CN116300651A - 一种色带导航堆高车控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种色带导航堆高车控制系统，包括：色带导航堆高车、控制器、色带二维码传感器、人机交互接口、舵轮转向电机驱动器、舵轮行走电机驱动器，色带二维码传感器、人机交互接口、舵轮转向电机驱动器、舵轮行走电机驱动器均与控制器实现电性连接，本控制系统的色带导航堆高车在进入岔道时，通过识别不同的颜色可以快速进入不同路径，稳定性、可靠性相对于激光和视觉导航较高，且由于色带导航堆高车直接通过传感器直接读取地面色带信息来寻迹和完成站点动作，不依赖周围环境和反光板，稳定性和可靠性更高。

Description

一种色带导航堆高车控制系统

技术领域

本发明主要涉及物流搬运技术领域，具体涉及一种色带导航堆高车控制系统。

背景技术

随着世界经济的飞速发展，现代的仓库物流行业对仓储物流堆高车辆提出了更高的要求，仓储物流堆高车辆在世界范围内都获得了飞速的发展。各种新型仓储物流堆高车辆层出不穷，主要表现在功能强大、搬运能力强、适应性好、操作简便等方面。堆高车属于一种物流搬运设备，其主要作用就是搬运货物，它属于一种快速高效、操作简单方便的物流搬运设备。

现有的堆高车或者AGV常见的导航方式有：

(1)磁导航：磁条导航是通过检测地面铺设磁条来行走的，磁导航技术是根据光阻传感器测到磁条和地面的阻值不一样，把检测的数据传送给电机驱动器，从而控制驱动电机工作。

(2)惯性导航：惯性导航的工作原理是采用加速器和陀螺仪惯性器件来确定最近朝向，从而确定通往目的地路径，惯性导航通过给定了初始条件后，不需要外界物质作为参照物就能定位，导航和速度控制，能够持续的测量位置的变化。

(3)二维码导航：二维码导航主要是通过物体贴上二维码应用在物流园物找车替代传统的车找物。二维码导航优点：灵活，行走通道小，方便更改路径。

(4)激光导航：激光导引激光扫描仪发射激光束到反光板上，通过计算发送到接受的时间来确定自己的位置或是通过即时定位与地图构建来实现定位，以规划好的路径为线路进行作业。

(5)视觉导引：随着图像处理技术的发展，近年来诞生了视觉导引视觉导引技术跟机器手技术有相通之处，都是预前安装摄像头，并获得实时的图像信息，然后将采集的图像信息放入数据库里。

但这类导航技术具有一定缺点:

磁导航:在露天环境，磁条长时间容易受损导致需要频繁更换磁条，另外由于磁导航所使用的磁条具有磁性，在金属粉末较多车间，极易将金属粉末磁化，这种工况下长期使用磁导航，传感器容易把金属粉尘误识别为磁条信号，造成设备脱轨。

惯性导航：惯性导航对地面平整度要求很高和价格昂贵。

二维码导航：二维码导航要求运行地面平整，需要经常维护路径，如果现场环境复杂，需要经常更换二维码，另外，二维码导航价格比较昂贵。

激光导航:激光导航常见的有SLAM定位和使用反光板定位两种，SLAM定位对环境要求较高，如环境变化较多，如仓储环境中货物变化较多，会影响导航定位精度和准确度；使用反光板定位对反光板依赖程度较高，当反光板位置发生改变或者反光板因为灰尘或者破损无法识别时，则设备无法准确定位，可靠性和稳定性稍差。

视觉导航:视觉导航由于根据实时采集到的图片与预期建立好的数据库里的图片信息进行配对，根据配备率来控制运行，当环境发生改变无法与数据库里的图片信息进行配时，则设备无法准确定位，可靠性和稳定性稍差。

发明内容

本发明主要提供了一种色带导航堆高车控制系统用以解决上述背景技术中提出的技术问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种色带导航堆高车控制系统，包括：

色带导航堆高车，用于作为传感元件和控制元件以及执行元件的载体；

控制器，用于进行数据处理和色带导航堆高车车体姿态控制以及寻迹算法的处理；

色带二维码传感器，用于读取路径上的色带信号以进行色带导航堆高车的寻迹作业，且所述色带二维码传感器可读取路径上的二维码数据；

人机交互接口，用于显示当前色带导航堆高车的各种状态数据，所述状态数据包括有色带导航堆高车速度，色带导航堆高车移动角度，报警信息，电池电量信息，且所述人机交互接口可用于设置色带导航堆高车的控制参数，所述控制参数包括有寻迹速度，取放货高度；

