CN1228379A - 用于自动引导车辆的导引系统 - Google Patents
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Abstract
公开了用于沿一通路引导一自动引导车辆的一导引系统,其包括用于将AGV保持到该通路的大体上笔直部分的轨道,和用于从一第一轨道段的端点向另一轨道段的起点引导该AGV的一无轨导引系统。这些轨道提供必要程度的控制,以允许一无人控制车辆在高速下运动,而无轨导引系统使得无需轨道转辙器,否则是需要轨道转辙器来将一轨道引导车辆从一个轨道部分转换到另一轨道部分的。
Description
本发明涉及沿一通路(线路)引导一自动引导车辆(AGV)的一导引系统,尤其是涉及用于一AGV的一导引系统,该系统采用轨道来引导AGV通过一通路的第一部分,和采用一无轨控制系统来引导AGV通过该通路的第二部分。
有两种类型的AGV导引系统,即轨道系统和无轨系统。在第一种类型的系统中,由一些轨道形成一通路。这些轨道可支承一AGV或当AGV的车轮沿路面滚动时仅引导AGV的车轮。在一无轨系统中,AGV可包括一些检测器,用于检测并跟随标记出一通路的一地下(路面内)电线、或者一控制器,用于根据一组命令来在各种类型的参考标记之间导向。这些系统的每个均具有某些优点和缺陷,并且选择采用何种系统通常取决于许多因素,例如具体使用者的要求及系统工作的环境。
轨道引导允许在一AGV的位置上精确地控制。在此仅需有限数目的通路,并且无需频繁地改变这些通路,轨道引导提供了将一AGV保持在一选择的路径上的一相对简单的方法。然而,轨道引导的一最大缺陷是需要一些转辙器来将AGV从一个通路导引到另一通路上。这些转辙器价格较高,并包括能产生磨损的一些移动部件。此外,每一转辙器必须被连接到一动力源、用于确定该转辙器位置的一传感器、和在正确的时刻用于使该转辙器从一位置移动到另一位置的一控制器上。这些转辙器通常被连接到一控制器上且彼此通过一系列电线连接,其中这些电线沿通路铺设,并且这些电线的安装和维护都十分昂贵。另外,这些电线在每次修改系统时必须重新配置。这种系统的另一缺点是轨道本身通常高出路面并且妨碍人员与其它车辆的自由行动。
无轨导引系统提供了增大的设计灵活性,因为可通过重新编程AGV或其控制器来改变通路且无需移动和重新铺设轨道。此外,由于每一车辆接收所要跟随通路的指令或由这些指令编程,因此无需转辙器来将一车辆从一个路径转换到另一路径上。但是,由于这种系统中的AGV可能偏离其通路,因此需要格外注意确保每一AGV处于其意欲的位置,并且实质上通常必须与系统中的每一AGV保持恒通讯(联系)。可传输有关AGV和其位置的信号的通讯线路的质量及速度也限制了这些系统的最大行驶速度。此外,当AGV沿不是由轨道限定的通路行驶时,防撞变得更加复杂。恒定地监测和控制大量的AGV、并且保持它们在路线上且避免碰撞的要求需要很大量的执行动力,这使得无轨导引系统比轨道导引系统的操作更加复杂和昂贵。
为高速运输,即为达到每分钟2200英尺范围的速度,轨道引导传统上已成为引导一AGV的唯一实用方法。这部分是由于没有物理路径约束在高速下操作车辆是不安全的这样的一种观念,部分是由于控制问题。例如,用于驾驶AGV的伺服控制机构通常不能足够快地响应一引导电线的变化位置,以控制一快速运动的车辆。此外,位置传感器的信噪比可能太低,从而不能让它们精确地检测地下(路面内)一电线的存在或当快速运动时不能可靠地与一中央控制器通讯联系。因此,在需要高速的应用中,迄今需要使用基于轨道的控制,这将带来其伴随的所有缺陷。
