CN113917928A - 一种全自动agv无人叉车及其路径规划方法 - Google Patents

一种全自动agv无人叉车及其路径规划方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种全自动AGV无人叉车及其路径规划方法，其中全自动AGV无人叉车包含AGV叉车主体、设置在AGV叉车主体顶部的激光导航传感器、设置在AGV叉车主体内的控制模块、多个设置在工作区域的反射器；所述控制模块包括定位控制器和导航控制器；所述激光导航传感器用于测量与多个反射器的距离，并将测量数据传送给定位控制器；所述定位控制器根据激光导航传感器传送的数据实时定位AGV叉车主体的位置，并将定位数据传送给导航控制器；所述导航控制器根据定位控制器传送的定位数据，控制AGV叉车主体自动行驶到指定位置完成搬运工作；本发明能实现24小时不间断运行，提高工作效率，节省人力成本，且安全可靠，能避免诸多意外情况，适合多种现场环境。

Description

一种全自动AGV无人叉车及其路径规划方法
技术领域
本发明涉及运输设备技术领域，特指一种全自动AGV无人叉车及其路径规划方法。
背景技术
AGV是自动导引运输车(Automatic Guided Vehicle)的英文缩写。根据美国物流协会定义，AGV是指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，同时还具有自动编程，安全防护和多种移载功能的运输设备，AGV是现代物流系统的关键设备之一。近年来，随着仓储运输行业的快速发展，AGV+叉车已经在轮胎、烟草、汽车零部件等行业广泛应用。
叉车具有载重大，一般都在2t以上，可以多层插取，高度达到两米等优点，在一些大型加工厂，复杂工况下广泛使用。但叉车需要由专业的叉车工驾驶，运行成本逐年增加，也一直承担着人工开叉车造成的意外风险；虽然市场上也出现了AGV无人叉车，如现有技术201620327824.4公开的一种激光导引式AGV前移式叉车，但工作中存在以下问题：1、采用传统的AGV控制系统进行控制，无法精确计算出车辆的位置和运动方向；2、对货物放置位置需进行严格限位，如果货物放置位置或高度有偏差，叉车无法精准叉取货物；3、虽然设置有安全传感器，但该安全传感器设置在叉车的尾部，叉车前进时避障效果差。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种全自动AGV无人叉车及其路径规划方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种全自动AGV无人叉车，包含AGV叉车主体、设置在AGV叉车主体顶部的激光导航传感器、设置在AGV叉车主体内的控制模块、多个设置在工作区域的反射器；所述控制模块包括定位控制器和导航控制器；所述激光导航传感器用于测量与多个反射器的距离，并将测量数据传送给定位控制器；所述定位控制器用于进行地图建立，根据激光导航传感器传送的数据实时定位AGV叉车主体的位置，并将定位数据传送给导航控制器；所述导航控制器根据定位控制器传送的定位数据，控制AGV叉车主体自动行驶到指定位置完成搬运工作。
优选的，所述AGV叉车主体的前部设置有避障传感器；所述避障传感器用于感应前方障碍物，并将障碍数据传送给导航控制器；所述导航控制器根据激光导航传感器传送的障碍物数据结合定位控制器传送的定位数据，控制AGV叉车主体安全避障。
优选的，所述AGV叉车主体在货叉在底部设置有激光测距传感器；所述激光测距传感器能实时获得货叉高度，实现多层托盘堆码搬运工作。
优选的，所述反射器采用直径为60-10mm的圆柱体胶合反光箔。
优选的，所述反射器设置在工作区域的柱子或墙壁上。
优选的，所述工作区域内设置有多个间隔放置的充电站；所述充电站用于对AGV叉车主体进行充电。
本发明还公开了一种全自动AGV无人叉车的路径规划方法，其特征在于：包含以下步骤：
S 1：地图模型建立
根据工作区域进行地图建立，建立AGV叉车主体运行的全局坐标系统，并设置相应的原点；
S2：工位模型建立
工位模型分为动态和静态两种，其中静态模型将其对应的位置坐标记录到数据库中作为其在系统模型中的位置，而动态模型根据托盘尺寸及AGV叉车主体运动空间划分成N个托盘存放区；
S3：路径规划导航
路径规划导航完成AGV叉车主体点到点的运动控制，实现任意两个目标点之间路径导航。
优选的，所述路径规划导航具体包括以下步骤：