舵轮转向电机驱动器，所述舵轮转向电机驱动器是控制舵轮转向电机旋转的电机驱动器；

舵轮行走电机驱动器，所述舵轮行走电机驱动器是控制舵轮行走电机旋转的电机驱动器；

所述色带二维码传感器、人机交互接口、舵轮转向电机驱动器、舵轮行走电机驱动器均与控制器实现电性连接。

进一步的，还包括有无线通信模块，所述无线通信模块用于实现色带导航堆高车与上位机控制系统的实时状态数据上报和监控。

进一步的，所述色带导航堆高车由机座、升降架、两个底架、货叉架、舵轮、两个从动轮组成；所述控制器、舵轮转向电机驱动器、舵轮行走电机驱动器、无线通信模块均安装在机座的内部，所述人机交互接口安装在机座的一侧，所述色带二维码传感器安装在机座后端底部；所述升降架安装在机座的前端，所述升降架内安装有电控直线驱动模组，所述电控直线驱动模组的驱动块上安装有升降模块；两个所述底架分别安装在机座的前端两侧底部；所述货叉架为U型结构，且所述货叉架与升降模块固定连接；所述舵轮转动连接在机座的底部中端，两个所述从动轮分别转动连接在两个底架末端底部。

进一步的，所述升降架的内部安装有导向杆，两个所述导向杆分别固定安装在升降架内部两侧，且两个所述导向杆上均滑动安装有滑块，所述滑块与升降模块固定连接。

进一步的，所述机座的前侧底部通过阻尼转轴转动连接有立柱，所述立柱的顶部安装有握盘，所述握盘为镂空月牙状结构，且所述握盘斜向固定安装在立柱的顶部。

进一步的，还包括有遥控器；所述遥控器可以进行色带导航堆高车前进、后退、左转、右转、速度控制、货叉手动操作以及急停等操作。

进一步的，所述握盘的顶部中间处设置有连接杆，所述握盘的连接杆上安装有固定架，所述固定架的顶部设置有U型插槽，所述遥控器安装在U型插槽内部。

进一步的，还包括有按钮开关，所述按钮开关与控制器实现电性连接，所述按钮开关用于对舵轮行走电机驱动器启停的直接控制，所述按钮开关包括有自动启动按钮、手动启动按钮、急停按钮。

进一步的，所述舵轮转向电机驱动器控制舵轮转向角度的方法为：

其中u(t)为控制器发送给舵轮转向电机驱动器的转动角度值，e(t)为色带二维码传感器读取到的色带横向偏移量值，Kp为比例系数，T_i为积分时间常数，Td为微分时间常数。

进一步的，所述舵轮行走电机驱动器控制舵轮转向角度的方法为：获取所述色带二维码传感器，读取e(t)，通过转动速度的控制策略关系转换为舵轮速度值，转动速度的控制策略关系包括：色带导航堆高车移动速度、舵轮最大转动速度、舵轮最小转动速度、上折线位置、上折线位置、舵轮向左最大转动角度、舵轮向右最大转动角度中的任意一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

其一、相对于激光导航和视觉导航，由于色带导航堆高车直接通过传感器直接读取地面色带信息来寻迹和完成站点动作，不依赖周围环境和反光板，稳定性和可靠性更高；

相对于磁导航，由于地面铺设的是色带，传感器通过读取色带来寻迹，不再需要通过铺设磁条来寻迹，解决了长期使用磁导航，传感器容易把金属粉尘误识别为磁条信号，造成设备脱轨。

其二、色带另一优点是地面铺设的色带可以是红色、黄色、蓝色等颜色，色带导航堆高车在进入岔道时，通过识别不同的颜色可以快速进入不同路径，稳定性、可靠性相对于激光和视觉导航较高。

