CN112506186B - 一种适用于工厂环境的混合导引agv小车及路径规划方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于工厂环境的混合导引AGV小车及路径规划方法。所述混合导引AGV小车包括驱动底盘、导航控制模块及电源模块。其中驱动底盘包含有驱动控制器、运动电机及与电机相连的车轮组；导航控制模块包含有光敏接收器、激光雷达、主控制器、红外探测器、视觉相机、环形光源。所述路径规划方法包括：工作区域货物、车辆、人员等相关信息统计，通过激光雷达探测结合相关信息完成地图构建及区域划分，依据划分区域进行导引方式选择，针对选择的导引方式进行环境辅助设施准备。本发明的适用于工厂环境的混合导引AGV小车及其控制方法可以实现多种导引方式的自动切换及组合，拓展AGV小车的应用范围，实现更加高效的车辆动态运输。

Description

一种适用于工厂环境的混合导引AGV小车及路径规划方法
技术领域
本发明涉及AGV技术应用领域，尤其涉及一种适用于工厂环境的混合导引AGV小车及路径规划方法。
背景技术
AGV(Automated Guided Vehicle)即“自动导引运输车”，是一种装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。在工业生产中，多使用AGV小车实现物料运输来进一步提高运输效率，降低生产成本，减少人员占用率。
随着工业自动化的不断深入，AGV小车在制造业中大显身手，其高效、准确、灵活的特性极大地提高了工业生产的柔性和企业的竞争力。近年来，AGV技术得到了快速发展，各种功能各异的自动导引运输车纷纷涌现，应用领域涉及仓储、医药、食品及危险场所等。
目前工业生产中使用的AGV小车导引方式涉及电磁导引、激光导引、视觉导引等，每一种导引方式都有着独特的优势，但都存在无法忽视的缺点。应用场所单一、运输范围受限是单一导引方式运输车存在的共同缺点。此外，工厂环境日益复杂，传统的AGV运输车已经无法适应多变的工厂环境，这将严重影响物料的运输效率，进一步造成制造系统运转率下降，降低生产效率。
发明内容
1、本发明要解决的技术问题
针对现有AGV技术存在的缺陷，本发明提供了一种适用于工厂环境的混合导引AGV小车及路径规划方法，该混合导引AGV小车可以根据工厂环境需要实现多种导引方式的自动切换及组合，克服了现有AGV小车应用场所单一、运输范围受限的缺点，拓展了AGV小车的应用范围，进一步实现更加高效的车辆动态运输。
2、技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种适用于工厂环境的混合导引AGV小车，包括驱动底盘、导航控制模块及电源模块，所述导航控制模块及电源模块均安装在驱动底盘上，为驱动底盘传输控制信号和提供动力支持；
所述驱动底盘包含有驱动控制器、小车底板、电机支架、运动电机及与电机相连的车轮组，其中运动电机及与电机相连的车轮组通过电机支架固定于小车底板；
所述导航控制模块包含有光敏接收器、激光雷达、主控制器、红外探测器、视觉相机、环形光源，其中光敏接收器设置在驱动底盘前端上方，激光雷达安装在小车底板上方中部，四个红外探测器分别设置于小车底板四周，视觉相机及环形光源设置于小车底板下方中部。
一种适用于工厂环境的混合导引AGV小车的路径规划方法，包含以下步骤：
S1：确定AGV小车工作区域，计量工作区域内货物密集程度及分布范围，同时统计区域内运输车辆及工作人员流动等相关信息。
S2：应用激光雷达构建工作区域原始地图，然后结合S1相关统计信息依据密集度及流动量等标准划分工作区域为红色活性区域、黄色常态区域、蓝色惰性区域。
S3：针对S2划分后的区域选择适当的导引方式，红色区域要求灵活性高，故选择激光雷达导引；黄色区域灵活性要求一般，故选择视觉导引方式；蓝色区域灵活性要求较低，选择红外光学导引方式；同时小车搭载光敏接收器。