S31:激光坐标计算
激光导航传感器根据工作区域内的多个反射器的位置，确定激光导航传感器在工作区域中的坐标(x,y,θ)；
S32:激光坐标转换到辅助轮
当AGV叉车主体原地旋转时，AGV叉车主体以两个辅助轮的中心点C点进行旋转；两个辅助轮的中心点对于AGV叉车主体原地动作的过程中固定不变，由此，这里将激光坐标转换至C点；转换公式：
xc＝x+l*cos(θ)
yc＝y+l*sin(θ)
S33:激光运行路径偏差计算
AB点之间建立一条直线，并记录AGV当前坐标点；
当AGV叉车主体前进时，包括以下步骤：
S331:激光坐标转换到车体前部，两个辅助轮的中心点；
S332:绘制激光坐标点连线；
S333:计算AGV叉车主体前部在直线的方向及到直线距离，建立一个坐标系XY，其中AB点的坐标值分别为(xA,yA)和(xB,yB)，车体实时位置是C(x车,y车)，规定车体沿A点向B点沿直线AB行走；在AGV叉车主体位置C点和目标点B点之间建立一条直线lCB，公式：
mx+ny＝λ(4)
如果xC-xB＝0 m＝0
如果xC-xB≠0 m＝1(5)
将AB两点坐标值和(4)带入(5)中，计算出n和λ的值；因为C点直线上，所以C点和直线线距离偏差ddis＝0，转换公式：
Figure BDA0003339040200000041
adis＝|90°-θ|(m＝0) (6)
S334:达到停止条件并精确调整位置,执行对应动作；
当AGV叉车主体后退时，包括以下步骤：
S335:激光坐标转换到车体后部，两个叉子的尾部中心点；
S336:绘制激光坐标点连线；
S337:计算AGV叉车主体后部在直线的方向及到直线距离,同步骤S333；
S338:达到停止条件并精确调整位置,执行对应动作。
优选的，所述托盘存放区尺寸和数量由托盘尺寸决定,托盘放置到该区域后位置实时更新到数据库，以消除托盘搬运的累计误差，并且合理分配托盘存储空间。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明能实现无人驾驶，24小时不间断运行，提高工作效率，节省人力成本，可以在极端环境下工作，比如一些高温高湿的环境中，人员无法进入或很难开展长时间工作的环境中，且安全可靠，能避免诸多意外情况，从而适合多种现场环境；
2、本发明利用其路径规划方法通过能精确计算出车辆的位置和运动方向，停车精度控制在毫米级；
3、本发明通过设置在货叉底部设置激光测距传感器，能实时获得货叉高度，对托盘叉孔进行精确定位，实现多层托盘堆码搬运工作；
4、本发明通过在AGV叉车主体前部设置避障传感器，能在前进过程中感应前方障碍物，通过导航控制器控制AGV叉车主体安全避障，提高避障效果。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
附图1为本发明所述的全自动AGV无人叉车的结构示意图；
附图2为本发明中激光导航传感器导引示意图；
附图3为本发明中AGV叉车主体原地旋转时的工作示意图；
附图4为本发明中AGV叉车主体任意曲线轨迹示意图。
其中：1、AGV叉车主体；11、激光导航传感器；12、控制模块；13、避障传感器；14、货叉；15、激光测距传感器；2、反射器。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
附图1-2为本发明所述的全自动AGV无人叉车及，包含AGV叉车主体1、设置在AGV叉车主体1顶部的激光导航传感器11、设置在AGV叉车主体1内的控制模块12、多个设置在工作区域的反射器2；所述控制模块12包括定位控制器和导航控制器；所述激光导航传感器11用于测量与多个反射器2的距离，并将测量数据传送给定位控制器；所述定位控制器用于进行地图建立，根据激光导航传感器11传送的数据实时定位AGV叉车主体1的位置，并将定位数据传送给导航控制器；所述导航控制器根据定位控制器传送的定位数据，控制AGV叉车主体1自动行驶到指定位置完成搬运工作。
进一步，所述激光导航传感器11型号为NAV350，是一种在360°角度下使用的传感器，通过测量与周围布置的反射器2的距离，并根据这些距离通过三点定位原理计算其位置。
进一步，所述AGV叉车主体1的前部设置有避障传感器13；所述避障传感器13用于感应前方障碍物，并将障碍数据传送给导航控制器；所述导航控制器根据激光导航传感器11传送的障碍物数据结合定位控制器传送的定位数据，控制AGV叉车主体1安全避障；所述避障传感器13的型号为北洋的UST05，是一款单区域避障设置的激光导引传感器，即在传感器扫描范围内，通过绘图软件绘制避障传感器13的有效区域，传感器有效避障范围可以达到270度。