本发明通过提供一种AGV控制系统来处理(致力于)上述和其它问题,其中该系统采用轨道来控制一AGV经过一通路的高速部分和采用无轨控制来引导该AGV经过通路的弯道和其它低速部分。有益的是,该系统无需采用转辙器或转轨器。其结果是获得了用于AGV的一控制系统,该系统允许在与轨道系统同样的高速下以高安全度来操作车辆。另外,该系统不需监测转辙器或无需与每一车辆恒通讯联系,因为车辆被物理地约束到位于这些车辆要通过的大多通路上的一引导路径上。
在优选实施例中,一通路被设计成连接各种装载和卸载位置并且包括笔直段、叉道和弯道。引导轨道沿笔直段铺设并且在弯道和叉道邻近处留有间隙。采用一无轨导引系统、例如地下(路面内)的一电线来连接轨道端之间的通路。AGV设有用于接合和跟随轨道(或路辙)段的转向臂和用于跟随地下电线的传感器。沿着轨道段在各个位置设有可机器阅读的标记,以提供有关轨道特性和长度以及在轨道段端部可能设置的弯道半径的信号。AGV还包括用于读取地下电线的传感器。
当操作时,一中央控制器给一AGV提供用于从一起点向一终点(目的地)行驶的指令,其中这些指令告知该AGV跟随哪些轨道,并且如何在每一段的端部转向。该AGV在一笔直轨道段的入口端被插入系统内并且沿着轨道运行,直至其通过告知车辆位置的一初始参考标记为止。如果该位置与用于到达一目的地的指令相符,其将加速到一告知并且沿轨道行驶,寻找另外的参考标记。这些参考标记之一将高速AGV距轨道端点的距离。如果AGV的指令是继续在一直线段行驶到下一轨道段,则AGV将锁止其转向轮,保持其速度,并且驶过第一轨道的端点和驶入与第一轨道共线的一第二轨道的入口。然后其继续沿着该轨道段行驶,直至遇到另一参考标记为止。或者,如果AGV的指令指示车辆在第一轨道的端点要向右转90度,则当参考标记表明接近轨道的端点时AGV将开始减速。在AGV到达轨道端点时将减速到一安全转向速度,并且然后采用其车载传感器来跟随从一个轨道段的端点引连到下一轨道段起点的地下电线。AGV行驶到第二轨道并且恢复其高速。该过程持续到车辆到达其最终目的地为止。
因此本发明的首要目的是提供用于自动引导车辆的一种改进的导引系统。
本发明的另一目的是提供一种没有转辙器的基于轨道的AGV导引系统。
本发明的再一目的是提供一种AGV导引系统,其采用一第一引导机构来沿通路的高速部分引导AGV和采用一第二引导机构来沿通路的低速部分引导AGV。
本发明的又一目的是提供一种AGV导引系统,其可容易地增加另外的叉道。
本发明的还一目的是提供一种用于高速AGV的导引系统,其中该高速AGV将引导轨道集成(结合)到基于一参考标记的系统内。
本发明的再一目的是提供一种AGV导引系统,其采用物理约束的引导部件来限定一AGV通路的高速部分和可由该AGV检测的参考标记来限定通路的弯道和其它低速部分。
通过阅读本发明几个优选实施例的下列详细描述以及下列附图,可以更好地理解本发明的这些和其它目的及优点,其中:
图1是各种通路的平面图,通过根据本发明的一导引系统可沿着这些通路对一AGV进行引导;
图2是沿着图1所示通路之一的一轨道的一AGV的立面剖视图;
图3是图2所示轨道的入口端和AGV转向臂的将要接合轨道前端部分的平面图;
图4是图2所示AGV的转向系统的局部剖视平面图;
图5是本发明第二实施例的正面图,而图2的轨道装备有一电汇流条,以向AGV提供动力;
图6是一AGV前部的局部剖视平面图,其中该AGV装备有接触器,以从图5所示轨道取出动力;
图7是本发明第三实施例的立面剖视图,其中通路的部分是由一对隔开的导轨限定;和
图8是本发明第四实施例的立面剖视图,其中通路的部分是由一对隔开的导轨限定,该对导轨装备有电汇流条,以向AGV提供动力。
现参照附图,其中图中所示仅用于描述本发明几个优选实施例,而不作为限制它的目的,图1表示许多轨道段10、12、13和14,用以在一铺设路面18上沿一通路对一AGV进行引导。通路的形状将依该系统使用的环境而变化;但是,通路的每一笔直部分将由一轨道段来限定。每一段包括具有一锥形部分22的一入口端20和具有一锥形部分26的一出口端24。此外,每一入口端包括一喇叭形导引件28,其目的将在后面描述。在图2中可看出,每一轨道包括由螺钉32或其它合适装置连接到路面18的一基座30、从基座30垂直地延伸的一垂直腹板34、和支承在腹板34顶部并且包括大致垂直于路面18相间隔开的侧壁38的一顶导向板36。轨道最好由钢制成,虽然也可采用具有足够强度来保持其形状和经受在此所述操作条件的其它材料。
图3表示一AGV40,其具有支承在一些轴44上的两个前轮42和支承在一根轴48上的两个后轮46。该AGV是由一车载电池(未示出)提供动力。一转向臂50向一些前轴44的前方延伸并且在其固定端54通过一销52可转动地连接到AGV的车架上。转向臂50的自由端55包括两个隔开的导引滚筒56,这些滚筒在此具有一些平行的轴线58。导引滚筒56间隔开的距离等于顶导向板36的宽度,从而当转向臂50经过导轨时,滚筒将接合顶导向板36的侧壁38并沿其滚动。一对转向横拉杆60连接在转向臂50与前轴44之间,从而当转向臂跟随导轨时,臂50绕销52的运动促使车轮42转向。在此方式中,车轮42大体上与轨道保持平行,以使AGV跟随轨道。或者,一AGV可带有可转向的后轮,它们与前轮相联以随其运动;或者连接到一第二转向臂上,其使后轮以与前轮同样的方式跟随轨道。
有许多类型的AGV和AGV控制系统。一些AGV跟随一地下电线,采用一传感器来检测由电线中电流产生的磁场。这些车辆的转向系统被连接到所述传感器上,并且AGV操纵其本身来保持传感器对中于电线上。当向AGV给出一指令起动时,其沿着电线运行,直到其到达一分支或接收到一指令来停止。在一分支处,AGV按照所给出的正确分支的指令运行。这种系统例如表示在美国专利US5434781中,该专利所公开的内容在此被引为参考。其它AGV按照从中央控制器发出的指令运行,其中这些指令告知AGV应当往何处和以何种速度行驶。当AGV驶近参考标记或通过它们之间时,AGV检测这些参考标记,并用这些参考标记来确定位置和/或帮助AGV沿着正确的路线行驶。这种控制系统的一例子公开在美国专利US4866617中,在此其也被引为参考。在本发明中,严格型的无轨导引系统并不重要。可采用能对一AGV进行引导的任何这种系统,只要其能使AGV在特定的道路上起动、停止和行驶即可。在优选实施例中,AGV40跟随埋在地面18下的一电线来从一轨道段的出口端到另一轨道段的入口端进行引导,但其它导引系统也可工作得同样好,并且采用一基于电线的系统不应当被理解为对AGV进行引导的可能方式的限制。
每一轨道段包括至少一个信号标记(信号发生器),其可通过AGV上的一读取装置来读取。在优选实施例中,这些标记为条形码,并且读取装置为一光学扫描器。或者,这些标记可以是磁体或小型异频雷达收发机,用于当每一AGV通过标记时与AGV通讯联系。轨道段10包括一第一标记62,其由AGV上的光学读取器64读取。该标记紧靠于导轨10的入口端下游,并且包括识别其所连接的具体轨道段的信号。AGV和/或用于指挥该AGV的一中央控制器知道在一给定的时间一给定的AGV将位于通路上的何处。如果来自于标记的信号显示车辆不在正确的轨道段上,则可采取适当的修正动作,例如将车辆转回到其正确的路径上或者如果需要将关闭系统。假设AGV读取标记62并且确认其(车辆)位于正确的通路上,其(车辆)将会加速到诸如2200英尺/分钟的一高速度并沿着轨道行驶。当AGV经过轨道时,导引滚筒56跨骑导轨的顶导向板36并且保持前轮42平行于轨道。如果由轨道表示的通路例如稍微向左或向右偏移,则导引滚筒将促使转向臂50跟随轨道,并且将车轮42转至正确的方向,以将AGV保持在通路上。虽然由导轨表示的通路大体上是直线的,但它们可稍微向左或向右偏转,或者作为非常大半径的弯道,该半径取决于车速。通常,为论述的目的,如果AGV40在全速下能安全通过某一通路段,则任何这种通路段都可当成直线处理。
AGV沿轨道10前进,直至其遇到另一轨道标记为止。该标记可位于朝向轨道的中央并且给AGV提供位置最新情况。通过读取该标记,AGV确认在某一时间其位于某一位置,并且该信号可传输给中央控制器。最后,AGV将到达一终端标记,例如轨道10上的标记66。该标记告知AGV距特定的轨道段出口端24的距离。如果AGV的指令需要其在轨道段10的末端进行转向,则其将开始一减速运行,将其速度降低到一安全速度,以通过弯道。当AGV到达轨道段10的出口端24时,其将以一足够低的速度行驶,从而可由诸如包括一地下电线在内的一无轨导引系统来安全地控制。
图1表示由几根地下电线68标记出的用于一AGV的各种通路,它们连接轨道段10的出口端。一第一通路a-b在轨道段10与轨道段12之间延伸;一第二通路a-c在轨道段10与轨道段13之间延伸;和一第三通路段a-d在轨道段10与轨道段14之间延伸。如果已指示AGV40要跟随的通路要求其从轨道段10向轨道段13行驶,则其(车辆)将跟随通路a-c经过一45度的弯道向右转、然后再经过一45度的弯道向左转,直至其面向轨道段13的入口为止。通路a-c的形状被构造成使得AGV以转向臂50的自由端55大体上对准轨道13,并且指向喇叭形导引件28的方式来接近轨道段13。当自由端55接触导引件28时,该导引件使转向臂50对中在轨道13上,并且协助确保转向臂与轨道13之间正确接合,即使AGV40已稍微偏离了导轨a-c。轨道13的锥形端部22通过沿一个方向或另一方向推压自由端55来使转向臂对中在导轨上,也有助于校正偏离正确通路的任何微小的偏差。当转向臂已接合轨道14时,AGV沿轨道前进,直至其进入包含识别轨道段14信息的信号标记70为止。然后AGV40加速并且沿轨道段14前进,直至到达另一叉道点或其终端为止,此时将通过轨道上的附属标记来传输信号。为了从轨道10前进到轨道14,AGV将取代通路a-c而在通路a-d上行驶。
相邻轨道的出口与入口之间的间距由使用该系统的车辆的宽度与转向半径确定。为了提供从一个轨道到另一轨道上的平滑转移,配置地下电线68,从而笔直通路段相切地连接弯曲部分,并且轨道段的入口与出口端之间的间距必须足以容纳这些通路。此外,由于轨道高于路面18,因此间距必须足以允许一车辆进行所需的转向,而其车轮不至于越过一个或多个轨道段上。虽然该间距可任意大,但考虑到效率,其最好保持一最小值,因为AGV只能在高速下沿着系统的轨道部分行驶。