其三、铺设色带的价格相对于布设磁条的价格更低，能有效降低安装及维护成本。

以下将结合附图与具体的实施例对本发明进行详细的解释说明。

附图说明

图1为本发明的色带导航堆高车控制系统模块关系图；

图2为本发明的色带导航堆高车结构示意图；

图3为本发明的色带导航堆高车结构俯视图；

图4为本发明的色带导航堆高车结构仰视图；

图5为本发明的舵轮转动速度的控制策略图。

图中：10、控制器；20、色带二维码传感器；30、人机交互接口；40、舵轮转向电机驱动器；50、舵轮行走电机驱动器；60、无线通信模块；70、遥控器；80、按钮开关；90、色带导航堆高车；91、机座；92、舵轮；93、从动轮；94、底架；95、货叉架；96、立柱；961、握盘；962、固定架；97、电控直线驱动模组；98、升降模块；99、导向杆。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更加全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本发明公开的内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上也可以存在居中的元件，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例，请参照附图1-5，一种色带导航堆高车控制系统，包括：

色带导航堆高车90，用于作为传感元件和控制元件以及执行元件的载体；

控制器10，用于进行数据处理和色带导航堆高车90车体姿态控制以及寻迹算法的处理；

色带二维码传感器20，用于读取路径上的色带信号以进行色带导航堆高车90的寻迹作业，且色带二维码传感器20可读取路径上的二维码数据；

人机交互接口30，用于显示当前色带导航堆高车90的各种状态数据，状态数据包括有色带导航堆高车90速度，色带导航堆高车90移动角度，报警信息，电池电量信息，且人机交互接口30可用于设置色带导航堆高车90的控制参数，控制参数包括有寻迹速度，取放货高度；

舵轮转向电机驱动器40，舵轮转向电机驱动器40是控制舵轮转向电机旋转的电机驱动器；

舵轮行走电机驱动器50，舵轮行走电机驱动器50是控制舵轮行走电机旋转的电机驱动器；

色带二维码传感器20、人机交互接口30、舵轮转向电机驱动器40、舵轮行走电机驱动器50均与控制器10实现电性连接。

需要说明的是，在本实施例中，色带二维码传感器20可方便色带导航堆高车90获取路径上的站点信息；

具体的，请着重参照附图1，还包括有无线通信模块60，无线通信模块60用于实现色带导航堆高车90与上位机控制系统的实时状态数据上报和监控；

需要说明的是，在本实施例中，无线通信模块60可实现该远程通信，从而便于使用人员远程观察色带导航堆高车90的运作数据，实现更好的监控。

具体的，请着重参照附图2-4，色带导航堆高车90由机座91、升降架、两个底架94、货叉架95、舵轮92、两个从动轮93组成；控制器10、舵轮转向电机驱动器40、舵轮行走电机驱动器50、无线通信模块60均安装在机座91的内部，人机交互接口30安装在机座91的一侧，色带二维码传感器20安装在机座91后端底部；升降架安装在机座91的前端，升降架内安装有电控直线驱动模组97，电控直线驱动模组97的驱动块上安装有升降模块98；两个底架94分别安装在机座91的前端两侧底部；货叉架95为U型结构，且货叉架95与升降模块98固定连接；舵轮92转动连接在机座91的底部中端，两个从动轮93分别转动连接在两个底架94末端底部；

需要说明的是，在本实施例中，色带导航堆高车90作为该系统的载体，从而实现色带导航寻迹，色带导航堆高车90的寻迹主要依靠舵轮92的左右摆动和前后转动来实现；从动轮93作为从动结构，实现支撑和随动效果，而通过色带二维码传感器20感知路径上的色带信号以进行色带导航堆高车90的寻迹作业，通过电控直线驱动模组97和货叉架95的配合实现堆料和卸料。

进一步的，升降架的内部安装有导向杆99，两个导向杆99分别固定安装在升降架内部两侧，且两个导向杆99上均滑动安装有滑块，滑块与升降模块98固定连接；

需要说明的是，在本实施例中，导向杆99对升降模块98起到一个支撑和导向的作用，当电控直线驱动模组97对升降模块98进行升降时，升降模块98会在导向杆99上滑动，从而增加升降模块98升降的稳定性，便于更好的堆叠货物。

进一步的，机座91的前侧底部通过阻尼转轴转动连接有立柱96，立柱96的顶部安装有握盘961，握盘961为镂空月牙状结构，且握盘961斜向固定安装在立柱96的顶部；

需要说明的是，在本实施例中，当需要人工操作时，工作人员可通过握盘961来抓取该装置，从而更好的对色带导航堆高车90进行人工操作。

具体的，请着重参照附图1-4，还包括有遥控器70；遥控器70可以进行色带导航堆高车前进、后退、左转、右转、速度控制、货叉手动操作以及急停等操作。

需要说明的是，在本实施例中，遥控器70可在用户非自动情况下进行手动作业，使用场景：当色带导航堆高车90无法正常进行自动作业，或者路径上的色带异常，用户可以借助遥控器70进行手动操作，将色带导航堆高车90移动到安全区域。

