CN112198874A - 一种基于磁导航的鸡舍巡检移动平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁导航的鸡舍巡检移动平台(以下简称AGV)。该平台包括硬件系统和软件系统，硬件系统包括：AGV基体，为整个移动平台提供动力；Arduino UNO开发板，分为信息采集板和速度控制板，前者配合RFID识别模块采集AGV的位点信息并将其上传至Latte Panda主控板，后者配合磁导航传感器执行Latte Panda主控板传来的速度控制指令及进行PD算法的循迹。软件系统包括：通过Arduino IDE和LabVIEW程序进行信息交互和生成控制指令。本发明通过PD算法配合RFID位点识别技术实现了AGV的自动循迹，工作人员无需对移动平台进行操作即可完成对鸡舍的巡检，减轻了工作人员的劳动强度。同时本发明可以通过加装传感器和机械设备完成工厂的其他工作，提高养鸡企业整体工作效率和养鸡企业的自动化程度。

Description

一种基于磁导航的鸡舍巡检移动平台

技术领域

本发明涉及现代智能巡检技术领域，尤其涉及一种基于磁导航技术的巡检移动平台。

背景技术

在传统的畜牧业生产模式中，尤其针对养鸡企业，人力耗时和工作强度较大。无法适应企业对高效率工作的需求。迫使养鸡企业寻求使用更加智能化的物流设备来提高工作效率及降低人力成本。

AGV(Automated Guided Vehicle，自动导引车)因其具备良好的自动性、灵活性、系统拓展性和可靠性，能实现高效、经济和灵活的无人化生产工序，目前已成为工业生产重要的一员，是企业自动化装备中是不可或缺的重要组成部分。AGV的工作原理是在运输小车上安装光学或电磁导引装置，并根据编程的预设引导路径进行各种移位。

我国受市场需求的影响，整体而言，AGV的研制起步较晚。但是近年来AGV产业呈现蓬勃的发展趋势，AGV产品覆盖率得到较大的提高。除了在工业方面的使用，AGV在其他产业的使用更加广泛。

基于目前养鸡企业对“低成本，高效益”的追求，及受到AGV技术应用的启发，本发明应用而生。本发明涉及现代智能巡检技术领域，发明了一种基于磁导航的鸡舍巡检移动平台。同时本发明可以通过加装不同的传感器及机械设备，不仅可以实现对鸡舍的智能巡检，还可以实现鸡蛋的分拣等其他工作，真正实现了养鸡企业对“低成本，高效益”的追求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有工作人员在养鸡工厂工作强度过大和效率较低问题以及提高养鸡企业智能化程度的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于磁导航的鸡舍巡检移动平台(以下简称AGV)，其包括硬件系统和软件系统，硬件系统包括：磁条、AGV基体、Arduino UNO开发板、Latte Panda主控板、RFID传感器、磁导航传感器。软件系统包括：Arduino开发板的ArduinoIDE程序(以下简称IDE程序)、与主控板Latte Panda进行信息交互及主控板Latte Panda生成控制指令的LabVIEW程序(以下简称LabVIEW程序)。

所述磁条设置在鸡舍的地表，其上设有RFID标签组，用于为所述AGV提供循迹轨迹；

所述AGV基体，为所述AGV的动力源，其特征在于，包括：铝制支架、连接板、直流伺服电机及减速器、电机抱架、减震AGV万向轮、驱动轮、电机驱动器，为所述AGV提供动力及结构基础；

所述Arduino UNO开发板，设置在所述AGV基体中，其特征在于，共有两块：速度控制板和信息采集板。用于所述运动状态信息和所述位点信息的采集，并将所述位点信息和所述运动状态信息进行处理，与所述AGV基体和所述Latte Panda主控板进行信息的交互；

所述速度控制板与所述电机驱动器和所述磁导航传感器连接，并通过数据线与所述Latte Panda主控板的USB插口相连接，用于控制所述直流伺服电机转速、纠偏和接收所述控制指令；

所述信息采集板与所述RFID传感器连接，并通过数据线与所述Latte Panda主控板的USB插口相连接，用于采集所述位点信息；

所述Latte Panda主控板，设置在所述AGV基体中，用于接收所述位点信息和生成所述控制指令。同时通过数据线与计算机连接，计算机将编程好的所述LabVIEW程序烧写至所述Latte Panda主控板，进而所述Latte Panda主控板将代替计算机向所述速度控制板发送所述位点信息；