如果在一给定叉道处无需进行转向,例如当一AGV在从轨道10到轨道12的通路a-b上行驶时,该AGV可如上所述减速,并且跟随一直线导引电线。但是,只要可能,最好使车辆保持在一高速下运行。因此,在优选实施例中,当AGV40从轨道10向轨道12行驶时,其将从标记66读取信号并且以当前速度笔直前进。当AGV通过轨道10的出口端时,其还将锁止转向臂50,从而AGV将继续沿直线行驶。因为轨道段10的出口端24与轨道段12的入口端22之间的距离不大,例如在AGV长度两倍的状态下,车辆在该段距离将不会明显偏离其行驶路线,并且会通过轨道12的喇叭形导引件28和与轨道12的锥形部分26与转向臂的相互作用来校正任何微小的偏离。当读取轨道段12上的第一标记72来确认AGV位于(正确的)路线上时,解锁转向机构并且AGV前进、如前一样跟随轨道段。
车辆保持与中央控制器通讯联系,和/或如果其在预定长度的时间内没有读取轨道12上的初始标记,就通过程序来使之停止。因此如果车辆没有正确地接合轨道12,其就可快速地停止。然而,如果发生这种情况,车辆的左、右侧轮胎可能将仍然位于轨道12的相对侧上,即使转向臂还未正确地接合轨道。车辆轮胎不易滚过轨道10,因而车辆偏离通路(的程度)将最小。在此方式中,可防止车辆偏离其正确的通路太远,并且当检测到问题时能安全地停止。当然,当在所有的时刻需要绝对地保持精确控制车辆的位置的情况下,例如如果AGV偏离与轨道14的连接而能造成明显的损伤时,车辆将减慢到其能跟随地下电线的一速度,其中地下电线限定了路径a-b,并且通过跟随该通路来从轨道段10向轨道段12行驶。
图5和6表示本发明的一第二实施例,其中与第一实施例共同的部件采用同样的参考数字来标示。在该实施例中,AGV从安装在绝缘体78上的一动力汇流条76接收动力,其中该汇流条76沿每一轨道段的长度铺设。一对擦拭臂(电刷)80独立于转向臂50,用于以周知的方式从汇流条76取得动力。通过该方法向AGV传送动力,无需在AGV上装载大的电池。但是,必须包括一小的电池或电容器(未示出),以在轨道段之间给AGV提供动力。此外,通过从系统中取消转辙器,本身也消除了经轨道转辙器设置动力汇流条路线所带来的问题。
图7表示本发明的一第三实施例,其中通路的笔直部分是由一对隔开的侧轨82限定。在该实施例中,一转向杆84独立于其相对的端部从转向臂50和导引滚筒56的任一侧垂直地延伸出。转向杆84的长度略小于轨道82之间的间距,从而导引滚筒56接合侧轨并沿侧轨滚动,以将AGV40保持到其路径上。
图8表示本发明的一第四实施例,除侧轨82设有支承于沿每一侧轨的长度铺设的绝缘体88上的动力汇流条86外,其等同于上述第三实施例。擦拭臂90独立于转向杆84,以接触汇流条并且以周知的方式从汇流条取得动力。
虽然已根据几个优选实施例描述了本发明,但应当理解在不超出本发明范围的前提下可对所述的这些实施例进行各种修改和补充。例如,如所公开和所要求保护的,在组合采用轨道引导和无轨引导此两种系统时,正如特定的无轨导引系统能变更一样,特定的轨道导引系统也可变更。所有这种修改和补充都构成本发明的部分,从而由所附的诸权利要求所覆盖。
Claims (18)
1.用于引导一AGV的一种导引系统,包括:
许多不毗连的轨道段;
用于沿所述轨道段引导AGV的一转向机构;和
用于在所述轨道段之间引导所述AGV的一电子控制器。
2.如权利要求1所述的导引系统,其特征是所述电子控制器包括用于在轨道段之间引导所述AGV的储存的方向。
3.如权利要求1所述的导引系统,其特征是所述电子控制器从一系统控制器接收用于在轨道段之间引导所述AGV的方向。
4.如权利要求1所述的导引系统,其特征是所述转向机构包括导引滚筒装置,以接合所述许多轨道段。
5.如权利要求4所述的导引系统,其特征是所述导引滚筒装置包括一对导引滚筒,它们具有垂直于所述转向机构的相互平行的轴线。