S4：针对选择的导引方式对工作区域进行布置，其中，蓝色区域需设置红外光学导引辅助线路，黄色区域需预先布置导向标志，同时在不同区域间设置红黄蓝三色LED灯用于区分区域及导引方式切换。
优选的，所述驱动控制器与运动电机和主控制器电性连接，所述驱动控制器可控制运动电机工作，同时传输电机转速、旋转角度等信息至主控制器。
优选的，所述导航控制模块包括有激光雷达导引单元、红外光学一体化导引单元和视觉导引单元，所述导航控制模块可以实现激光雷达导引、红外光学一体化导引、视觉导引三种导引方式的切换及组合。
优选的，所述激光雷达与主控制器电性连接，所述S3中提到的激光雷达导引方式通过激光雷达实时探测周围环境信息并传输至主控制器，由主控制器对AGV小车进行实时控制及位姿调整。
优选的，所述S3中提到的红外光学一体化导引采用四个三路红外探测器，所述三路红外探测器可进行垂直双向探测，实现AGV小车关于X、Y、Z三个方向的环境信息获取，实现AGV小车的循迹、避障一体化功能。
优选的，所述S3中所提到的视觉导引方法使用的导向标志四周设置有辅助图标，所述辅助图标为长矩形色带。
优选的，所述视觉导引方法需结合视觉相机及红外探测器实现，AGV小车运行中视觉相机检测到导向标志后开启红外探测器探测辅助图标，对AGV小车进行位姿纠正。
优选的，在AGV小车运行中通过光敏接收器识别LED灯光信息，通过LED灯光信息判断小车所处区域，同时完成导引方式选择及切换。
优选的，所述车轮组为麦克纳姆轮，使AGV小车可以实现直行、横行、斜行、旋转中任意一种运动方式。
3、有益效果
本发明公开了一种适用于工厂环境的混合导引AGV小车及路径规划方法，该混合导引AGV小车克服了传统AGV运输车灵活性差、运动区域单一的缺陷，可以实现多导引方式的自动切换及组合；该混合导引AGV小车的路径规划方法可以实现工厂环境地图构建及区域划分，并根据工厂运输需求选择适当的导引方式，拓展了AGV运输车的应用场所，进一步提高了生产效率，实现了更加高效的车辆动态运输。
附图说明
图1是本发明提供的一种适用于工厂环境的混合导引AGV小车的整体外观图；
图2是本发明提供的一种适用于工厂环境的混合导引AGV小车的结构说明图；
图3是本发明提供的一种适用于工厂环境的混合导引AGV小车的结构辅助说明图；
图4是本发明提供的一种适用于工厂环境的混合导引AGV小车的部分导向标志图；
图5是本发明提供的一种适用于工厂环境的混合导引AGV小车的路径规划方法流程示意图；
图6是本发明提供的一种适用于工厂环境的混合导引AGV小车的路径规划方法具体应用流程示意图。
图中标号说明：
1、光敏接收器；2、驱动控制器；3、激光雷达；4、电源模块；5、主控制器；6、小车底板；7、红外探测器；8、视觉相机；9、环形光源；10、电机支架；11、车轮组；12、运动电机。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
实施例1：
如图1-4所示，一种适用于工厂环境的混合导引AGV小车，包括驱动底盘、导航控制模块及电源模块4，导航控制模块及电源模块4均安装在驱动底盘上，为驱动底盘传输控制信号和提供动力支持。
驱动底盘包含有驱动控制器2、小车底板6、电机支架10、运动电机12及与电机相连的车轮组11，其中运动电机12及与电机相连的车轮组11通过电机支架10固定于小车底板6；
导航控制模块包含有光敏接收器1、激光雷达3、主控制器5、红外探测器7、视觉相机8、环形光源9，其中光敏接收器1设置在驱动底盘前端上方，激光雷达3安装在小车底板6上方中部，四个红外探测器7分别设置于小车底板6四周，视觉相机8及环形光源9设置于小车底板6下方中部。
驱动控制器2可控制电机运动，同时传输电机转速、旋转角度等信息至主控制器5。
