CN112086004A - 基于agv的自动搬运系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于AGV的自动搬运系统，其包括：行走机构、抓取机构和实践控制台；所述行走机构包括超声波测距单元和小车本体，超声波测距单元设置在小车本体的四周；所述车体内还包括有ARM功能拓展板，用以接收实践控制台的操作指令，用以控制行走机构和抓取机构的运动轨迹；抓取机构设置在所述行走机构上，所述实践控制台通过插接件与所述ARM功能拓展板连接，所述实践控制台内的控制指令用以控制所述行走机构和所述抓取机构按照预设的流程完成相应的操作。实践控制台可以输入不同的操作指令，ARM功能拓展板作为自动搬运系统的核心控制部分，其控制的指令可以来自于实践控制台，进而实现对行走机构和抓取机构的控制，促进学生实践能力的提升。

Description

基于AGV的自动搬运系统

技术领域

本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种基于AGV的自动搬运系统。

背景技术

现代高端科技研制的各种类型机器人，已经在众多领域得到较广泛的应用。随着计算机技术和人工智能的高速发展，机器人在各个领域中的作用越来越重要。随着机器人应用越来越广泛，智能控制的机器人面临着巨大的挑战，机器人越来越需要具有较强的自主运动能力和环境适应能力。而现在的机器人动作单一，对于智能化而言具有非常大的局限性；多自由度机器人集灵活性、准确性、稳定性等特点于一身。

在国内，多自由度的机器人往往只应用于大型智能化的工厂，AGV小车只能进行单一路线的搬运指定的物料，其余工作需要人工完成。为了应对物流公司以及仓库日渐增大的工作压力，设计一种无需人工参与的且适用于教学的智能化装置十分重要。

发明内容

为此，本发明提供一种基于AGV的自动搬运系统，用以解决相关技术中的货物搬运需要人工参与的问题，节约人力。

为实现上述目的，本发明提供一种基于AGV的自动搬运系统，包括：行走机构、抓取机构和实践控制台；所述行走机构包括超声波测距单元和小车本体，所述超声波测距单元设置在所述小车本体的四周，用以确定行进中行走机构与障碍物的距离，进而调整行走机构的行走路线；小车本体包括驱动单元、车轮组和车体，所述驱动单元设置在所述车体的内部，用以驱动所述车轮组在行进轨道上前进，所述车体内还包括有ARM功能拓展板，所述ARM功能拓展板用以连接实践控制台，接收来自实践控制台内的应用控制命令；所述抓取机构设置在所述行走机构上，所述抓取机构包括底座、连杆伸缩臂和夹持组件，所述底座设置在所述小车本体上，所述连杆伸缩臂的一端连接所述底座，另一端连接在所述夹持组件上，所述夹持组件包括夹持爪和扫码摄像头，所述扫码摄像头用以识别待夹持物品上的二维码，所述扫码摄像头通过固定架固定在所述夹持爪的下方；所述实践控制台通过插接件与所述ARM功能拓展板连接，所述实践控制台内的控制指令用以控制所述行走机构和所述抓取机构按照预设的流程完成相应的操作。

进一步地，所述夹持组件包括舵机、第一夹持臂和第二夹持臂，所述第一夹持臂的一端设置有第一齿轮，所述第二夹持臂的一端设置有第二齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮啮合；所述第一夹持臂的另一端和所述第二夹持臂的另一端在所述舵机的控制下分开或夹持待搬运物。

进一步地，所述连杆伸缩臂包括三轴步进电机控制单元、第一直臂、第二直臂和第三直臂，所述第一直臂、第二直臂和第三直臂顺次连接，所述第一直臂上设置有第一金属检测器，第二直臂上设置有第二金属检测器，第三直臂上设置有第三金属检测器，所述第一直臂固定在所述车体上，所述三轴步进电机控制单元用以控制所述第一直臂、第二直臂和第三直臂进行相应的运动，第一金属检测器、第二金属检测器和第三金属检测器将检测结果反馈给所述三轴步进电机控制单元。