6.用于在一通路上不同位置之间输送物体的一种AGV系统,其中通路包括至少一个大体上笔直的路径段和至少一个弯曲的路径段,所述AGV系统包括:
至少一AGV;
一直线的引导轨道段,其具有沿所述至少一个大体上笔直的路径段设置的一起点和端点;
一机械控制器,用于促使所述AGV跟随所述引导轨道段;和
一电子控制器,用于从一个所述引导轨道的端点向另一所述引导轨道的起点指引所述AGV。
7.如权利要求6所述的AGV系统,其特征是所述直线的引导轨道段包括一第一端和一第二端以及至少一个可机器读取的信号标记。
8.如权利要求7所述的AGV系统,其特征是所述机械控制器包括与所述轨道段接触的一转向机构。
9.如权利要求8所述的AGV系统,其特征是所述电子控制器包括一微处理器,该微处理器包括一存储装置,用于存储所述通路的描述。
10.如权利要求9所述的AGV系统,其特征是所述信号(信息)包括所述直线的引导轨道段的长度和所述至少一个弯曲的路径段的形状。
11.如权利要求8所述的AGV系统,其特征是所述电子控制器包括在所述至少一个AGV上的一个车载控制器,和与所述车载控制器相连、用于指引所述至少一个AGV到一目的地的一中央控制器。
12.用于从具有第一和第二端的一第一轨道段将一自动轨道引导车辆转换(转轨)到具有第一和第二端的一第二轨道段上的一种方法,包括下述步骤:
给轨道引导车辆提供一离轨的导航(导引)系统;
使所述车辆沿所述第一轨道段行驶并驶离所述第一轨道段的第二端;
采用所述离轨的导航系统从所述第一轨道段的第二端向所述第二轨道段的第一端引导所述车辆;和
使所述车辆行驶到所述第二轨道段的所述第一端上并且沿所述第二轨道段行驶。
13.如权利要求12所述的方法,包括附加步骤:
给所述第一轨道提供一可机器读取的信号标记;
将包含在所述信号标记中的信号读取到所述离轨的导航系统中;和
根据由所述标记传送的信号引导所述车辆。
14.如权利要求12所述的方法,其特征是使所述车辆沿所述第一轨道段行驶的步骤包括检测接近所述第一轨道段的端点并且减速的附加步骤。
15.如权利要求14所述的方法,其特征是减速的步骤包括以下的步骤:
确定在所述第一轨道段的端点和所述第二轨道段的起点之间要跟随的路径,计算在所述端点和所述起点之间运行的一安全速度,和减速到所述安全速度。
16.如权利要求14所述的方法,其特征是检测接近所述第一轨道段的端点的步骤包括确定所述车辆是否必须在所述端点进行转向的步骤。
17.如权利要求16所述的方法,其特征是所述车辆包括用于跟随所述轨道段的转向装置,并且其中当所述车辆无需在所述端点进行转向时,所述转向装置锁止以保持所述车辆在一直线的路径上。
18.用于使一AGV从一第一点到一第二点在包括直线和非直线部分的一路径上行驶的一种方法,包括步骤:
提供包括第一和第二信号标记的一第一直线轨道段;
提供一非共直线的第二直线轨道段,其与所述第一轨道段隔开并且包括第一和第二信号标记;
提供一AGV,其具有一转向臂,用于跟随所述轨道段来沿所述轨道段引导所述AGV,和提供一电子导航系统,用于在无轨道段时引导所述AGV;
沿所述第一轨道段加速所述AGV到一高速度;
读取所述信号标记之一来检测所述第一轨道段的端点,并且减速所述AGV到一低速度;
使所述AGV驶离所述第一轨道段;
在所述低速度下,从所述第一轨道段向所述第二轨道段经一非直线路径引导所述AGV;
使所述第二轨道段与所述转向臂接合;和
沿所述第二轨道段加速所述AGV到所述高速度。
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