导航控制模块可以实现激光雷达导引、红外光学一体化导引、视觉导引三种导引方式的切换及组合。
激光雷达导引方式通过激光雷达3实时探测周围环境信息并传输至主控制器5，由主控制器5对AGV小车进行实时控制及位姿调整。
红外光学一体化导引采用四个三路红外探测器7，三路红外探测器7可进行垂直双向探测，实现AGV小车关于X、Y、Z三个方向的环境信息获取，实现AGV小车的循迹、避障一体化功能。
视觉导引方法需结合视觉相机8及红外探测器7实现，AGV小车运行中视觉相机8检测到导向标志后开启红外探测器7探测辅助图标，对AGV小车进行位姿纠正。
在AGV小车运行中通过光敏接收器1识别LED灯光信息，通过LED灯光信息判断小车所处区域，同时完成导引方式选择及切换。
车轮组11为麦克纳姆轮，使AGV小车可以实现直行、横行、斜行、旋转中任意一种运动方式。
视觉导引方法使用的导向标志四周设置有辅助图标，辅助图标为长矩形色带。
实施例2：
如图5所示，本实施例公开了一种适用于工厂环境的混合导引AGV小车的路径规划方法，包含以下步骤：
S1：确定AGV小车工作区域，计量工作区域内货物密集程度及分布范围，同时统计区域内运输车辆及工作人员流动等相关信息；
S2：应用激光雷达构建工作区域原始地图，然后结合S1相关统计信息依据密集度及流动量等标准划分工作区域为红色活性区域、黄色常态区域、蓝色惰性区域；
S3：针对S2划分后的区域选择适当的导引方式，红色区域要求灵活性高，故选择激光雷达导引；黄色区域灵活性要求一般，故选择视觉导引方式；蓝色区域灵活性要求较低，选择红外光学导引方式；同时小车搭载光敏接收器；
S4：针对选择的导引方式对工作区域进行布置，其中，蓝色区域需设置红外光学导引辅助线路，黄色区域需预先布置导向标志，同时在不同区域间设置红黄蓝三色LED灯用于区分区域及导引方式切换。
实施例3：
如图6所示，本实施例介绍了一种适用于工厂环境的混合导引AGV小车的路径规划方法具体应用流程，包含以下步骤：
(1)初始化系统配置、启动AGV小车；
(2)启动光敏接收器，检测LED灯光信息；
(3)判断光敏接收器是否检测到LED灯光，结果为“Y”转步骤4，结果为“N”装步骤2；
(4)识别LED灯光颜色，检测结果为“红色”转步骤5，检测结果为“黄色”转步骤6，检测结果为“蓝色”转步骤7；
(5)调用激光导引程序，同步开启上位机进行实时检测；
(6)调用视觉导引程序，启动视觉相机和红外探测器；
(7)调用红外光学导引程序，同步开启红外探测器，进行循迹避障；
(8)导引结束指令发出，判断AGV小车是否到达目标位置，结果为“Y”转步骤9，结果为“N”装步骤1；
导引行程结束，小车停止运行
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种适用于工厂环境的混合导引AGV小车的路径规划方法，其特征在于：包含以下步骤：
S1：确定AGV小车工作区域，计量工作区域内货物密集程度及分布范围，同时统计区域内运输车辆及工作人员流动相关信息。
S2：应用激光雷达（3）构建工作区域原始地图，然后结合S1相关统计信息依据密集度及流动量标准划分工作区域为红色活性区域、黄色常态区域、蓝色惰性区域。
S3：针对S2划分后的区域选择适当的导引方式，红色区域要求灵活性高，故选择激光雷达导引；黄色区域灵活性要求一般，故选择视觉导引方式；蓝色区域灵活性要求较低，选择红外光学导引方式；同时小车搭载光敏接收器（1）。
S4：针对选择的导引方式对工作区域进行布置，其中，蓝色区域需设置红外光学导引辅助线路，黄色区域需预先布置导向标志，同时在不同区域间设置红黄蓝三色LED灯用于区分区域及导引方式切换；
基于S1～S4所述内容对AGV小车的路径进行规划，具体包括以下步骤：
A1、初始化系统配置、启动AGV小车；
A2、启动光敏接收器，检测LED灯光信息；
