CN1175719A - 车辆的自动导向方法 - Google Patents

Abstract

车辆的自动导向,涉及一种为无人驾驶车的运行作自动导向的方法,该车由预置在工厂和仓库等的地面上的导向路径导向,以全自动方式装载并处理各种载荷,更具体地涉及一种具有路线搜索功能和防偏离功能的全自动导向方法,以便一辆置于运行开始位置而且其磁力传感器在一定限度范围内偏离导向路径的车,或者在正常运行期间因某种原因突然偏离路线的车,通过搜索和找寻磁带而恢复到导向路径上。

Description

车辆的自动导向方法

本发明涉及一种为无人驾驶车辆的运行自动导向的方法，这种车由预置在工厂和仑库等的地面上的导向路径导向，以全自动方式装载并处理各种载荷；更具体地涉及一种具有路线搜索功能和防偏离功能的自动导向方法，以便一辆置于操作启动位置而且其磁力传感器在一定限度内偏离导向路径的车，或者在正常运行中因某些原因突然偏离路线的车，通过搜索和找寻磁带而恢复到导向路径上。

本发明的目的在于提供一种自动导向方法，这种方法中，一辆其传感器位于导向带磁场有效范围外放置的车，只要其传感器与导向带足够接近使其通过在一段预设时间周期内自动搜索(路线搜索功能)能探测到该导向带，就可被启动正常运行并重新定位；而且，这种方法中，通过对导向路径的自动搜索(防偏离功能)，可使一辆在正常运行过程中突然偏离路线的车恢复到路径上，从而提高这种导向车的效率。

本发明的第二目的在于提供一种导向方法，这种方法中，当一辆车在揿下启动按钮(启动操作)之后，于预设路线搜索功能的时间内未能找到导向带，或者，当一辆车因某种原因偏离路线之后，于预设的防偏离功能时间内未能回到路径上，则暂停该车的运行以防止不测事故。

各种自动导向车(通常简称AGVs)已被开发并用于实践。

例如，日本注册专利NO.3013716公开了一种沿着由磁带构成的闭合环自动运行的无人驾驶的磁力导向车。

上述无人驾驶磁力导向车表现了技术开发和实践的一个高水准。然而，因为这种车使用了一种用其内磁力传感器探测由磁带构成的磁性(磁场)来引导车辆的系统。如果该车在其磁性传感器位于磁带产生的磁场有效范围外的初始位置，车就不能被启动。在这种情况下，负责人必须查看车的下边，手工调节车的位置以对准传感器和磁带，这样导致启动前耽误相当长时间。

而且，当车因导向路径上一个障碍物或意外的外力而偏离路线时，必须手动地将车辆恢复到导向路径上，并必须在恢复运行所需要时间内手动按下重启动按钮以恢复运行。这样的手动操作降低了这种车辆的效率。

根据本发明对一个磁力导向车的自动导向方法是如下操作的，该车装有一个驱动轮，一个用来探测沿地面上的一条导向路径放置的一条磁带产生的磁场的传感器，一个由用来处理传感器探测到的信号的控制装置所自动控制的驱动机构，以及一个驾驶装置：

(a)在操作开始时，作为第一个步骤，传感器被控制左右移动以找寻导向路径的位置。

(b)如果经(a)操作不能探测到导向路径；作为第二个步骤，该车驾驶装置被调向一个方向上车辆作慢速移动，持续一段预设时间，以搜索导向路径，并当找寻导向路径未能成功时则在相反方向上调节驾驶装置使该车作慢速移动，持续上述预设时间的两倍以找寻导向路径；

(c)如果导向路径被上述步骤(a)或(b)探测到，该车沿导向路径被加速到正常高速；

(d)然而，如果导向路径未能被上述步骤(a)或(b)探测到，该车被停车。上述步骤是基于路线搜索功能的自动导向方法的有关步骤。

根据本发明对用装有一个驱动轮的磁力导向车的另一导向方法如下操作，一个用来探测沿地面上的一条导向路径放置的一条磁带产生的磁场的传感器，一个由用来处理传感器探测到的信号的控制装置所自动控制的驱动机构，以及一个驾驶装置：

(a)若一辆车偏离磁带路线，首先使该车减速，探测偏离的方向，将驾驶装置调向该偏离的相反方向，通过在预设时间内搜索和找寻导向路径，该车被恢复到路径上并加速到正常运行速度。

(b)如果在预设时间内未能使该车恢复到路径上，该车的运行被停止。上述步骤是基于防偏离功能的自动导向方法的有关步骤。

根据本自动导向方法，如果一辆车由一个磁力导向驾驶-驱动单元构成，该单元包括一个驱动轮，一个用来探测由磁带构成的导向路径的磁性、且为便于和驱动轮一同驾驶而安装的磁力传感器，一个使驱动轮能被一个用来处理传感器探测到的信号的控制装置所自动控制的驱动装置和驾驶装置，以及一个每角一轮共四轮、且其下装有驱动/驾驶单元的滑车(trolley)那么，该车在操作启动时，首先受到控制，使传感器通过驾驶装置同驱动轮一起左右转动，以在该车被停车的同时搜索导向路径。

另一方面，根据本自动导向方法，当一辆车由一对在底盘下中部两边的驱动轮、一个在滑车前部用来探测磁带构成的导向路径的磁性的传感器、一个使每只驱动轮能被一个用来处理来自传感器的信号的控制装置所自动控制的驱动装置以及一个通过由控制装置自动控制的驱动装置差动地驱动驱动轮的驾驶装置构成时，该车在运行开始时，被如此控制以使传感器为通过驾驶装置让这对驱动轮差动而左右转动，以搜索导向路径。

图1-3所示带有单个驱动轮的车可由单个驱动和驾驶装置构成，且控制亦可简化。然而，为确保运行平稳，滑车前轮应该是通用的脚轮，而后轮是固定的脚轮，这使得自动控制(驾驶)该车后移十分困难。另一方面，图9和10所示带有两个驱动轮的车需要一个驱动和驾驶每只驱动轮的装置，从而尽管所有滑车轮可以是通用的脚轮，但通过差动驱动来控制同步驱动和转动的控制装置更为复杂。这使得自动控制(驾驶)着前后移动都很容易，须知这类车辆既很适于沿直路移动，又很适于沿曲路移动。

在本发明中，从事路线搜索功能或防偏离功能的最长预设时间可设为任意值。

由于对导向车的操作，比方说，是通过揿一个启动键来启动的，故控制盒(控制装置)内的软件被如此编程，以便该车将进行无人驾驶运作，直到揿下停止键为止。

当揿下启动键时，作为第一个步骤，驾驶装置左右转动传感器。如果通过这个过程，传感器进入导向路径区，则传感器发出探测信号，这时车辆立即开始正常运作。否则，控制装置执行第二步骤：驾驶装置被完全左(或右)转，驱动装置通过慢速转动使车移动，以在一段预设时间内，搜索导向路径的位置。如果通过这个操作未能找到导向路径，驾驶装置完全地转向相反方向(即至右)，类似地通过慢速转动使车移动，以在一段预设时间内，搜索导向路径的位置。当探测到导向路径时，车沿导向路径被加速到正常高速运行。如果在预设时间期间未找到导向路径，车的运行立即被停止(路线搜索功能)。

另一方面，当车在正常操作期间突然偏离路线时，根据显示导向路径相对于偏离点的传感器的相对位置变化的数据，方向偏离立即被控制装置通过计算而确定。然后，车在偏离方向的相反方向上转动驾驶装置，并换到低速档，以搜索导向路径。由于当传感器探测到导向路径的那个时刻，车辆确实回到了导向路径上，故车辆沿导向路径被加速到正常高速运行。然而，如果在预设时间内未能探测到导向路径，则车的运行立即被停止(防偏离功能)。

本发明的自动导向方法同样可被以下类型的导向车辆所采用：

1)一种电磁导向车，该车通过传感器探测一根置于地面上或地面下其内有电流通过的导线周围形成的磁场来导向。

2)一种光导车，该车通过光传感器用光学法探测置于地面上的导向带来导向。

3)一种磁导车辆，该车通过磁性传感器探测置于地面上或地面下的磁性材料来导向。

根据本发明的导向车自动导向方法，一辆车置于初始位置时，其传感器在导向路径之外，可通过自动探测导向路径来启动，这意味着只需相对于导向路径将车大致定位，以致启动准备时间更短，效率更高。

而且，在车辆意外地偏离导向路径事件中，无须停止运行即可使车辆自动恢复到导向路径上，亦导致时间损失的减少，并提高了运行效率。

图1是表示磁导车拆装状态下的结构立体视图；

图2是驱动/驾驶单元的平面视图；

图3是驱动/驾驶单元的侧视图；

图4是表示传感器左右转动扫描磁带的搜索范围的平面示意图；

图5是低速运行时搜索磁带位置的平面示意图；

图6是低速运行时搜索磁带位置的平面示意图；

图7是车辆通过搜索磁带，在偏离之后恢复到导向路径上的平面示意图；

图8是解释自动导向方法的过程方框图；

图9是具有两只驱动轮和四个通用脚轮的车辆实例的底视图；以及

图10是具有两只驱动轮和两个通用脚轮的车辆实例的底视图。

本发明的实施例参照附图描述如下。

图1-3所示自动导向车(AGV)的总体结构类似于日本专利NO.303716所公开的车辆结构，现作简要描述。

该AGV包括一个磁力导向型驱动/驾驶单元3，该单元具有一个用于驱动轮6的驱动装置5，和一个用于驱动轮6的驾驶装置4，以及一个具有四角有轮的底盘16的滑车12。驱动装置由控制装置8控制，该控制装置处理来自探测磁带10构成的导向路径产生的磁性的传感器7的信号。驾驶/驱动单元3附装于底盘下。如图3所示，磁力传感器7用一个支架17附装到驱动轮6的支撑件前部，以使传感器7同驱动轮6一起转动。磁力传感器7位于水平杆(图4)右半部。磁力传感器7和控制装置(控制盒)8用一根电缆18相连。

如有必要，货架13安装在滑车12的底盘16上，以装运载荷。驱动/驾驶单元3的附板2置于底盘16下，并用紧固螺栓固定在附座14上。滑车12前轮是通用脚轮，后轮是固定脚轮。处理来自磁力传感器7的信号的控制装置(控制盒)8控制着作为驱动轮6的驱动装置动力源的电动机5，和作为驱动轮6的驾驶装置能源的驾驶电动机4。底盘16和货架13由涂(敷树)脂的钢管用接头耦合在一起构成。

连接器9用来将驾驶电动机4和驱动电动机5同安装在底盘16上的电源电池(未示出)相连接。实施对驱动/驾驶单元3的自动控制过程的控制盒8附装在附板2后下方。装在控制盒8内的自动控制装置里的自动导向方法软件流程如图8所示。

图4示出区间W，在揿下启动键以启动车辆运行之后，作为路线搜索功能的第一个步骤，于车辆自身尚停止不动时，通过使磁力传感器7和驱动轮6一起左右转动，驱动/驾驶单元3的驾驶装置4在该区间内能探测到由磁带10产生的磁场。磁力传感器7设置在驱动轮6的左边，驱动轮6安排在驱动/驾驶单元3之宽度的中间，或更精确地说，在距右端75mm(大致右半)内，以最大限度地减少驱动轮6踩到磁带10上的可能性。磁力传感器7通过左右转动能探测磁带10的磁场的范围W的宽度约为210mm。

图5示出车辆(驱动/驾驶单元3)和磁力传感器7，作为一个例子，它们移出磁带10到右边去了，通过左右转动磁力传感器7不能确定磁带10的位置(控制的第一个步骤)，现进入控制的第二步骤。在上述情况下的控制第二步骤中，驱动/驾驶单元3将驱动轮6完全地左转，并以4米/分的低速启动，搜索磁带10的位置，持续一段预设时间(本实施例中为20秒)。在这此情况下，很显然会将很快找到磁带10。

图6示出磁力传感器7和车辆(驱动/驾驶单元3)位于磁带10左边并处于控制的第二步骤的情形。通过驱动轮如图5中完全地左转动作(以虚线示出)，在搜索预设时间内显然不能探测到磁带10。于是控制的第二步骤将驱动轮6完全地右转，并让车辆以低速运行搜索磁带10(以实线示出)，持续两倍于前次试验的时间(本例中为40秒)，这将会发现车辆和磁力传感器7到达磁带10并发出探测信号的几率相当高。

如上所述，在控制的第一步骤中，刚揿下启动键以启动AGV的运行之后，AGV可能在任意初始位置，仅通过磁力传感器7左右移动来搜索导向路径，而车自身不动。如果在这一步骤中未找到导向路径，控制进到第二步骤，搜索是通过首先低速左转动作，然后如果仍未找到导向路径，就通过低速右转动作，由此建立一个相当宽的搜索区间和找到导向路径的高成功率。如果，尽管经过了上述一切措施，磁力传感器7仍不能找到导向路径(磁带)，这被定为一种异常情况。对车辆的操作被中止，其余留给负责人手动操作。最后是一种防止意外事故的措施。另一方面，如果通过第一或第二步控制成功地找到了磁带10，则车辆沿磁带10的导向路径被加速到24米/分的正常高速运行。

下一步，图7示出当AGV因越过路线上的障碍物或一种意外的外力施加到车上而偏离路线时，本发明的自动导向方法的控制操作(防偏离功能)。在这种情况下，控制装置处理在偏离瞬间传感器7的动作记录，立即确定偏离方向，将驱动轮6转向偏离的相反方向，并低速搜索磁带10，持续一段预设时间(本例中为8秒)。这为找到磁带10提供了一个高成功率，并且，因为探测到磁带10意味着车辆回到导向路径上，所以控制装置能随即将车辆加速，以恢复其正常高速运行。然而，在这种情况下，如果于预设时间内还未找到磁带，操作也立即被中断以防止意外事故，其余留给负责人手动操作。

接下去，图9所示这样构造的车辆，以致底盘12其四角分别具有通用脚轮11，在底盘下中部两侧提供了两个驱动轮6，6，又为每个驱动轮6，6提供了一个驱动电动机5，该电动机由控制装置8自动控制，该控制装置处理传感器7所检测到的信号。图10所示车辆不同于图9的车仅因为提供了两个通用脚轮11，11一个在底盘下前部，另一个在底盘下后部。当这对驱动轮6，6被同步控制时，车辆直线运动(前和后)，而当这对轮被控制作差动时，车作拐弯运动(也前移或后移)。不论对图9所示车还是图10所示车两种情况下，上述自动导向方法都可以以完全同样的方式被采纳。

根据本发明的自动导向方法，即使磁力传感器于启动操作时不在导向路径(磁带)上，车辆也可以高概率地自动找到磁带(导向路径)，并开始运行；另一方面，如果车辆意外地偏离路线，车辆可以通过自动找寻磁带(导向路径)而高几率地回到导向路径上。以上减少了手动操作，获得了更完全的无人驾驶运作。

Claims (4)

1.一种车辆的自动导向方法该车辆具有一个驱动轮一个磁力传感器，该传感器探测地面上沿所述车辆运行路线放置的由磁带或类似物构成的导向路径产生的磁性，一个由控制装置控制的驱动装置和驾驶装置，该控制装置处理所述传感器探测到的信号，该方法的特征在于

(a)操作开始时，该车辆受到左右转动所述传感器以搜索所述导向路径的控制；

(b)如果通过上述控制过程(a)未能找到所述导向路径，作为第二个步骤，所述车辆受到着将所述传感器完全转向某一个方向的控制低速运动以搜索所述导向路径，持续一段预设时间，并且，如果仍未找到所述导向路径，则使所述驾驶装置完全地转向相反方向，继续低速运动，持续两倍于所述前一次转向的预设时间；

(c)如果通过所述控制过程(a)或(b)找到了所述导向路径，则所述车辆受到沿所述导向路径加速到正常速度以恢复运行的控制；以及

(d)如果通过所述控制过程(a)或(b)在所述预设时间内未找到所述导向路径则对所述车辆停止操作。

2.一种车辆的自动导向方法，该车辆具有一个驱动轮，一个磁力传感器，该传感器探测地面上沿所述车辆运行路线放置的由磁带或类似物构成的导向路径产生的磁性，一个由控制装置控制的驱动装置和驾驶装置，该控制装置处理所述传感器探测到的信号，该方法的特征在于：

(a)如果所述车辆在运行期间偏离路线，则首先将所述车辆换档至低速，决定偏离方向，将所述驾驶装置转向与所述偏离相反的方向，在一段预设时间内进行所述导向路径的搜索，而当所述车辆被恢复到所述导向路径上时，所述车辆被加速到正常速度，以恢复运行；以及

(b)如果所述车辆在所述预设时间内通过所述控制过程(a)不能恢复到该导向路径上，则车辆的操作被终止。

3.权利要求1和2所述车辆的自动导向方法，该车辆包括一个磁导型驱动/驾驶单元，该单元具有为一个驱动轮配备的一个驱动装置和一个为该驱动轮配备的驾驶装置，以及一个具有其四角有轮的底盘的滑车，所述驱动装置由一个处理来自一个传感器的信号的控制装置来控制，该传感器探测由磁带构成的一条导向路径产生的磁性，所述驱动/驾驶单元附装于所述底盘的下表面，该方法的特征如下：

在操作开始时，所述驾驶装置受到使用所述驱动轮将所述磁力传感器左右转动的控制，以搜索所述导向路径。

4.权利要求1和2所述的一种所述车辆的自动导向方法，该车辆包括两个设置所述底盘中央所述下表面两边的驱动轮，一个设置于所述底盘前部的磁力传感器，该传感器探测地面上沿一条导向路径放置的磁带产生的磁性，两个驱动装置为所述驱动轮各配一个，所述驱动装置由控制装置自动控制，该控制装置处理所述磁力传感器探测到的信号，以及一个驾驶装置，该驾驶装置通过由所述控制装置自动控制的所述驱动装置来差动地驱动所述两个驱动轮，该方法的特征在于：

当操作开始时，所述驾驶装置受到控制以通过差动地驱动所述两个驱动轮来左右转动所述磁力传感器，以搜索所述导向路径。

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