所述RFID传感器，设置在所述AGV基体中，与所述信息采集板连接，用于生成所述位点信息；

所述磁导航传感器，设置在所述AGV基体中，与所述速度控制板连接，用于生成所述运动状态信息；

所述IDE程序，用于收集所述位点信息、接受所述控制指令及生成纠偏指令，同时，实现了在有所述控制指令传来的条件下改变所述AGV基体的运动状态，在没有所述控制指令传来的条件下使所述AGV基体进行自动循迹；

所述LabVIEW程序，其特征在于共两种，用于将所述IDE程序中位点信息传送给所述Latte Panda主控板、生成所述控制指令和将所述的控制指令传送给所述Arduino UNO开发板；

其中一种为所述串口程序，包括所述Latte Panda主控板与所述信息采集板连接接口的串口程序和所述Latte Panda主控板与所述速度控制板连接接口的串口程序，用于实现所述Latte Panda主控板和所述Arduino UNO开发板的信息交互；

另一种为所述控制指令生成程序，所述Latte Panda主控板根据所述信息采集板连接接口串口程序传来的所述位点信息，生成所述控制指令；

所述运动状态信息，其特征在于，所述的运动状态信息是由所述磁导航传感器生成，为所述AGV基体的偏离状态信息；

所述的位点信息，其特征在于，为所述RFID传感器对所述磁条上RFID标签生成的位点信息，不同的RFID标签，所述RFID传感器会生成不同的位点信息，所述信息采集板会将所述RFID传感器传来的所述位点信息传送给所述Latte Panda主控板；

所述的RFID标签组，其特征在于，设置在所述磁条上，由多个不同的RFID标签组成，每个RFID标签代表不同的位点；

所述的纠偏指令，其特征在于，根据预存在所述速度控制板中的IDE程序，采用PD算法来控制所述直流伺服电机的转速；

所述的控制指令，其特征在于，根据所述LabVIEW程序根据所述信息采集板上传的所述位点信息生成，并将所述控制指令传送给所述速度控制板，进而改变所述AVG基体的运动状态。

附图说明

图1是本发明第一实例提供的AGV总体结构示意图；

图2是本发明第一实例提供的AGV基体及磁条结构示意图；

图3是本发明第一实例提供的AGV驱动轮装配示意图；

图4是本发明第一实例提供的减震AGV万向轮总成示意图；

图5是本发明第一实例提供的连接板结构示意图；

图6是本发明第一实例提供的电机报架总成示意图；

图7是本发明第一实例提供的直流伺服电机及减速器总成示意图；

图8是本发明第一实例提供的铝制支架结构示意图；

图9是本发明第一实例提供的信息采集板相关电路连接示意图；

图中标号名称：

图2：1、AGV驱动轮；2、驱动总成安装板；3、减震AGV万向轮；4、连接板；5、减震AGV万向轮总成安装板；6、RFID传感器安装位点；7、电机抱架；8、直流伺服电机及减速器；9、减速器安装板；10、RFID标签组；11、速度控制板安装槽；12、电机驱动器及Latte Panda主控板安装槽；13、信息采集板安装槽；14、磁条；15、铝制支架；16、磁导航传感器安装板；

图3：110、装配螺栓；120、盖板；130、AGV驱动轮本体；140、平键；

图4：31、减震AGV万向轮连接架；32、减震AGV万向轮本体；

图5：41、连接板三维视图；42、连接板主视图；43、连接板俯视图；44、连接板左视图；

图6：71、连接螺栓；72、电机抱架上支架；73、电机抱架下支架；

图7：81、减速器；82、伺服直流电机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

如图1所示，在AGV整体中，既有以移动平台底盘为主的硬件系统，也有以信息传输及信息生成为主的软件系统。其中，硬件系统包括：磁条、AGV基体、Arduino UNO开发板、Latte Panda主控板、RFID传感器、磁导航传感器。软件系统包括：Arduino开发板的ArduinoIDE程序(以下简称IDE程序)、与主控板Latte Panda进行信息交互及主控板Latte Panda生成控制指令的LabVIEW程序(以下简称LabVIEW程序)。如图2所示的AGV基体包括：铝制支架、连接板、直流伺服电机及减速器总成、电机抱架、减震AGV万向轮、驱动轮、电机驱动器。

本发明最终实现的目的：使AGV能够按照磁条14的轨迹进行循迹移动。AGV循迹移动过程分为以下两种情况：

1.未路经位点：如图2，小车在没经过RFID标签组10时，磁导航传感器会判断AGV和磁条14的相对位置关系，并把这种关系以偏差量信号的形式发送给与之相接的速度控制板，速度控制板根据磁导航传感器传来的偏差信号和预存在速度控制板的IDE程序控制AGV进行循迹行驶。

