CN113126616B - 基于rfid的双磁条导航潜伏式agv小车及控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于RFID的双磁条导航潜伏式AGV小车，包括顶升机构、步进电机和用于承载物品的底盘，底盘的对称位置安装2个磁条传感器，底盘上安装RFID传感器，顶升机构带动顶升台子进行上升，同时设置导向连接板与顶升台子部分连接；顶升板与顶升台子至少部分连接，顶升机构和导向连接板都设置在丝杠底座上，丝杠底座与底盘进行连接，丝杠底座下面安装小齿轮与大齿轮，步进电机的输出轴与小齿轮的转轴连接，小齿轮与大齿轮啮合，大齿轮的转轴上安装顶升机构。以及提供一种基于RFID的双磁条导航潜伏式AGV小车的控制方法。本发明提高柔性系统搬运效率和仓储系统的存、取效率，满足仓储AGV在搬运货架过程中的各种复杂的姿态要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于RFID的双磁条导航潜伏式AGV小车及控制方法。
背景技术
随着科学技术的发展，制造业逐渐向智能化转变，智能制造必然是未来的一种新兴的生产模式。而用于物料运输的自动导引小车(Automatic Guided Vehicle，AGV)将会大量运用。AGV作为智能制造系统的一部分，能提高生产效率，有利于实现信息化、智能化。AGV可以提高企业生产的信息化水平，并且能代替部分人力，提高生产效率，增加企业收益，甚至是有利于之后实现智能制造。
AGV是多学科交叉的产物，控制系统是其核心，目前大量的AGV选用微型主机或单片机作为控制核心，微控制器(MCU)可以减小控制系统所占的空间，且功耗较低，但所需要的调试时间较长，运算能力和拓展能力较差，可以实现的人机交互效果一般。在实际使用中AGV的自主导航能力、障碍检测能力、电池管理性能一直是各AGV厂家的研发重点，特别是AGV的导航可靠性与准确性。引导技术作为AGV的核心技术之一，引导技术体现了AGV的智能程度，目前，常用的引导技术有电磁引导、磁带引导、激光引导、惯性引导、光学引导、视觉引导等。其障碍检测存在一定的盲区，并且存在车身较大，导航精度不高的问题，同时机构没办法自主搬运货物，无法满足企业等市场的需求等问题。
发明内容
为了克服已有技术的不足，本发明提供一种基于RFID的双磁条导航潜伏式AGV小车及控制方法，提高柔性系统搬运效率和仓储系统的存、取效率，满足仓储AGV在搬运货架过程中的各种复杂的姿态要求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于RFID的双磁条导航潜伏式AGV小车，包括顶升机构、步进电机和用于承载物品的底盘，所述底盘的对称位置安装2个磁条传感器，所述底盘上安装RFID传感器，所述顶升机构采用丝杠螺母传动沿竖直方向使旋转运动转化为直线移动，同时带动顶升台子进行上升，同时设置导向连接板与顶升台子部分连接，防止上升过程中容易打滑；顶升板与顶升台子至少部分连接，以使顶升台子带动顶升板沿竖直方向移动；所述顶升机构和导向连接板都设置在丝杠底座上，丝杠底座与底盘进行连接，所述丝杠底座下面安装小齿轮与大齿轮，步进电机的输出轴与小齿轮的转轴连接，小齿轮与大齿轮啮合，所述大齿轮的转轴上安装所述顶升机构。
进一步，所述AGV小车还包括直流电机固定架、从动轮固定支架，所述直流电机固定架上固定直流电机带动底盘的主动轮运动，所述从动轮固定架上固定万向轮。
再进一步，所述AGV小车还包括电源固定架，所述电源固定架与底盘部分连接，所述电源固定架上面承载电源。
所述AGV小车还包括支架，所述支架与外壳连接，外壳上安装显示模块、超声波传感器、激光传感器和视觉传感器。
一种基于RFID的双磁条导航潜伏式AGV小车的控制方法，其特征在于，RFID传感器读出电子标签的数据信息，传给AGV的控制器，控制器分析数据信息，执行搬运任务或停止操作：AGV小车行驶过程中，检测到上升电子标签之后AGV停下来之后，完成承载货物操作，检测到下一个下降电子标签，AGV停下来，完成卸载操作，然后继续完成搬运任务；
通过2个磁条传感器判别小车相对于轨道的偏移量，得到AGV相对与地面磁条的偏移量和偏移角度。
进一步，通过驱动机构控制AGV基于导航运行，采用增量式PID算法设计，得到了以下的数字PID增量式控制算法：
其中:u(k)表示第k次采样时的输入；e(k)表示第k次采样时的偏差；e(k-1)表示第k-1次采样时的偏差；e(k-2)表示第k-2次采样时的偏差；KP是系统比例系数；KI是积分常数；KD是微分常数；
