CN114397883A - 全向多轴重载agv小车的控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全向多轴重载AGV小车的控制系统，包括重载AGV控制器、无线通信系统、磁导航传感器、陀螺仪传感器、二维码传感器和激光避障雷达，重载AGV控制器、磁导航传感器、陀螺仪传感器、二维码传感器和激光避障雷达设置于全向多轴重载AGV小车的车身上。本发明的全向多轴重载AGV小车的控制系统，通过重载AGV控制器，可以同时协调四组舵轮机构完成不同的转向与行走动作，可以完成的全向多轴重载AGV的前进、后退、左方向平移、右方向平移、原地自转等运动功能，可以提高AGV小车转向控制的灵活性。
Description
技术领域
本发明属于搬运设备技术领域，具体地说，本发明涉及一种全向多轴重载AGV小车的控制系统。
背景技术
AGV(Automated Guided Vehicles)又名无人搬运车，自动导航车，激光导航车。其显著特点的是无人驾驶，AGV上装备有自动导向系统，可以保障系统在不需要人工引航的情况下就能够沿预定的路线自动行驶，将货物或物料自动从起始点运送到目的地。AGV小车的另一个特点是柔性好，自动化程度高和智能化水平高，AGV小车的行驶路径可以根据仓储货位要求、生产工艺流程等改变而灵活改变，并且运行路径改变的费用与传统的输送带和刚性的传送线相比非常低廉。现有的AGV小车使用一组行走电机的转速差同时控制转向和行走，这种结构设计在AGV小车车身体积较大时，存在转向不灵活，转弯半径很大等问题，对场地有极为苛刻的要求，严重制约了AGV小车的进一步发展。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种全向多轴重载AGV小车的控制系统，目的是提高AGV小车转向控制的灵活性。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：全向多轴重载AGV小车的控制系统，包括重载AGV控制器、无线通信系统、磁导航传感器、陀螺仪传感器、二维码传感器和激光避障雷达，重载AGV控制器、磁导航传感器、陀螺仪传感器、二维码传感器和激光避障雷达设置于全向多轴重载AGV小车的车身上。
所述磁导航传感器设置两个，两个磁导航传感器分别设置在所述车身的长度方向上的两端，磁导航传感器通过读取地面的磁条信号，控制AGV小车按照磁条铺设的路径进行运动。
所述二维码传感器设置两个，两个二维码传感器分别设置在所述车身的长度方向上的两端。
所述车身的底部设置四个舵轮机构，四个舵轮机构分别为左前舵轮机构、右前舵轮机构、左后舵轮机构和右后舵轮机构。
在重载AGV小车寻迹功能启动后，首先重载AGV控制器会读取前、后磁导航传感器的偏差值；当前、后磁导航传感器的偏差值都在允许范围内时，此时允许AGV小车移动，反之则不允许AGV小车移动。
重载AGV小车在寻迹过程中，所述左前舵轮机构和所述右后舵轮机构为主动舵轮，所述右前舵轮机构和所述左后舵轮机构为随动舵轮，主动舵轮的转动角速度非恒定不变，主动舵轮转动角速度随着磁导航传感器的偏移值数据变化而变化。
所述车身上设置取放货机构，通过指令完成不同取货与放货动作。
本发明的全向多轴重载AGV小车的控制系统，通过重载AGV控制器，可以同时协调四组舵轮机构完成不同的转向与行走动作，可以完成的全向多轴重载AGV的前进、后退、左方向平移、右方向平移、原地自转等运动功能，可以提高AGV小车转向控制的灵活性。在重载AGV车身较重、车体较长的情况对于场地空间要求不苛刻，可以在狭小空间里完成重载AGV的转向或者平移操作。
附图说明
本说明书包括以下附图，所示内容分别是：
图1是本发明全向多轴重载AGV小车的控制系统的控制结构图；
图2是舵轮机构位置布置图；
图3是本发明全向多轴重载AGV小车的控制系统寻迹控制策略图；
图4是本发明全向多轴重载AGV小车的控制系统横向移动控制流程图；
图5是本发明主动舵轮机构转动角速度控制方法图；
图6是本发明全向多轴重载AGV小车的车身结构示意图；
图中标记为：1、动力电池；2、控制柜；3、纵梁；4、报警三色灯；5、防撞条；6、侧边梁；7、控制驱动柜；8、吊环；9、舵轮机构；10、磁导航传感器；11、减震装置；12、激光避障雷达；13、左前舵轮机构；14、右前舵轮机构；15、左后舵轮机构；16、右后舵轮机构。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
如图1至图6所示，本发明提供了一种全向多轴重载AGV小车的控制系统，包括重载AGV控制器、人机交互系统、无线通信系统、无线遥控器、磁导航传感器10、陀螺仪传感器、二维码传感器和激光避障雷达12，磁导航传感器10、陀螺仪传感器、二维码传感器和激光避障雷达12与重载AGV控制器电连接，重载AGV控制器、磁导航传感器10、陀螺仪传感器、二维码传感器和激光避障雷达12设置于车身上。
具体地说，如图2和图6所示，车身的底部设置四个舵轮机构，舵轮机构布置在车身的底部，舵轮机构具有转向和驱动功能，也即舵轮机构9既可以用于实现AGV小车的转向，也可以用于产生驱动AGV小车进行行驶的驱动力，舵轮机构9带有转向电机与行走电机，舵轮机构的结构如同本领域技术人员所公知的那样，在此不再赘述。四个舵轮机构分别为左前舵轮机构13、右前舵轮机构14、左后舵轮机构15和右后舵轮机构16，左前舵轮机构13和右前舵轮机构14处于车身的宽度方向相平行的同一直线上，左后舵轮机构15和右后舵轮机构16处于车身的宽度方向相平行的同一直线上，左前舵轮机构13和左后舵轮机构15处于车身的长度方向相平行的同一直线上，右前舵轮机构14和右后舵轮机构16处于车身的长度方向相平行的同一直线上，车身的长度方向与车身的宽度方向相垂直。左前舵轮机构13和右前舵轮机构14的位置靠近车身的车头部，左后舵轮机构15和右后舵轮机构16的位置靠近车身的车尾部，车头部和车尾部为车身的长度方向上的两端部。
如图6所示，车身上设置动力电池1，动力电池1用于提供电能，动力电池1设置在车身的长度方向和宽度方向上的中间位置处，且动力电池1位于两个纵梁3之间，动力电池1与两个纵梁3固定连接。动力电池1为高能量模块锂电池组。
如图6所示，磁导航传感器10设置两个，两个磁导航传感器10分别设置在车身的长度方向上的两端，磁导航传感器10通过读取地面的磁条信号，控制AGV小车按照磁条铺设的路径进行运动。各个磁导航传感器10分别与两个舵轮机构9处于与车身的宽度方向相平行的同一直线上，且磁导航传感器10位于该两个舵轮机构9的中间位置处，磁导航传感器10位于车身的宽度方向上的中间位置处。其中，左前舵轮机构13与右前舵轮机构14由设置在车身的车头部的磁导航传感器10进行耦合控制，该磁导航传感器10为前磁导航传感器；左后舵轮机构15与右后舵轮机构16由设置在车身的车尾部的磁导航传感器10进行耦合控制，该磁导航传感器10为后磁导航传感器。
如图6所示，报警三色灯4和激光避障雷达12固定设置在车身的长度方向上的一端。二维码传感器设置两个，两个二维码传感器分别设置在车身的长度方向上的两端。在重载AGV小车的移动路径上，地表贴由二维码标志，当重载AGV小车读取到二维码数据时，根据不同的数据完成不同的对应功能。前后二维码读取传感器功能是当通过读取地面的二维码信息，帮助重载AGV完成不同的功能，例如当前后二维码读取传感器读取到的二维码信息为停车指令时，重载AGV此时执行停车动作，当读取到的二维码信息为取货指令时，重载AGV此时执行取货动作。
AGV小车可以通过无线通信系统与上位机完成通信，协调多台全向多轴重载AGV多机的工作。AGV小车可以通过无线遥控器实现手动对重载AGV的基本操作。重载AGV控制器可以控制取放货机构，完成重载AGV的取货与放货动作。
通过人机交互系统，操作人员可以在直接对AGV小车进行设备手动操作、参数监控、数据监控、参数修改、工作模式修改等操作。AGV小车在手动操作状态下，可以通过无线遥控器操作AGV小车完成前进、后退、左转、右转、左方向平移、右方向平移、自转、速度控制。通过无线通信系统可以直接控制AGV小车完成运动控制与信号采集，通过自身携带的无线通信系统与调度系统完成无线通信。
如图6所示，重载AGV小车安装有陀螺仪传感器，在某些工作情况下，重载AGV小车可能会脱离磁条，不再使用磁导航进行循迹工作，此时需要使用陀螺仪传感器进行短距离惯性导航。在惯性导航模式下，重载AGV小车读取陀螺仪的航向角数据，进行纠偏并前进。
如图4和图6所示，重载AGV小车有四组舵轮机构，分别时左前舵轮机构13、右前舵轮机构14、左后舵轮机构15、右后舵轮机构16；每组舵轮机构上装有转向电机和行走电机，分别由转向驱动器和行走驱动器直接驱动；转向电机和行走电机分别控制每个舵轮机构的转向动作和行走动作。重载AGV小车的四组舵轮机构分别布置在重载AGV地盘的左前角、右前角、左后角、右后角，分别对应左前舵轮机构13、右前舵轮机构14、左后舵轮机构15、右后舵轮机构16。四组舵轮机构分别按照轴对称布置。
如图3所示，为重载AGV小车的寻迹控制策略。重载AGV小车的常规移动方式及磁导航寻迹移动，基本工作流程如图3。在重载AGV小车寻迹功能启动后，首先重载AGV控制器会读取前、后磁导航传感器的偏差值(重载AGV小车共有两个磁导航传感器，分别安装在重载AGV车头位置和车位置，前、后磁导航传感器分别纠正车头和车尾位置)；当前、后磁导航传感器的偏差值都在允许范围内时，此时允许AGV小车移动，反之则不允许AGV小车移动。
如图3所示，当重载AGV小车寻迹正常启动后，前磁导航传感器将读取到的数据经重载AGV控制器处理后，重载AGV控制器根据偏差量控制左前舵轮机构13转动角度，此时右前舵轮机构14和左前舵轮机构13之间是耦合关系，右前舵轮机构14随左前舵轮机构13随动；同理，后磁导航传感器将读取到数据经重载AGV控制器处理后，重载AGV控制器根据偏差量控制右后舵轮机构16转动角度，此时右后舵轮机构16和左后舵轮机构15之间是耦合关系，左后舵轮机构15随右后舵轮机构16随动。
如图3所示，重载AGV控制器此时会根据四组舵轮机构的实时角度，分别分配每个舵轮机构转动角速度、转动线速度和转动角度等数据，所有的数据之间都是相互耦合的关系。
如图3所示，舵轮在转动和移动的同时，重载AGV控制器会时刻保持前、后磁导航传感器的偏差值保持在允许范围，保证重载AGV小车寻迹功能实现。这个纠正与移动的过程是一个动态过程。
如图4所示，由于重载AGV小车体积大，质量大，普通模式下转弯半径很大，在某些狭窄区域内很难转向。为了适应某些狭窄区域的工作环境，重载AGV可以短距离横向移动，横向平移功能包括左方向平移、右方向平移。
如图4所示，重载AGV小车横向移动时，首先重载AGV横向平移功能启动，重载AGV控制器读取前、后磁导航传感器数据，确定磁导航传感器的偏移量数据，此时重载AGV控制器根据反馈到的前、后磁导航传感器偏移量数据计算四组舵轮机构的初始转动角度；然后当四组舵轮机构转动到位后，四组舵轮机构上的行走电机工作，重载AGV小车行走启动；重载AGV小车启动的同时，重载AGV控制器读取前、后磁导航传感器的数据，确定重载AGV小车已经脱离磁条，进入脱轨移动工作模式，当前、后磁导航传感器的检测数据都为零，检测不到磁条信号，说明重载AGV小车已经开始脱轨运动；当重载AGV小车脱轨运动开始时，前、后磁导航传感器继续检测有无磁条信号，当前、后磁导航传感器中至少有一组磁导航传感器读取数据不为零时，说明，脱轨运动完成，进入停车模式。
如图4所示，当前、后磁导航传感器再次检测到有磁条信号后，重载AGV控制器根据当前重载AGV小车的移动速度，计算减速距离，同时计算出该减速距离下，磁导航对应数据；之后当前、后磁导航传感器的数据为减速停车对应数据后，重载AGV小车开始停车减速；最后系统停车动作完成后，重载AGV控制器检查当前的前、后磁导航传感器(的数据时候是否在误差允许范围内，当数据在允许范围时，说明停车无误，横向平移功能完成。
如图2和图5所示，重载AGV小车在寻迹过程中，左前舵轮机构13和右后舵轮机构16为主动舵轮，左前舵轮机构13和右后舵轮机构16产生驱动力，右前舵轮机构14和左后舵轮机构15为随动舵轮，右前舵轮机构14和左后舵轮机构15不产生驱动力，分别跟随另一组主动舵轮转动。
如图2和图5所示，在寻迹过程中，左前舵轮机构13和右后舵轮机构16为两组主动舵轮，转动角速度不是一个恒定值，简单描述及磁导航传感器偏移值较小时，主动舵轮转动角速度也较小，当磁导航传感器偏移值逐渐增大时，主动舵轮转动角速度也逐渐增大；这样处理主要是当某些工作情况下重载AGV小车在经过转弯处时，磁条路径弯曲，磁导航传感器读数到偏移值突变，数据瞬间变化较大，为了抑制快速变化时的抖动情况，需要在磁导航偏移值数据较小的情况下，降低主动舵轮机构转动角速度，从而抑制抖动，增强系统工作稳定性。
如图5所示，横坐标为磁导航传感器偏移值，取值范围∈[-90，90]；纵坐标主动舵轮机构转动角速度，取值范围∈[0，90°/s]；当磁导航传感器偏移值数据∈[-25，25]时，磁导航传感器偏移值较小，主动舵轮转动角速度为20°/s，也较小，此时为最小转动角速度；随着磁导航传感器偏移值数据增大，如取值范围∈(25，60]∪(-25，-60]，则主动舵轮转动角速度按照一定斜率匀速上升；当磁导航传感器偏移值数据∈(60，90]∪(-60，-90]时，主动舵轮转动角速度为60°/s，为最大转动角速度；图中的转动角速度曲线类似一个倒置的梯形结构。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.全向多轴重载AGV小车的控制系统，其特征在于：包括重载AGV控制器、无线通信系统、磁导航传感器、陀螺仪传感器、二维码传感器和激光避障雷达，重载AGV控制器、磁导航传感器、陀螺仪传感器、二维码传感器和激光避障雷达设置于全向多轴重载AGV小车的车身上。
2.根据权利要求1所述的全向多轴重载AGV小车的控制系统，其特征在于：所述磁导航传感器设置两个，两个磁导航传感器分别设置在所述车身的长度方向上的两端，磁导航传感器通过读取地面的磁条信号，控制AGV小车按照磁条铺设的路径进行运动。
3.根据权利要求1或2所述的全向多轴重载AGV小车的控制系统，其特征在于：所述二维码传感器设置两个，两个二维码传感器分别设置在所述车身的长度方向上的两端。
4.根据权利要求1至3任一所述的全向多轴重载AGV小车的控制系统，其特征在于：所述车身的底部设置四个舵轮机构，四个舵轮机构分别为左前舵轮机构、右前舵轮机构、左后舵轮机构和右后舵轮机构。
5.根据权利要求4所述的全向多轴重载AGV小车的控制系统，其特征在于：在重载AGV小车寻迹功能启动后，首先重载AGV控制器会读取前、后磁导航传感器的偏差值；当前、后磁导航传感器的偏差值都在允许范围内时，此时允许AGV小车移动，反之则不允许AGV小车移动。
6.根据权利要求4所述的全向多轴重载AGV小车的控制系统，其特征在于：重载AGV小车在寻迹过程中，所述左前舵轮机构和所述右后舵轮机构为主动舵轮，所述右前舵轮机构和所述左后舵轮机构为随动舵轮，主动舵轮的转动角速度非恒定不变，主动舵轮转动角速度随着磁导航传感器的偏移值数据变化而变化。
7.根据权利要求1至3任一所述的全向多轴重载AGV小车的控制系统，其特征在于：所述车身上设置取放货机构，通过指令完成不同取货与放货动作。
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