进一步地，该基于AGV的自动搬运系统还包括地磁检测器，所述地磁检测器设置在所述小车本体的前端，所述地磁检测器用以检测所述行走机构按照预设的地磁导航系统，行走在预设的沙盘轨道上。

进一步地，该基于AGV的自动搬运系统还包括传送带，所述传送带设置在所述小车本体上，用以接收所述抓取机构抓取到的待搬运物。

进一步地，实践控制台为硬件板卡。

进一步地，所述车轮组包括四个车轮，所述车轮为麦克纳姆轮。

进一步地，所述超声波测距单元为8个，所述超声波测距单元设置在前后左右四个方向上，且每个方向各有两个。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明实施例提供的基于AGV的自动搬运系统，利用ARM功能拓展板的插接件与实践控制台连接，使得ARM功能拓展板的拓展性较好，实践控制台可以输入不同的操作指令，ARM功能拓展板作为自动搬运系统的核心控制部分，其控制的指令可以来自于实践控制台，也可以将实践控制台的操作指令烧制在ARM功能拓展板内，进而实现对行走机构和抓取机构的控制，让学生日常教学和项目实战能够无缝对接，真正让学子在校期间就可以训练到工厂实际应用的产品，促进学生实践能力的提升。

进一步地，采用硬件板卡实现对硬件的编辑和控制，是硬件实验的一个重要组成部分，便于增加学生的硬件实验能力，也可以提高学生的硬件动手操作能力，便于在毕业之后获得较好的硬件操作能力和实验能力，稳步和社会企业进行对接，快速上手人工智能企业所应用的搬运系统的操作。

进一步地，通过设置第一金属检测器、第二金属检测器和第三金属检测器，检测第一直臂、第二直臂和第三直臂在运动过程中所处的环境，防止第一直臂、第二直臂和第三直臂在运动过程与外界环境发生碰撞，影响连杆伸缩臂的运动精度以及夹持机构的夹持精度等。

进一步地，本发明实施例中的自动搬运系统，将实际工厂中的场景进行模拟，小型化，使得利用沙盘模拟行走机构的轨道，利用沙盘轨道模拟实际工厂的情形，待搬运物的摆放货架的位置以及移动到的指定位置等，利用地磁检测器检测沙盘轨道的磁通量，进而根据磁通量来确定行走机构行走在预设的沙盘轨道上，防止行走机构的位置偏移。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于AGV的自动搬运系统的侧视图；

图2为本发明实施例提供的基于AGV的自动搬运系统的立体结构图；

图3为本发明实施例提供的基于AGV的自动搬运系统的俯视图；

图4为本发明实施例提供的基于AGV的自动搬运系统部分结构的爆炸图；

图5为本发明实施例提供的基于AGV的自动搬运系统中的沙盘结构示意图；

图6为本发明实施例提供的基于AGV的自动搬运系统中的夹持机构示意图；

图7为本发明实施例提供的基于AGV的自动搬运系统中的实践控制台的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1－图7所示，本发明实施例提供的基于AGV自动搬运系统包括行走机构、抓取机构和实践控制台；所述行走机构包括超声波测距单元1和小车本体2，所述超声波测距单元1设置在所述小车本体2的四周，用以确定行进中行走机构与障碍物的距离，进而调整行走机构的行走路线；小车本体2包括驱动单元、车轮组21和车体22，所述驱动单元设置在所述车体22的内部，用以驱动所述车轮组21在行进轨道上前进，所述车体内还包括有ARM功能拓展板和无线控制板，所述ARM功能拓展板用以连接实践控制台10，接收来自实践控制台10内的应用控制命令；无线控制板用以和外界进行无线通讯，用来对ARM功能拓展板进行远程控制和远程升级；所述抓取机构设置在所述行走机构上，所述抓取机构包括底座3、连杆伸缩臂4和夹持组件5，所述底座3设置在所述小车本体2上，所述连杆伸缩臂4的一端连接所述底座3，另一端连接在所述夹持组件5上，所述夹持组件5包括夹持爪51和扫码摄像头52，所述扫码摄像头52用以识别待夹持物品上的二维码，所述扫码摄像头52通过固定架固定在所述夹持爪51的下方；所述实践控制台通过插接件与所述ARM功能拓展板连接，所述实践控制台内的控制指令用以控制所述行走机构和所述抓取机构按照预设的流程完成相应的操作。

