧边与所述第三侧边的夹角位置处；所述第二二维激光雷达设置于所述第二侧边与所述第四侧边的夹角位置处。
3.根据权利要求2所述的自动导引车，其特征在于，由所述第四侧边指向所述第三侧边的方向为第一方向；有所述第三侧边指向所述第四侧边的方向为第二方向；
所述第一二维激光雷达的主轴的延伸方向与所述第一方向的夹角θ1为45°；所述第二二维激光雷达的主轴的延伸方向与所述第二方向的夹角θ2为45°。
4.根据权利要求3所述的自动导引车，其特征在于，所述第一二维激光雷达的工作区域为第一扇形，所述第二二维激光雷达的工作区域为第二扇形；
所述第一扇形与所述第二扇形具有两个交叠区域，且两个所述交叠区域位于所述车体相对的两侧。
5.根据权利要求4所述的自动导引车，其特征在于，所述第一扇形的角弧度α和所述第二扇形的角弧度β均大于等于270°。
6.根据权利要求4所述的自动导引车，其特征在于，所述第一扇形的半径r1和所述第二扇形的半径r2均大于L。
7.根据权利要求1所述的自动导引车，其特征在于，所述数据处理器包括数据获取模块、数据融合模块和SLAM模块；
所述数据获取模块用于获取所述第一数据信息和所述第二数据信息，并将所述第一数据信息和所述第二数据信息发送至所述数据融合模块；
所述数据融合模块用于将所述第一数据信息和所述第二数据信息转化为点云数据，并匹配拼接所述点云数据，获取拼接点云数据；
所述SLAM模块用于采用SLAM算法，根据所述拼接点云数据，构建当前所述第一二维激光雷达和所述第二二维激光雷达的总平面工作区域的二维地图，以及获取所述车体的当前位置信息。
8.根据权利要求7所述的自动导引车，其特征在于，所述数据处理器还包括驱动控制模块；
所述驱动控制模块用于根据所述二维地图以及所述车体的当前位置信息控制各所述驱动电机的运行状态。
9.一种基于麦克纳姆轮的自动导引车系统，其特征在于，包括：控制器和至少一个权利要求1～8任一项所述的自动导引车；
所述控制器用于控制各所述自动导引车的运行状态。
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