将磁传感器的得到的偏差量作为PID控制器的输入量，左右轮的速度差作为控制输出量，控制增量Δu(k)的确定仅与最近3次的采样值有关，没有误差累加，使控制输出更加准确。
PID算法的优劣与其三个参数相关，为使参数最优采用粒子群优化算法对PID参数进行整定。
所述控制方法中，控制循迹是基于PID控制算法的循迹控制程序设计，时刻检测距离信息、磁传感器数据、调整电机速度。循迹程序首先获取超声波传感器和激光模组的距离信息，以及激光模组的角度，通过这些数据判断当前设定范围内是否存在障碍物；如果检测到障碍物那么AGV停止，如果没有检测到障碍物，获取前后2个磁条传感器的数据。
本发明的有益效果主要表现在：
1.提高柔性系统搬运效率和仓储系统的存、取效率；同时，由于仓储系统中货物堆放密集，AGV的尺寸规格要尽可能的小，除此之外，AGV自带顶升机构，通过RFID定位进行定位控制，确保AGV在运行的过程中能够按要求严格的控制车身和搬运货物的相对位置。
2.AGV具有顶升货架背负行走的功能，顶升台子可随着AGV底盘360旋转而进行上升运动，满足仓储AGV在搬运货架过程中的各种复杂的姿态要求。
附图说明
图1为一种基于RFID的双磁条导航潜伏式AGV小车的实施例的剖视图；
图2为一种基于RFID的双磁条导航潜伏式AGV小车的结构示意图；
图3为一种基于RFID的双磁条导航潜伏式AGV小车的主视图；
图4为本发明的双输入PID控制功能框图。
图5为本发明的循迹控制模块流程图。
图6为本发明的树莓派模块设计流程图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
1、导向连接板；2、顶升台子；3、顶升机构；4、支架；5、步进电机；6、磁条传感器；7、L型支架；8、RFID传感器；9、丝杠底座；10、直流电机；11、直流电机固定架；12、从动轮支架；13、电源；14、小齿轮；15、底盘；16、主动轮；17、大齿轮；18、AGV控制器；19、电源固定架；20、继电器；22、顶升板；23、外壳；24、万向轮；25、显示模块；26、超声波传感器；27、激光传感器；28、视觉传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图6，一种基于RFID的双磁条导航潜伏式AGV小车，包括顶升机构3、步进电机5和用于承载物品的底盘15，所述底盘15的对称位置安装2个磁条传感器6，所述底盘15上安装RFID传感器8，顶升机构3沿竖直方向可螺旋移动，同时带动顶升台子2进行上升，同时设置导向连接板1与顶升台子2部分连接，防止上升过程中容易打滑；顶升板20与顶升台子2至少部分连接，以使顶升台子2带动顶升板20沿竖直方向移动；步进电机5，设置在丝杠底座9上，顶升机构3与导向连接板1都设置在丝杠底座9上，丝杠底座9与底盘15进行连接，丝杠底座9下面安装小齿轮14与大齿轮17，步进电机5提供动力，然后使小齿轮14进行传动，小齿轮14带动大齿轮17进行传动，大齿轮17带动顶升机构3运转，最终导致顶升台子上升用于承载货物。
AGV小车还包括直流电机固定架11、从动轮固定支架12，分别用于固定直流电机10与万向轮24，直流电机10的输出轴带动主动轮16运动。
电源固定架19与底盘15部分连接，上面承载电源13，同时还有支架4(采用铝型材)，支架4与外壳23连接，外壳23上面用以安装显示模块25、超声波传感器26、激光传感器27和视觉传感器28。
本实施例的基于RFID的双磁条导航潜伏式AGV小车，底盘15上安装有直流电机固定架11、磁条传感器6、RFID传感器8、电源13、万向轮22等，还安装控制系统，包含有AGV控制器18、继电器20、电压转换模块21、直流电机10等控制相关的器件，顶升机构3同时位于整体机构中间位置，起承载作用。
避障检测装置从多传感器融合以及机构结构为切入点，利用超声波传感器26、激光传感器27、视觉传感器28，3种传感器实现障碍物的检测，并且设计通过机械结构使得激光测距模组由原本的点对点测距变成范围内测距。对于复杂路障也能正确识别，安全停靠，有效减少了障碍检测盲区，提高了AGV运行的安全性。
结合两种测距传感器，设计测距模块，其中两种传感器分层布置，实现不同空间的障碍物检测；激光测距传感器27可在-1°～51°角度范围内实现转动，调整障碍物检测的高度，超声波传感器26与外壳23进行部分连接。