进一步的，握盘961的顶部中间处设置有连接杆，握盘961的连接杆上安装有固定架962，固定架962的顶部设置有U型插槽，遥控器70安装在U型插槽内部；

需要说明的是，在本实施例中，当无需使用到遥控器70时，可将遥控器70插入固定架962的U型插槽内进行放置，可防止随意摆放而丢失，且便于需要使用时快速找到遥控器70。

进一步的，还包括有按钮开关80，按钮开关80与控制器10实现电性连接，按钮开关80用于对舵轮行走电机驱动器50启停的直接控制，按钮开关80包括有自动启动按钮、手动启动按钮、急停按钮；

需要说明的是，在本实施例中，按钮开关80为快捷指令，在出现异常情况时，对舵轮行走电机驱动器50进行直接控制，完成自启停，急停的操作，增加安全性。

具体的，请着重参照附图5，舵轮转向电机驱动器40控制舵轮92转向角度的方法为：

其中u(t)为控制器10发送给舵轮转向电机驱动器40的转动角度值，e(t)为色带二维码传感器20读取到的色带横向偏移量值，Kp为比例系数，T_i为积分时间常数，Td为微分时间常数；

舵轮行走电机驱动器50控制舵轮92转向角度的方法为：获取色带二维码传感器20，读取e(t)，通过转动速度的控制策略关系转换为舵轮速度值，转动速度的控制策略关系包括：色带导航堆高车90移动速度、舵轮92最大转动速度、舵轮92最小转动速度、上折线位置、上折线位置、舵轮92向左最大转动角度、舵轮92向右最大转动角度中的任意一种；

需要说明的是，在本实施例中，e(t)色带横向偏移量值与舵轮的转动关系符合附图5；

导航堆高车90移动速度：用于设置当前导航堆高车90的移动速度，速度设置为正数，单位为：米/秒；

“舵轮92最大转动速度”：用于设定导航堆高车90在寻迹过程中舵轮92的最大转动速度，最大转动速度为正值，值域∈[0°，90°]，单位为：度/秒，舵轮92最大转动速度>舵轮92最小转动速度；

“舵轮92最小转动速度”：用于设定导航堆高车90在寻迹过程中舵轮92的最小转动速度，最大转动速度为正值，值域∈[0°，90°]，单位为：度/秒，舵轮92最小转动速度<舵轮92最大转动速度；

“上折线位置”：用于设定舵轮92速度控制时，上折线位置所输入的值，上折线位置值为正值，值域∈[0，90]，上折线位置>下折线位置；

“下折线位置”：用于设定舵轮92速度控制时，下折线位置所输入的值，下折线位置值为正值，值域∈[0，90]，下折线位置<上折线位置；

“舵轮92向左最大转动角度”：在寻迹过程中，舵轮92向左旋转所能转动到的最大角度，舵轮92向左最大转动角度为正数，值域∈[90°，180°]；

“舵轮92向右最大转动角度”：在寻迹过程中，舵轮92向右旋转所能转动到的最大角度，舵轮92向左最大转动角度为正数，值域∈[0°，90°]。

本发明的具体操作方式如下：

色带导航堆高车控制系统使用色带导航方式控制堆高车的寻迹，实现无人堆高车的寻迹和自动作业；

色带导航堆高车控制系统在使用传感器读取色带信息外，还可以通过读取地面的二维码信息实现站点信息的读取；

色带导航堆高车控制系统在控制堆高车的舵轮进行寻迹时，需要同时控制舵轮的转动角度和转动速度。

上述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，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种色带导航堆高车控制系统，其特征在于，包括：

色带导航堆高车(90)，用于作为传感元件和控制元件以及执行元件的载体；

控制器(10)，用于进行数据处理和色带导航堆高车(90)车体姿态控制以及寻迹算法的处理；

色带二维码传感器(20)，用于读取路径上的色带信号以进行色带导航堆高车(90)的寻迹作业，且所述色带二维码传感器(20)可读取路径上的二维码数据；

人机交互接口(30)，用于显示当前色带导航堆高车(90)的各种状态数据，所述状态数据包括有色带导航堆高车(90)速度，色带导航堆高车(90)移动角度，报警信息，电池电量信息，且所述人机交互接口(30)可用于设置色带导航堆高车(90)的控制参数，所述控制参数包括有寻迹速度，取放货高度；