具体而言，本发明实施例提供的基于AGV的自动搬运系统，行走机构包括超声波测距单元1和小车本体2，超声波测距单元1设置在小车本体2的四周，用以确定行进中的行走机构和障碍物的距离，在行进过程中，为了保护小车本体2的安全，需要超声波测距单元1实时测定小车本体2的前后左右是否存在障碍物，以及与障碍物的实际距离，用以根据行走机构的速度和距离调整小车的驱动单元。小车本体2包括驱动单元、车轮组21和车体22，驱动单元可以是电机，用于驱动车轮组在行进轨道上前进，车轮组21可以包括4个车轮，且两两相对设置在车体22的两侧，用以维持小车本体在行进中的平衡状态，保持稳定性，车轮可以是麦克纳姆轮，麦克纳姆轮结构紧凑，运动灵活，是很一种全方位轮。采用麦克纳姆轮，使得基于AGV自动搬运系统运动灵活，使得利用麦克纳姆轮作为行走机构的自动搬运系统，可以实现多角度灵活移动，车体22还包括有ARM功能拓展板，所述ARM功能拓展板用以连接实践控制台，接收来自实践控制台内的应用控制命令，ARM功能拓展板可以是硬件板卡，在实际应用过程中，为了进行硬件实验，小车可以作为硬件实验的操作对象，利用ARM功能拓展板上的功能实现对行走机构或是抓取机构进行控制，ARM功能拓展板接收实践控制台内的应用控制命令。本发明实施例提供的基于AGV的自动搬运系统，利用ARM功能拓展板的插接件外接实验控制台，ARM功能拓展板接收控制台内的控制指令，从而控制行走机构和抓取机构按照预设的流程完成相应的操作。

本发明实施例提供的基于AGV的自动搬运系统，利用ARM功能拓展板的插接件与实践控制台连接，使得ARM功能拓展板的拓展性较好，实践控制台可以输入不同的操作指令，ARM功能拓展板作为自动搬运系统的核心控制部分，其控制的指令可以来自于实践控制台，也可以将实践控制台的操作指令烧制在ARM功能拓展板内，进而实现对行走机构和抓取机构的控制，让学生日常教学和项目实战能够无缝对接，真正让学子在校期间就可以训练到工厂实际应用的产品，促进学生实践能力的提升。

具体而言，所述夹持组件5包括舵机511、第一夹持臂512和第二夹持臂513，所述第一夹持臂的一端设置有第一齿轮，所述第二夹持臂的一端设置有第二齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮啮合；所述第一夹持臂的另一端和所述第二夹持臂的另一端在所述舵机的控制下分开或夹持待搬运物，本领域技术人员可以理解的是，当ARM功能拓展板接收到控制指令时，通过控制舵机控制第一齿轮和第二齿轮转动，进而实现第一夹持臂和第二夹持臂的分开或是在预设位置夹持货物。

本发明实施例通过控制舵机控制第一齿轮和第二齿轮转动，进而带动第一夹持臂和第二夹持臂在舵机的控制下分开或是夹持待搬运物。通过舵机控制第一夹持臂和第二夹持臂，精准定位待搬运物，实现快速夹持待搬运物，到达预定位置后再控制待搬运物松开。