基于RFID定位方式进行定位，当AGV靠近电子标签时，地盘上的RFID读卡器8会读出电子标签的数据信息，传给AGV的控制器18，控制器18分析数据信息，来决定下一步的操作。
根据RFID传感器8检测结果控制执行搬运任务或停止操作。AGV小车行驶过程中，检测到上升电子标签之后AGV停下来之后，顶升机构3完成承载货物操作，检测到下一个下降电子标签，AGV停下来，顶升机构3完成卸载操作，然后继续完成搬运任务。
磁条传感器6是AGV最主要的传感器，双磁条导航方式是在对称位置安装2个磁条传感器6，通过该方式判别小车相对于轨道的偏移量，得到AGV相对与地面磁条的偏移量和偏移角度。
AGV控制器18通过驱动机构控制AGV实现导航运行；采用增量式PID算法设计,得到了以下的数字PID增量式控制算法：
其中:u(k)表示第k次采样时的输入；e(k)表示第k次采样时的偏差；e(k-1)表示第k-1次采样时的偏差；e(k-2)表示第k-2次采样时的偏差；KP是系统比例系数；KI是积分常数；KD是微分常数。
将磁传感器的得到的偏差量作为PID控制器的输入量，左右轮的速度差作为控制输出量。控制增量Δu(k)的确定仅与最近3次的采样值有关，没有误差累加，使控制输出更加准确。
PID算法的优劣与其三个参数相关，为使参数最优采用粒子群优化算法对PID参数进行整定。
如图5所示，AGV小车的控制系统控制循迹是基于PID控制算法的循迹控制设计，时刻检测距离信息、磁传感器数据、调整电机速度。循迹程序首先获取超声波传感器和激光模组的距离信息，以及激光模组的角度，通过这些数据判断，当前一定范围内是否存在障碍物。如果检测到障碍物那么AGV停止，如果没有检测到障碍物，获取前后两个磁传感器的数据，沿磁带进行前行。
如图6所示，AGV控制器18还包括树莓派模块，其中包含STM32单片机进行串口通讯、障碍物识别等。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (2)
1.一种基于RFID的双磁条导航潜伏式AGV小车，其特征在于，包括顶升机构、步进电机和用于承载物品的底盘，所述底盘的对称位置安装2个磁条传感器，所述底盘上安装RFID传感器，所述顶升机构采用丝杠螺母传动沿竖直方向使旋转运动转化为直线移动，同时带动顶升台子进行上升，同时设置导向连接板与顶升台子部分连接，防止上升过程中容易打滑；顶升板与顶升台子至少部分连接，以使顶升台子带动顶升板沿竖直方向移动；所述顶升机构和导向连接板都设置在丝杠底座上，丝杠底座与底盘进行连接，所述丝杠底座下面安装小齿轮与大齿轮，步进电机的输出轴与小齿轮的转轴连接，小齿轮与大齿轮啮合，所述大齿轮的转轴上安装所述顶升机构；
所述AGV小车还包括直流电机固定架、从动轮固定支架，所述直流电机固定架上固定直流电机带动底盘的主动轮运动，所述从动轮固定架上固定万向轮；所述AGV小车还包括电源固定架，所述电源固定架与底盘部分连接，所述电源固定架上面承载电源；所述AGV小车还包括支架，所述支架与外壳连接，外壳上安装显示模块、超声波传感器、激光传感器和视觉传感器。
2.一种基于RFID的双磁条导航潜伏式AGV小车的控制方法，其特征在于，RFID传感器读出电子标签的数据信息，传给AGV的控制器，控制器分析数据信息，执行搬运任务或停止操作：AGV小车行驶过程中，检测到上升电子标签之后AGV停下来之后，完成承载货物操作，检测到下一个下降电子标签，AGV停下来，完成卸载操作，然后继续完成搬运任务；
通过2个磁条传感器判别小车相对于轨道的偏移量，得到AGV相对与地面磁条的偏移量和偏移角度；
通过驱动机构控制AGV基于导航运行，采用增量式PID算法设计，得到了以下的数字PID增量式控制算法：
其中:u(k)表示第k次采样时的输入；e(k)表示第k次采样时的偏差；e(k-1)表示第k-1次采样时的偏差；e(k-2)表示第k-2次采样时的偏差；KP是系统比例系数；KI是积分常数；KD是微分常数；
将磁传感器的得到的偏差量作为PID控制器的输入量，左右轮的速度差作为控制输出量；
所述控制方法中，控制循迹是基于PID控制算法的循迹控制程序设计，时刻检测距离信息、磁传感器数据、调整电机速度；循迹程序首先获取超声波传感器和激光模组的距离信息，以及激光模组的角度，通过这些数据判断当前设定范围内是否存在障碍物；如果检测到障碍物那么AGV停止，如果没有检测到障碍物，获取前后2个磁条传感器的数据。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |