CN111717844A - 一种工业安全型激光slam导航托盘堆垛式agv - Google Patents

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Abstract

本发明涉及AGV小车，具体涉及一种工业安全型激光SLAM导航托盘堆垛式AGV，包括车架、固定于车架前端的下覆盖件、固定于车架顶部与下覆盖件顶部之间的上覆盖件，以及激光SLAM导航系统、整车驱动系统，下覆盖件内部设有整车控制器，车架后部设有货叉机构，货叉机构由货叉起升系统驱动，货叉起升系统包括泵站、起升油缸、驱动链条，还包括避障系统，避障系统包括前方避障单元、后方避障单元以及连接于整车电源与整车驱动系统之间的安全继电器组件，前方避障单元包括设于下覆盖件底部的激光避障模块，以及设于下覆盖件底部的安全触边模块；本发明提供的技术方案能够克服现有技术所存在的AGV停车精度较低、不具备避障功能的缺陷。

Description

一种工业安全型激光SLAM导航托盘堆垛式AGV
技术领域
本发明涉及AGV小车，具体涉及一种工业安全型激光SLAM导航托盘堆垛式AGV。
背景技术
SLAM(Simultaneous Localization and Mapping，即时定位与地图构建)导航方法是机器人领域中一种广泛采用的即时定位导航方法，该方法通过采集机器人的传感器数据，智能感知机器人周围环境，并根据采集到的传感器数据实时调整机器人的行进路线。在传统的工厂作业环境中，自动仓库与生产车间之间、各工位之间、各输送线之间的物件输送主要依靠人力，存在运输效率低、劳动强度大、人力成本高的缺陷，容易引发安全事故，不利于企业长远发展。
近年来，随着科学技术的发展，自动化技术呈现加速发展的趋势，国内自动化立体仓库和自动化柔性装配线进入发展与普及阶段。其中，在自动仓库与生产车间之间、各工位之间，AGV(Automated Guided Vehicle)起到了无可替代的重要作用。目前，托盘堆垛式AGV已经广泛应用于工业物料柔性搬运系统中，随着物流系统的迅速发展,托盘堆垛式AGV的应用范围也在不断扩展。
现有AGV常用导航方式主要采用磁导航、二维码导航、色带导航和激光有反导航，磁导航、二维码导航、色带导航对AGV运行的环境要求很高，当地面有灰尘或者油污时都会影响AGV运行，同时磁导航、二维码导航、色带导航需要定期维护，成本较高。激光反光板导航的精度高，但前期需要反复进行位置定位，施工周期长、成本高。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种工业安全型激光SLAM导航托盘堆垛式AGV，能够有效克服现有技术所存在的AGV停车精度较低、不具备避障功能的缺陷。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种工业安全型激光SLAM导航托盘堆垛式AGV，包括车架、固定于车架前端的下覆盖件、固定于车架顶部与下覆盖件顶部之间的上覆盖件，以及激光SLAM导航系统、整车驱动系统，所述下覆盖件内部设有整车控制器；
所述车架后部设有货叉机构，所述货叉机构由货叉起升系统驱动，所述货叉起升系统包括泵站、起升油缸、驱动链条；
还包括避障系统，所述避障系统包括前方避障单元、后方避障单元以及连接于整车电源与整车驱动系统之间的安全继电器组件，所述前方避障单元包括设于下覆盖件底部的激光避障模块，以及设于下覆盖件底部的安全触边模块；
所述后方避障单元包括设于货叉机构底部的用于检测人体和障碍物的右货叉微动开关、左货叉微动开关、右货叉光电检测开关、左货叉光电检测开关。
优选地，所述激光避障模块、安全触边模块、右货叉微动开关、左货叉微动开关、右货叉光电检测开关、左货叉光电检测开关均连接整车逻辑控制器，所述整车逻辑控制器连接安全继电器组件，所述车架后部固定有语音报警器。
优选地，还包括手动操控系统，所述手动操控系统包括设于上覆盖件上的控制显示面板，所述控制显示面板上设有控制操纵组合按钮，所述车架侧面设有手动操作盒、左侧急停按钮、右侧急停按钮，所述下覆盖件上设有前进急停按钮。
优选地，还包括由充电板、Can-wifi控制器、充电接触器、整车逻辑控制器、锂电池组组成的充电系统。
优选地，所述激光SLAM导航系统包括设于上覆盖件上的激光SLAM扫描仪，以及设于下覆盖件内部的激光扫描控制器；
所述激光SLAM扫描仪连接激光扫描控制器，所述激光扫描控制器连接整车控制器。
优选地，所述整车驱动系统包括设于下覆盖件内部的整车驱动总成和整车驱动控制器；
所述整车控制器根据激光SLAM导航系统通过整车驱动控制器控制整车驱动总成。
优选地，所述下覆盖件内部设有用于为整车控制器、Can-wifi控制器、激光SLAM扫描仪、激光扫描控制器、整车驱动控制器提供安全防护的保险丝盒。
优选地，所述货叉机构前端设有挡货架，所述下覆盖件底部设有货物到位光电开关。
优选地，所述下覆盖件前部顶端设有安全警示灯。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明所提供的一种工业安全型激光SLAM导航托盘堆垛式AGV，能够将AGV的停车精度提升至毫米级，并不需要额外的二次定位装置，结构更简单，成本更低，并且借助避障系统能够有效防止出现撞到工作人员或障碍物的情况，保证工作人员和AGV车体自身的安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的附图。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明图1中下覆盖件内部结构示意图；
图3为本发明图1后视车架内部结构示意图；
图4为本发明图1右视结构示意图；
图5为本发明图1左视结构示意图；
图6为本发明图1俯视结构示意图；
图7为本发明图1中下覆盖件结构示意图；
图8为本发明图1中上覆盖件结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种工业安全型激光SLAM导航托盘堆垛式AGV，如图1至图8所示，包括车架101、固定于车架101前端的下覆盖件102、固定于车架101顶部与下覆盖件102顶部之间的上覆盖件103，以及激光SLAM导航系统、整车驱动系统，下覆盖件102内部设有整车控制器801。
托盘堆垛式AGV的车架101为整车主结构构件，下覆盖件102采用高强度钢板制作，增强AGV整车结构的强度，上覆盖件103为塑钢材料结构，为AGV车辆在恶劣环境中运行提供有效的安全防护。
下覆盖件102内部设有用于为整车控制器801、Can-wifi控制器1102、激光SLAM扫描仪701、激光扫描控制器702、整车驱动控制器902提供安全防护的保险丝盒802，防止因单个器件短路而影响整个系统的安全运行。
激光SLAM导航系统包括设于上覆盖件103上的激光SLAM扫描仪701，以及设于下覆盖件102内部的激光扫描控制器702；
激光SLAM扫描仪701连接激光扫描控制器702，激光扫描控制器702连接整车控制器801。
整车驱动系统包括设于下覆盖件102内部的整车驱动总成901和整车驱动控制器902；
整车控制器801根据激光SLAM导航系统通过整车驱动控制器902控制整车驱动总成901。
激光SLAM导航系统在AGV车体移动过程中扫描周围环境生成地图，在地图中建立AGV车体的运行轨迹并保存至整车控制器801，整车控制器801与上位机系统构建好的室内地图进行匹配，并采用粒子滤波算法和扩展卡尔曼滤波算法精确确定AGV车体在地图中的位置。
激光SLAM导航系统在定位过程中依赖先验地图确定位置，当周围环境变化较大时，激光SLAM导航系统对周围环境重新进行扫描。
整车控制器801通过跟踪路径算法计算出AGV车体的实时速度，再通过通过整车驱动控制器902控制整车驱动总成901，驱动AGV车体平滑移动到终点。
整车控制器801通过Can-open通讯协议与整车驱动控制器902进行通讯，可以实时发送控制指令，整车驱动控制器902连接并实时控制整车驱动总成901实现托盘堆垛式AGV车体的运动控制。
整车控制器801利用AGV车体的运动导航轨迹推演法计算位姿数据，当位姿数据与终点之间距离绝对值小于5mm时，整车控制器801控制AGV车体停止。
还包括避障系统，避障系统包括前方避障单元、后方避障单元以及连接于整车电源与整车驱动系统之间的安全继电器组件603，前方避障单元包括设于下覆盖件102底部的激光避障模块601，以及设于下覆盖件102底部的安全触边模块602；
后方避障单元包括设于货叉机构底部的用于检测人体和障碍物的右货叉微动开关301、左货叉微动开关302、右货叉光电检测开关303、左货叉光电检测开关304。
激光避障模块601、安全触边模块602、右货叉微动开关301、左货叉微动开关302、右货叉光电检测开关303、左货叉光电检测开关304均连接整车逻辑控制器803，整车逻辑控制器803连接安全继电器组件603，车架101后部固定有语音报警器1005。
整车控制器801与整车逻辑控制器803串口通讯，实时控制整车逻辑控制器803的逻辑顺序，整车逻辑控制器803分别接收右货叉微动开关301、左货叉微动开关302、右货叉光电检测开关303、左货叉光电检测开关304等信号。
当托盘堆垛式AGV后退时，右货叉微动开关301、左货叉微动开关302、右货叉光电检测开关303、左货叉光电检测开关304检测人体和障碍物，当遇到人或障碍物时托盘堆垛式AGV停止移动，直至障碍物清除才会运行。
激光避障模块601及安全触边模块602用于检测障碍物或碰撞信息，安全继电器组件603连接于整车电源与整车驱动控制器902之间。当激光避障模块601、安全触边模块602检测到障碍物或碰撞信息时，安全继电器组件603断开整车电源与整车驱动控制器902的连接，满足托盘堆垛式AGV安全运行的要求。
激光避障模块601可以设定AGV车体的减速、慢行、停止三个区域，语音报警器1005会实时播报注意避让消息。当激光避障模块601检测范围内有工作人员或障碍物时，以及当工作人员或物触碰到安全触边模块602时，AGV车体都会立即停止运行。
激光避障模块601和安全触边模块602采用的电气系统器件为SICK整套安全系统，激光避障模块601的型号是SICKS300系列安全防护系统，控制器采用SICKFlexisoft控制器，Flexisoft控制器与S300通过EFI总线安全连接，安全触边模块602采用BIRCHERESD系列安全触边，能够实时监控安全触边的状态。
车架101后部设有货叉机构，货叉机构由货叉起升系统驱动，货叉起升系统包括泵站205、起升油缸203、驱动链条204。
货叉机构前端设有挡货架201，下覆盖件102底部设有货物到位光电开关202，下覆盖件102前部顶端设有安全警示灯1001。
整车驱动总成901通过Can-open通讯协议与整车控制器801进行通讯，当整车控制器801发送起升/下降指令时，整车驱动总成901控制泵站205通过高压油管带动起升油缸203起升，起升油缸203通过驱动链条204带动托盘堆垛式AGV货叉机构做起升/下降运动。
挡货架201为货叉机构提供机械安全防护的保障，货物到位光电开关202为货叉机构提供电气安全防护的保障。
还包括手动操控系统，手动操控系统包括设于上覆盖件103上的控制显示面板503，控制显示面板503上设有控制操纵组合按钮501，车架101侧面设有手动操作盒502、左侧急停按钮1003、右侧急停按钮1004，下覆盖件102上设有前进急停按钮1002。
托盘堆垛式AGV启动时，需要通过控制操纵组合按钮501启动，或者切换托盘堆垛式AGV的运行模式。手动操作盒502是托盘堆垛式AGV的手动操作方式，当车体无法自主移动时，工作人员可以通过控制操纵组合按钮501切换运行模式，通过手动操作盒502控制车体运行。
运行模式的选择可以通过显示面板503直观显示，同时显示面板503通过串口或USB接口与整车控制器801通讯，可修改整车控制器801的系统参数，也可以实时显示系统电池电量、AGV车体的运行路径等。
前进急停按钮1002、左侧急停按钮1003和右侧急停按钮1004均采用安全双触点急停开关，可直接断开整车驱动控制器902的电源，通过设置独立的安全控制系统，涉及安全功能的部件均采用双通道冗余设计，即使整车控制器801发生故障，涉及安全功能的部件仍能正常工作。
还包括由充电板401、Can-wifi控制器1102、充电接触器1103、整车逻辑控制器803、锂电池组1101组成的充电系统。