舵轮转向电机驱动器(40)，所述舵轮转向电机驱动器(40)是控制舵轮转向电机旋转的电机驱动器；

舵轮行走电机驱动器(50)，所述舵轮行走电机驱动器(50)是控制舵轮行走电机旋转的电机驱动器；

所述色带二维码传感器(20)、人机交互接口(30)、舵轮转向电机驱动器(40)、舵轮行走电机驱动器(50)均与控制器(10)实现电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种色带导航堆高车控制系统，其特征在于，还包括有无线通信模块(60)，所述无线通信模块(60)用于实现色带导航堆高车(90)与上位机控制系统的实时状态数据上报和监控。

3.根据权利要求1所述的一种色带导航堆高车控制系统，其特征在于，所述色带导航堆高车(90)由机座(91)、升降架、两个底架(94)、货叉架(95)、舵轮(92)、两个从动轮(93)组成；

所述控制器(10)、舵轮转向电机驱动器(40)、舵轮行走电机驱动器(50)、无线通信模块(60)均安装在机座(91)的内部，所述人机交互接口(30)安装在机座(91)的一侧，所述色带二维码传感器(20)安装在机座(91)后端底部；

所述升降架安装在机座(91)的前端，所述升降架内安装有电控直线驱动模组(97)，所述电控直线驱动模组(97)的驱动块上安装有升降模块(98)；

两个所述底架(94)分别安装在机座(91)的前端两侧底部；

所述货叉架(95)为U型结构，且所述货叉架(95)与升降模块(98)固定连接；

所述舵轮(92)转动连接在机座(91)的底部中端，两个所述从动轮(93)分别转动连接在两个底架(94)末端底部。

4.根据权利要求3所述的一种色带导航堆高车控制系统，其特征在于，所述升降架的内部安装有导向杆(99)，两个所述导向杆(99)分别固定安装在升降架内部两侧，且两个所述导向杆(99)上均滑动安装有滑块，所述滑块与升降模块(98)固定连接。

5.根据权利要求3所述的一种色带导航堆高车控制系统，其特征在于，所述机座(91)的前侧底部通过阻尼转轴转动连接有立柱(96)，所述立柱(96)的顶部安装有握盘(961)，所述握盘(961)为镂空月牙状结构，且所述握盘(961)斜向固定安装在立柱(96)的顶部。

6.根据权利要求5所述的一种色带导航堆高车控制系统，其特征在于，还包括有遥控器(70)；所述遥控器(70)可以进行色带导航堆高车前进、后退、左转、右转、速度控制、货叉手动操作以及急停等操作。

7.根据权利要求6所述的一种色带导航堆高车控制系统，其特征在于，所述握盘(961)的顶部中间处设置有连接杆，所述握盘(961)的连接杆上安装有固定架(962)，所述固定架(962)的顶部设置有U型插槽，所述遥控器(70)安装在U型插槽内部。

8.根据权利要求1所述的一种色带导航堆高车控制系统，其特征在于，还包括有按钮开关(80)，所述按钮开关(80)与控制器(10)实现电性连接，所述按钮开关(80)用于对舵轮行走电机驱动器(50)启停的直接控制，所述按钮开关(80)包括有自动启动按钮、手动启动按钮、急停按钮。

9.根据权利要求1所述的一种色带导航堆高车控制系统，其特征在于，所述舵轮转向电机驱动器(40)控制舵轮(92)转向角度的方法为：

其中u(t)为控制器(10)发送给舵轮转向电机驱动器(40)的转动角度值，e(t)为色带二维码传感器(20)读取到的色带横向偏移量值，Kp为比例系数，T_i为积分时间常数，Td为微分时间常数。

10.根据权利要求9所述的一种色带导航堆高车控制系统，其特征在于，所述舵轮行走电机驱动器(50)控制舵轮(92)转向角度的方法为：

获取所述色带二维码传感器(20)，读取e(t)，通过转动速度的控制策略关系转换为舵轮速度值，转动速度的控制策略关系包括：色带导航堆高车(90)移动速度、舵轮(92)最大转动速度、舵轮(92)最小转动速度、上折线位置、上折线位置、舵轮(92)向左最大转动角度、舵轮(92)向右最大转动角度中的任意一种。

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