具体而言，所述连杆伸缩臂4包括三轴步进电机控制单元41、第一直臂42、第二直臂43和第三直臂44，所述第一直臂42、第二直臂43和第三直臂44顺次连接，所述第一直臂上42设置有第一金属检测器420，第二直臂43上设置有第二金属检测器430，第三直臂44上设置有第三金属检测器440，所述第一直臂42固定在所述车体22上，所述三轴步进电机控制单元41用以控制所述第一直臂42、第二直臂43和第三直臂44进行相应的运动，实现三个维度的运动，上下运动，左右运动以及前后运动，第一金属检测器420、第二金属检测器430和第三金属检测器440将检测结果反馈给所述三轴步进电机控制单元，本领域技术人员可以理解的是，第一直臂42竖直设置，且第二直臂43和第三直臂44在三轴步进电机控制单元41的控制下，实现三个维度的自由运动，便于在伸缩臂4的三个维度的自由运动，带动夹持组件5靠近待搬运物，便于在ARM功能拓展板内控制连杆伸缩臂4，完成对应的搬运任务。另外通过设置第一金属检测器420、第二金属检测器430和第三金属检测器440，检测第一直臂42、第二直臂43和第三直臂44在运动过程中所处的环境，防止第一直臂42、第二直臂43和第三直臂44在运动过程与外界环境发生碰撞，影响连杆伸缩臂4的运动精度以及夹持机构的夹持精度等。

具体而言，本发明实施例提供的基于AGV的自动搬运系统还包括地磁检测器6，所述地磁检测器6设置在所述小车本体的前端，所述地磁检测器6用以检测所述行走机构按照预设的地磁导航系统，行走在预设的沙盘轨道上。沙盘轨道的设计可参照图5，如图5所示，沙盘轨道模仿的是实际工厂的货物放置情况，而本发明实施例提供的行走机构和夹持机构也是仿照实际工厂中的搬运机器人，本发明实施例中的自动搬运系统，将实际工厂中的场景进行模拟，小型化，使得利用沙盘模拟行走机构的轨道，利用沙盘轨道模拟实际工厂的情形，待搬运物的摆放货架的位置以及移动到的指定位置等，利用地磁检测器6检测沙盘轨道的磁通量，进而根据磁通量来确定行走机构行走在预设的沙盘轨道上，防止行走机构的位置偏移。

具体而言，本发明实施例提供的基于AGV的自动搬运系统还包括传送带7，所述传送带7设置在所述小车本体2上，用以接收所述抓取机构抓取到的待搬运物。通过设置传送带7接收夹持机构抓取到的待搬运物，便于进行后续操作。

具体而言，ARM功能拓展板为硬件板卡。采用硬件板卡实现对硬件的编辑和控制，是硬件实验的一个重要组成部分，便于增加学生的硬件实验能力，也可以提高学生的硬件动手操作能力，便于在毕业之后获得较好的硬件操作能力和实验能力，稳步和社会企业进行对接，快速上手人工智能企业所应用的搬运系统的操作。

具体而言，所述超声波测距单元1为8个，所述超声波测距单元1设置在前后左右四个方向上，且每个方向各有两个。在实际应用过程中，超声波测距单元1为8个，通过在各个方向上设置超声波测距单元1，测定在行进过程中，各个方向上的障碍物情况，便于根据实际情况进行调整车体与障碍物的距离。

结合图1－图7做进一步说明，本发明实施例提供的基于AGV的自动搬运系统，现对其功能和结构做进一步的说明。本发明实施例提供的基于AGV的自动搬运系统包括沙盘100(如图5所示)，沙盘上设置有货架200和传送带300，货架200上放置有待搬运的货物，货架200设置有多排且均编码，便于准确定位待搬运的货物，通过程序告知行走机构待搬运货物的实际位置，而传送带300设置在货物最终的搬运位置，便于利用传送带的传送特性到达指定的位置处，完成货物的搬运。在本发明实施例中，基于AGV的自动搬运系统还包括有实践控制台10(如图7所示)，实践控制台是一台口袋机，其内部设置有硬件板卡，其通过插接口和本发明中的ARM功能拓展板插接，采用插接的方式进行连接，便于插拔，也便于用户对口袋机内的硬件板卡进行编辑，进而丰富口袋机的控制功能，便捷且灵活性很高。

在以往相关智能小车的控制部分都是采用控制系统与小车于一体，程序下载以及修改都不是很方便，需要整体把车搬到电脑边上，而我们采用口袋机和ARM功能拓展板通过接插件相连，非常方便。