进一步，所述AGV叉车主体1在货叉14在底部设置有激光测距传感器15；所述激光测距传感器15能实时获得货叉14高度，对托盘叉孔进行精确定位，实现多层托盘堆码搬运工作；考虑到安全及稳定等要求，本发明采用SICK系列的DT35检测货叉14高度。
进一步，所述反射器2采用直径为60-10mm的圆柱体胶合反光箔，反射效果最好，即使光线较强，不也影响NAV350激光导航传感器11测量与周围布置的反射器2的距离。
进一步，所述反射器2设置在工作区域的柱子或墙壁上；由于NAV350激光导航传感器11安装在AGV叉车主体1的顶部，距离地面约2米，荣光将反射器2设置在工作区域的柱子或墙壁上，便于NAV350激光导航传感器11测量与周围布置的反射器2的距离。
进一步，所述工作区域内设置有多个间隔放置的充电站；所述充电站用于对AGV叉车主体1进行充电；当AGV叉车主体1需要充电时，导航控制器会控制AGV叉车主体1自动行驶到最近的充电站进行充电，提供工作效率。
本发明还公开了一种全自动AGV无人叉车的路径规划方法，包含以下步骤：
S 1：地图模型建立
根据工作区域进行地图建立，建立AGV叉车主体1运行的全局坐标系统，并设置相应的原点；
S2：工位模型建立
工位模型分为动态和静态两种；
静态模型如托盘缓存区，灭菌柜，将其对应的位置坐标记录到数据库中作为其在系统模型中的位置；
动态模型为托盘存储区，该区域根据托盘尺寸及AGV叉车主体1运动空间划分成N个托盘存放区；所述托盘存放区尺寸和数量由托盘尺寸决定,托盘放置到该区域后位置实时更新到数据库，以消除托盘搬运的累计误差，并且合理分配托盘存储空间；
S3：路径规划导航
路径规划导航完成AGV叉车主体1点到点的运动控制，实现任意两个目标点之间路径导航。
进一步，所述路径规划导航具体包括以下步骤：
S31:激光坐标计算
激光导航传感器11根据工作区域内的多个反射器2的位置，确定激光导航传感器11在工作区域中的坐标(x,y,θ)；
S32:激光坐标转换到辅助轮
如图3所示，当AGV叉车主体1原地旋转时，AGV叉车主体1以两个辅助轮的中心点C点进行旋转；两个辅助轮的中心点对于AGV叉车主体1原地动作的过程中固定不变，由此，这里将激光坐标转换至C点；转换公式：
xc＝x+l*cos(θ)
yc＝y+l*sin(θ)
S33:激光运行路径偏差计算
AB点之间建立一条直线，并记录AGV当前坐标点；
当AGV叉车主体1前进时，包括以下步骤：
S331:激光坐标转换到车体前部，两个辅助轮的中心点；
S332:绘制激光坐标点连线；
S333:计算AGV叉车主体1前部在直线的方向及到直线距离，建立一个坐标系XY，如图4所示，设定车体任务工位点由A到F点，将A到F分成多段直线，这里以A，B两点直线行走为例，AB点的坐标值分别为(xA,yA)和(xB,yB)，车体实时位置是C(x车,y车)，规定车体沿A点向B点沿直线AB行走；在AGV叉车主体1位置C点和目标点B点之间建立一条直线lCB，公式：
mx+ny＝λ(4)
如果xC-xB＝0 m＝0
如果xC-xB≠0 m＝1(5)
将AB两点坐标值和(4)带入(5)中，计算出n和λ的值；因为C点直线上，所以C点和直线线距离偏差ddis＝0，转换公式：
Figure BDA0003339040200000101
adis＝|90°-θ|(m＝0) (6)
S334:达到停止条件并精确调整位置,执行对应动作；
当AGV叉车主体1后退时，包括以下步骤：
S335:激光坐标转换到车体后部，两个叉子的尾部中心点；
S336:绘制激光坐标点连线；
S337:计算AGV叉车主体1后部在直线的方向及到直线距离,同步骤S333；
S338:达到停止条件并精确调整位置,执行对应动作。
本发明利用其路径规划方法通过能精确计算出车辆的位置和运动方向，停车精度控制在毫米级。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (9)