2.路经位点：小车在经过RFID标签组10时，此时RFID传感器会检测到RFID标签组10的RFID标签位点信息并将此信息传送给信息采集板，信息采集板根据上述位点信息及预存在信息采集板的IDE程序对位点信息进行处理，并将处理后的信息发送给与之相接的Latte Panda主控板。Latte Panda主控板根据信息采集板传来的信息及预先烧写至LattePanda主控板的LabVIEW程序生成对应的控制指令，并将控制指令发送给与之相接的速度控制板，速度控制板通过预存在速度控制板的IDE程序控制AGV执行控制指令。

两种循迹方式的切换通过预存速度控制板中的IDE程序实现：

在未路经位点时，RFID传感器未检测到RFID标签组的位点信息，此时信息采集板不能向Latte Panda主控板发送位点信息，速度控制板此时根据预存的IDE程序控制AVG进行循迹行驶。

反之，当路径位点时，Latte Panda主控板会向速度控制板发送控制指令，此时，速度控制板根据预存程序优先执行Latte Panda主控板发来的控制指令控制AVG执行此控制指令。

实施例1：图2至图8给出了本发明的硬件系统。其中，磁条14设置在鸡舍的地表，其上设有RFID标签组10，用于为AGV提供循迹轨迹及位点信息。驱动轮1、伺服直流电机及减速器8设置在AGV上，作为整个AGV的动力输出。铝制支架9通过连接板5与AGV底盘相连，其上加装视觉传感器实现巡航。速度控制板相关工作原理为：当传感器检测点位于磁轨的上方，且磁场信号强度超过传感器所能感应的磁场强度最小阈值后OC门逻辑电路对地导通，磁导航传感器经由8个电阻上拉后的OC门输出信号给速度控制板的8个采集引脚，速度控制板读取引脚信息后，处理信号得到AGV车身相对磁轨的偏移情况。如图9信息采集板和RFID传感器的连接方式按照信息采集板相关电路连接示意图，即可实现信息采集板对位点信息的采集。本发明需要烧写至的LabVIEW程序有两种，其中一种为串口程序，共两个(以下简称LabVIEW串口程序)，另一种为所述控制指令生成程序(以下简称LabVIEW控制指令生成程序)。

本发明设计的AGV工作时，速度控制板将输出的PWM作为信号传送给电机驱动器，再由电机驱动器来控制直流伺服电机82的转速。本发明的速度控制板采用的为ArduinoUNO开发板，能通过接脚3、5、6、9、10、11输出PWM。经过实验表明，PWM值与直流伺服电机82的转速为线性关系，IDE程序可通过analog Write语句调用PWM引脚及输出PWM。电机驱动器根据传来的PWM信号来控制直流伺服电机82的转速。

本发明使用8位磁导航传感器，在AGV沿着铺好在鸡舍地表的磁条14循迹时，磁导航传感器不断的将小车的偏移量信息传递给速度控制板，磁导航传感器上的8个检测点信号灯亮灭与否等同于其对应8个OC门逻辑电路的导通与否。磁导航传感器的8个OC电路的导通与否即为磁导航传感器向速度控制板传递的偏移信息。处理偏移信息的方法如下：将磁导航传感器的8个检测点赋上不同的偏移值，首先先定义检测点的序号从左至右依次定义为：1号～8号，其对应的偏移值依次定义为：-4，-3，-2，-1，1，2，3，4。其中，偏移量＝每个检测点对应的偏移值的总和/检测点对应的OC电路导通的个数。

在AGV偏移轨道时，速度控制板通过PD算法再结合相应的IDE程序调整输出PWM值来实现AGV的循迹。根据前次偏移量e(n-1)、本次偏移量e(n)、比例系数Kp、微分系数Kd来计算PWM调整值，公式如下：ΔPWM(PWM调整值)＝Kp*e(n)+Kd*[e(n)-e(n-1)]，调整后的左电机驱动器对应的PWM值为原有PWM值的基础上加上ΔPWM，调整后的右电机驱动器对应的PWM值为原有PWM值的基础上减去ΔPWM。如此，速度控制板通过AGV偏移信息和预存的IDE程序不断调整输出的PWM值控制电机，进而实现AGV的循迹。