本发明实施例中的ARM功能拓展板设置多个接口，便于功能拓展。其上设置有地磁，RFID，超声波，编码器，433无线，蜂鸣器，机械臂，传送带，摄像头，舵机，金属检测等接口，可实现地磁通量循迹、RFID卡读取，超声波距离检测，四轮独立变速驱动及速度检测，433无线车辆控制，蜂鸣器提醒，三轴机械臂三自由度运动，金属检测，摄像头读取二维码信息，舵机控制等功能，可由STM32口袋机控制开关机。

本发明实施例把原有工业应用的设备进行了教学化改造，既保留了工业应用的功能以及材质同时开放了所有接口，尤其在核心控制系统部分采用了口袋机，让学生日常教学和项目实战能够无缝对接，真正让学生在校期间就可以训练到工厂实际应用的产品，提升学生实践能力的能力。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于AGV的自动搬运系统，其特征在于，包括：行走机构、抓取机构和实践控制台；

所述行走机构包括超声波测距单元和小车本体，所述超声波测距单元设置在所述小车本体的四周，用以确定行进中行走机构与障碍物的距离，进而调整行走机构的行走路线；小车本体包括驱动单元、车轮组和车体，所述驱动单元设置在所述车体的内部，用以驱动所述车轮组在行进轨道上前进，所述车体内还包括有ARM功能拓展板，所述ARM功能拓展板用以连接实践控制台，接收来自实践控制台内的应用控制命令；

所述抓取机构设置在所述行走机构上，所述抓取机构包括底座、连杆伸缩臂和夹持组件，所述底座设置在所述小车本体上，所述连杆伸缩臂的一端连接所述底座，另一端连接在所述夹持组件上，所述夹持组件包括夹持爪和扫码摄像头，所述扫码摄像头用以识别待夹持物品上的二维码，所述扫码摄像头通过固定架固定在所述夹持爪的下方；

所述实践控制台通过插接件与所述ARM功能拓展板连接，所述实践控制台内的控制指令用以控制所述行走机构和所述抓取机构按照预设的流程完成相应的操作。

2.根据权利要求1所述的基于AGV的自动搬运系统，其特征在于，所述夹持组件包括舵机、第一夹持臂和第二夹持臂，所述第一夹持臂的一端设置有第一齿轮，所述第二夹持臂的一端设置有第二齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮啮合；所述第一夹持臂的另一端和所述第二夹持臂的另一端在所述舵机的控制下分开或夹持待搬运物。

3.根据权利要求2所述的基于AGV的自动搬运系统，其特征在于，所述连杆伸缩臂包括三轴步进电机控制单元、第一直臂、第二直臂和第三直臂，所述第一直臂、第二直臂和第三直臂顺次连接，所述第一直臂上设置有第一金属检测器，第二直臂上设置有第二金属检测器，第三直臂上设置有第三金属检测器，所述第一直臂固定在所述车体上，所述三轴步进电机控制单元用以控制所述第一直臂、第二直臂和第三直臂进行相应的运动，第一金属检测器、第二金属检测器和第三金属检测器将检测结果反馈给所述三轴步进电机控制单元。

4.根据权利要求3所述的基于AGV的自动搬运系统，其特征在于，还包括地磁检测器，所述地磁检测器设置在所述小车本体的前端，所述地磁检测器用以检测所述行走机构按照预设的地磁导航系统，行走在预设的沙盘轨道上。

5.根据权利要求1所述的基于AGV的自动搬运系统，其特征在于，还包括传送带，所述传送带设置在所述小车本体上，用以接收所述抓取机构抓取到的待搬运物。

6.根据权利要求3所述的基于AGV的自动搬运系统，其特征在于，所述实践控制台为硬件板卡。

7.根据权利要求5所述的基于AGV的自动搬运系统，其特征在于，所述车轮组包括四个车轮，所述车轮为麦克纳姆轮。

8.根据权利要求5所述的基于AGV的自动搬运系统，其特征在于，所述超声波测距单元为8个，所述超声波测距单元设置在前后左右四个方向上，且每个方向各有两个。

Images