1.一种全自动AGV无人叉车，其特征在于：包含AGV叉车主体、设置在AGV叉车主体顶部的激光导航传感器、设置在AGV叉车主体内的控制模块、多个设置在工作区域的反射器；所述控制模块包括定位控制器和导航控制器；所述激光导航传感器用于测量与多个反射器的距离，并将测量数据传送给定位控制器；所述定位控制器用于进行地图建立，根据激光导航传感器传送的数据实时定位AGV叉车主体的位置，并将定位数据传送给导航控制器；所述导航控制器根据定位控制器传送的定位数据，控制AGV叉车主体自动行驶到指定位置完成搬运工作。
2.根据权利要求1所述的全自动AGV无人叉车，其特征在于：所述AGV叉车主体的前部设置有避障传感器；所述避障传感器用于感应前方障碍物，并将障碍数据传送给导航控制器；所述导航控制器根据激光导航传感器传送的障碍物数据结合定位控制器传送的定位数据，控制AGV叉车主体安全避障。
3.根据权利要求2所述的全自动AGV无人叉车，其特征在于：所述AGV叉车主体在货叉在底部设置有激光测距传感器；所述激光测距传感器能实时获得货叉高度，实现多层托盘堆码搬运工作。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的全自动AGV无人叉车，其特征在于：所述反射器采用直径为60-10mm的圆柱体胶合反光箔。
5.根据权利要求4所述的全自动AGV无人叉车，其特征在于：所述反射器设置在工作区域的柱子或墙壁上。
6.根据权利要求5所述的全自动AGV无人叉车，其特征在于：所述工作区域内设置有多个间隔放置的充电站；所述充电站用于对AGV叉车主体进行充电。
7.根据权利要求6所述的全自动AGV无人叉车的路径规划方法，其特征在于：包含以下步骤：
S1：地图模型建立
根据工作区域进行地图建立，建立AGV叉车主体运行的全局坐标系统，并设置相应的原点；
S2：工位模型建立
工位模型分为动态和静态两种，其中静态模型将其对应的位置坐标记录到数据库中作为其在系统模型中的位置，而动态模型根据托盘尺寸及AGV叉车主体运动空间划分成N个托盘存放区；
S3：路径规划导航
路径规划导航完成AGV叉车主体点到点的运动控制，实现任意两个目标点之间路径导航。
8.根据权利要求7所述的全自动AGV无人叉车的路径规划方法，其特征在于：所述路径规划导航具体包括以下步骤：
S31:激光坐标计算
激光导航传感器根据工作区域内的多个反射器的位置，确定激光导航传感器在工作区域中的坐标(x,y,θ)；
S32:激光坐标转换到辅助轮
当AGV叉车主体原地旋转时，AGV叉车主体以两个辅助轮的中心点C点进行旋转；两个辅助轮的中心点对于AGV叉车主体原地动作的过程中固定不变，由此，这里将激光坐标转换至C点；转换公式：
xc＝x+l*cos(θ)
yc＝y+l*sin(θ)
S33:激光运行路径偏差计算
AB点之间建立一条直线，并记录AGV当前坐标点；
当AGV叉车主体前进时，包括以下步骤：
S331:激光坐标转换到车体前部，两个辅助轮的中心点；
S332:绘制激光坐标点连线；
S333:计算AGV叉车主体前部在直线的方向及到直线距离，建立一个坐标系XY，其中AB点的坐标值分别为(xA,yA)和(xB,yB)，车体实时位置是C(x车,y车)，规定车体沿A点向B点沿直线AB行走；在AGV叉车主体位置C点和目标点B点之间建立一条直线lCB，公式：
mx+ny＝λ(4)
如果xC-xB＝0m＝0
如果xC-xB≠0m＝1(5)
将AB两点坐标值和(4)带入(5)中，计算出n和λ的值；因为C点直线上，所以C点和直线线距离偏差ddis＝0，转换公式：
角度偏差
Figure FDA0003339040190000041
adis＝|90°-θ|(m＝0) (6)
S334:达到停止条件并精确调整位置,执行对应动作；
当AGV叉车主体后退时，包括以下步骤：
S335:激光坐标转换到车体后部，两个叉子的尾部中心点；
S336:绘制激光坐标点连线；
S337:计算AGV叉车主体后部在直线的方向及到直线距离,同步骤S333；
S338:达到停止条件并精确调整位置,执行对应动作。
9.根据权利要求8所述的全自动AGV无人叉车的路径规划方法，其特征在于：所述托盘存放区尺寸和数量由托盘尺寸决定,托盘放置到该区域后位置实时更新到数据库，以消除托盘搬运的累计误差，并且合理分配托盘存储空间。
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CN116358563A (zh) * 2023-06-01 2023-06-30 未来机器人（深圳）有限公司 运动规划方法及装置、无人叉车、存储介质

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