A3、判断光敏接收器是否检测到LED灯光，结果为“Y”转步骤4，结果为“N”转步骤2；
A4、识别LED灯光颜色，检测结果为“红色”转步骤5，检测结果为“黄色”转步骤6，检测结果为“蓝色”转步骤7；
A5、调用激光导引程序，同步开启上位机进行实时检测；
A6、调用视觉导引程序，启动视觉相机和红外探测器；
A7、调用红外光学导引程序，同步开启红外探测器，进行循迹避障；
A8、导引结束指令发出，判断AGV小车是否到达目标位置，结果为“Y”转步骤9，结果为“N”转步骤1；
A9、导引行程结束，小车停止运行。
2.根据权利要求1所述的一种适用于工厂环境的混合导引AGV小车的路径规划方法所应用的一种适用于工厂环境的混合导引AGV小车，其特征在于，包括驱动底盘、导航控制模块及电源模块（4），所述导航控制模块及电源模块（4）均安装在驱动底盘上，为驱动底盘传输控制信号和提供动力支持；
所述驱动底盘包含有驱动控制器（2）、小车底板（6）、电机支架（10）、运动电机（12）及与电机相连的车轮组（11），其中运动电机（12）及与电机相连的车轮组（11）通过电机支架（10）固定于小车底板（6）；
所述导航控制模块包含有光敏接收器（1）、激光雷达（3）、主控制器（5）、红外探测器（7）、视觉相机（8）、环形光源（9），其中光敏接收器（1）设置在驱动底盘前端上方，激光雷达（3）安装在小车底板（6）上方中部，四个红外探测器（7）分别设置于小车底板（6）四周，视觉相机（8）及环形光源（9）设置于小车底板（6）下方中部。
3.根据权利要求1或2所述的一种适用于工厂环境的混合导引AGV小车，其特征在于：所述驱动控制器（2）与运动电机（12）和主控制器（5）电性连接，所述驱动控制器（2）可控制运动电机（12）工作，同时传输电机转速、旋转角度信息至主控制器（5）。
4.根据权利要求1或2所述的一种适用于工厂环境的混合导引AGV小车，其特征在于：所述导航控制模块包括有激光雷达导引单元、红外光学一体化导引单元和视觉导引单元，所述导航控制模块可以实现激光雷达导引、红外光学一体化导引、视觉导引三种导引方式的切换及组合。
5.根据权利要求1或2所述的一种适用于工厂环境的混合导引AGV小车，其特征在于：所述激光雷达（3）与主控制器（5）电性连接，所述S3中提到的激光雷达导引方式通过激光雷达（3）实时探测周围环境信息并传输至主控制器（5），由主控制器（5）对AGV小车进行实时控制及位姿调整。
6.根据权利要求1或2所述的一种适用于工厂环境的混合导引AGV小车，其特征在于：所述S3中提到的红外光学一体化导引采用四个三路红外探测器（7），所述三路红外探测器（7）可进行垂直双向探测，实现AGV小车关于X、Y、Z三个方向的环境信息获取，实现AGV小车的循迹、避障一体化功能。
7.根据权利要求1所述的一种适用于工厂环境的混合导引AGV小车，其特征在于：所述S3中所提到的视觉导引方法使用的导向标志四周设置有辅助图标，所述辅助图标为长矩形色带。
8.根据权利要求1或2所述的一种适用于工厂环境的混合导引AGV小车，其特征在于：所述视觉导引方法需结合视觉相机（8）及红外探测器（7）实现，AGV小车运行中视觉相机（8）检测到导向标志后开启红外探测器（7）探测辅助图标，对AGV小车进行位姿纠正。
9.根据权利要求1或2所述的一种适用于工厂环境的混合导引AGV小车，其特征在于：在AGV小车运行中通过光敏接收器（1）识别LED灯光信息，通过LED灯光信息判断小车所处区域，同时完成导引方式选择及切换。
10.根据权利要求1或2所述的一种适用于工厂环境的混合导引AGV小车，其特征在于：所述车轮组（11）为麦克纳姆轮，使AGV小车可以实现直行、横行、斜行、旋转中任意一种运动方式。
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