本发明的RFID传感器、RFID标签组10及信息采集板共同组成了位点识别系统，RFID标签组10中不同的标签存储这不同的位点信息。该系统作用是通过对RFID标签中位点信息的识别来控制AGV的运动状态。当AGV工作途经RFID标签组10的RFID标签时，RFID传感器将RFID标签的位点信息传送给信息采集板，信息采集板根据传来的位点信息及预存的IDE程序对位点信息进行数据打包处理，并将处理后的位点信息传送给与之相连的LattePanda主控板。预先烧写至Latte Panda主控板的LabVIEW串口程序会把打包处理后位点信息进行解译，将RFID传感器传递的位点信息译成Latte Panda主控板能够识别的程序信息。LabVIEW控制指令生成程序会根据LabVIEW串口程序译出的位点信息生成控制指令。另一个LabVIEW串口程序会将生成的控制指令进行打包处理发送给速度控制板，速度控制板会根据传来的控制指令改变输出PWM值来控制伺服直流电机82，进而改变AGV的行驶状态。

本发明的AGV在没有途径RFID标签时，未有位点信息上传至主控板Latte Panda，位点识别系统是不工作的。此时，预存在速度控制板中的IDE程序只执行循迹指令。当AGV途径RFID标签时，位点识别系统工作，此时，预存在速度控制板中的IDE程序优先执行主控板Latte Panda传来的控制指令。理论来说，用PD循迹法同样可以实现本发明AGV的转向行驶。但是，经实验表明，采用PD算法实现转向会使调整时间较长从而导致转向行驶的误差较大。所以本发明使用了位点识别系统，当RFID传感器识别到位点的时，主控板板能够迅速发出指令进行差速转向，在识别结束时再采用PD算法进行循迹，可大幅度减小调整时间进而减小转向行驶误差。

Claims (9)

1.一种基于磁导航的鸡舍巡检移动平台(以下简称AGV)，其特征在于包括硬件系统和软件系统，硬件系统包括：磁条、AGV基体、Arduino UNO开发板、Latte Panda主控板、RFID传感器、磁导航传感器。软件系统包括：Arduino开发板的Arduino IDE程序(以下简称IDE程序)、与主控板Latte Panda进行信息交互及主控板Latte Panda生成控制指令的LabVIEW程序(以下简称LabVIEW程序)；其中：

所述磁条设置在鸡舍的地表，其上设有RFID标签组，用于为所述AGV提供循迹轨迹；

所述AGV基体，为所述AGV的动力源，为所述AGV提供动力及结构基础；

所述Arduino UNO开发板，设置在所述AGV基体中，用于所述运动状态信息和所述位点信息的采集，并将所述位点信息和所述运动状态信息进行处理，与所述AGV基体和所述Latte Panda主控板进行信息的交互；

所述Latte Panda主控板，设置在所述AGV基体中，用于接收所述位点信息和生成所述控制指令；

所述RFID传感器，设置在述AGV基体中，用于生成所述位点信息；

所述磁导航传感器，设置在所述AGV基体中，用于生成所述运动状态信息；

所述IDE程序，用于收集位点信息、接受控制指令及生成所述纠偏指令；

所述LabVIEW程序，用于将所述IDE程序中位点信息传送给所述Latte Panda主控板、生成所述控制指令和将所述的控制指令传送给所述Arduino UNO开发板。

2.如权利要求1所述的AGV基体，其特征在于，包括：铝制支架、连接板、直流伺服电机及减速器、电机抱架、减震AGV万向轮、驱动轮、电机驱动器。

3.如权利要求1所述的Arduino UNO开发板，其特征在于，共有两块：速度控制板和信息采集板。速度控制板用于控制所述直流伺服电机转速、纠偏和接收所述控制指令；信息采集板用于采集所述位点信息。

4.如权利要求1所述运动状态信息，其特征在于，所述的运动状态信息是由所述磁导航传感器生成，为所述AGV基体的偏离状态信息。

5.如权利要求1所述的位点信息，其特征在于，为RFID传感器对所述词条上RFID标签生成的位点信息，不同的RFID标签，RFID传感器会生成不同的位点信息。

6.如权利要求1所述的RFID标签组，其特征在于，设置在所述磁条上，由多个不同的RFID标签组成，每个RFID标签代表不同的位点。

7.如权利要求1所述的纠偏指令，其特征在于，根据预存在所述速度控制板中的IDE 程序，采用PD算法控制所述直流伺服电机的转速。

8.如权利要求1所述的控制指令，其特征在于，由所述LabVIEW程序根据所述信息采集板上传的所述位点信息生成，并将所述控制指令传送给所述速度控制板。

9.如权利要求1所述的LabVIEW程序，共两种：

其中一种为所述串口程序，包括所述Latte Panda主控板与所述信息采集板连接接口的串口程序和所述Latte Panda主控板与所述速度控制板连接接口的串口程序，用于实现所述Latte Panda主控板和所述Arduino UNO开发板的信息交互；

另一种为所述控制指令生成程序，根据所述Latte Panda主控板与所述信息采集板传来的所述位点信息，生成所述控制指令。

Images