当整车控制器801检测电池电量少于设定电量时，整车控制器801控制托盘堆垛式AGV车辆运行到指定充电区域，快速充电桩通过Can-wifi控制器1102实时与整车逻辑控制器803传输系统指令要求进行充电工作，充电板401与自动充电桩连接对锂电池组1101快速充电，整车逻辑控制器803通过控制充电接触器1103的通断实现对锂电池组1101的充电控制，可以满足AGV车辆24小时运行。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种工业安全型激光SLAM导航托盘堆垛式AGV，其特征在于：包括车架(101)、固定于车架(101)前端的下覆盖件(102)、固定于车架(101)顶部与下覆盖件(102)顶部之间的上覆盖件(103)，以及激光SLAM导航系统、整车驱动系统，所述下覆盖件(102)内部设有整车控制器(801)；
所述车架(101)后部设有货叉机构，所述货叉机构由货叉起升系统驱动，所述货叉起升系统包括泵站(205)、起升油缸(203)、驱动链条(204)；
还包括避障系统，所述避障系统包括前方避障单元、后方避障单元以及连接于整车电源与整车驱动系统之间的安全继电器组件(603)，所述前方避障单元包括设于下覆盖件(102)底部的激光避障模块(601)，以及设于下覆盖件(102)底部的安全触边模块(602)；
所述后方避障单元包括设于货叉机构底部的用于检测人体和障碍物的右货叉微动开关(301)、左货叉微动开关(302)、右货叉光电检测开关(303)、左货叉光电检测开关(304)。
2.根据权利要求1所述的工业安全型激光SLAM导航托盘堆垛式AGV，其特征在于：所述激光避障模块(601)、安全触边模块(602)、右货叉微动开关(301)、左货叉微动开关(302)、右货叉光电检测开关(303)、左货叉光电检测开关(304)均连整车逻辑控制器(803)，所述整车逻辑控制器(803)连接安全继电器组件(603)，所述车架(101)后部固定有语音报警器(1005)。
3.根据权利要求1所述的工业安全型激光SLAM导航托盘堆垛式AGV，其特征在于：还包括手动操控系统，所述手动操控系统包括设于上覆盖件(103)上的控制显示面板(503)，所述控制显示面板(503)上设有控制操纵组合按钮(501)，所述车架(101)侧面设有手动操作盒(502)、左侧急停按钮(1003)、右侧急停按钮(1004)，所述下覆盖件(102)上设有前进急停按钮(1002)。
4.根据权利要求1所述的工业安全型激光SLAM导航托盘堆垛式AGV，其特征在于：还包括由充电板(401)、Can-wifi控制器(1102)、充电接触器(1103)、整车逻辑控制器(803)、锂电池组(1101)组成的充电系统。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的工业安全型激光SLAM导航托盘堆垛式AGV，其特征在于：所述激光SLAM导航系统包括设于上覆盖件(103)上的激光SLAM扫描仪(701)，以及设于下覆盖件(102)内部的激光扫描控制器(702)；
所述激光SLAM扫描仪(701)连接激光扫描控制器(702)，所述激光扫描控制器(702)连接整车控制器(801)。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的工业安全型激光SLAM导航托盘堆垛式AGV，其特征在于：所述整车驱动系统包括设于下覆盖件(102)内部的整车驱动总成(901)和整车驱动控制器(902)；
所述整车控制器(801)根据激光SLAM导航系统通过整车驱动控制器(902)控制整车驱动总成(901)。
7.根据权利要求1所述的工业安全型激光SLAM导航托盘堆垛式AGV，其特征在于：所述下覆盖件(102)内部设有用于为整车控制器(801)、Can-wifi控制器(1102)、激光SLAM扫描仪(701)、激光扫描控制器(702)、整车驱动控制器(902)提供安全防护的保险丝盒(802)。
8.根据权利要求1所述的工业安全型激光SLAM导航托盘堆垛式AGV，其特征在于：所述货叉机构前端设有挡货架(201)，所述下覆盖件(102)底部设有货物到位光电开关(202)。
9.根据权利要求8所述的工业安全型激光SLAM导航托盘堆垛式AGV，其特征在于：所述下覆盖件(102)前部顶端设有安全警示灯(1001)。
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