CN205880660U - 一种采用轮毂电机驱动的agv小车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用轮毂电机驱动的AGV小车，属于自动引导搬运车及导航领域，有别于磁条、光电、导轨导航，为一种全新的实用新型设计。具体包括AGV小车、轮毂电机、控制器、路径规划模块、检测轮模块和车体偏差调整控制模块。路径规划模块用于规划AGV小车行驶路径上的若干个定位点及提供定位点的坐标信息。检测轮模块用于记录AGV小车的行驶状况、当前的位置坐标和判断AGV小车的转向方向、圆点和半径。车体偏差调整控制模块用于检测判断AGV小车是否到达定位点以及位姿是否正确。本实用新型能减少传感器数量，降低成本，小车运动位置测量准确、对工作环境依赖小，不会因为环境变化而导致小车无法正常运行。

Description

一种采用轮毂电机驱动的AGV小车

技术领域

本实用新型涉及一种能够定位导航的自动引导搬运小车，特别是一种采用轮毂电机驱动的AGV小车。

背景技术

自动导引小车(Automated Guided Vehicle，简称AGV)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的无人驾驶运输车，多用于仓储等行业，以实现物料的自动装卸和搬运。

目前已知的AGV装备有电磁或光学引导装置，或是通过超声波传感器等对路径进行探测，但这些装置的安装增加了与控制器的连线，使系统结构更加复杂，传感器的工作易受工作环境影响，增加了潜在的不稳定性，并且提高了整个系统的成本、安装难度和后期的维护成本。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种采用轮毂电机驱动的AGV小车，该采用轮毂电机驱动的AGV小车一方面能减少小传感器按照数量，降低成本，小车运动位置测量准确，减少潜在的不稳定因素；另外，与视觉导航以及磁导航的路径规划相比，对小车工作环境的依赖较小，不会因为一般的环境变化导致小车无法正常运行。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种采用轮毂电机驱动的AGV小车，包括AGV小车、轮毂电机、控制器、路径规划模块、检测轮模块和车体偏差调整控制模块。

AGV小车的驱动轮均由轮毂电机所驱动。

路径规划模块内置在控制器中，用于规划AGV小车行驶路径上的若干个定位点以及提供每个定位点的坐标信息。

检测轮模块，用于记录AGV小车的行驶状况并记录AGV小车当前的位置坐标，并且能够判断AGV小车的转向方向、圆点和半径。

车体偏差调整控制模块，用于检测判断AGV小车是否到达定位点以及位姿是否正确。

控制器，用于对路径规划模块、检测轮模块和车体偏差调整控制模块提供的数据信息进行处理，并将驱动信号送入轮毂电机，使得AGV小车实现直线行驶或差速转向。

所述驱动轮为两个，对称设置于AGV小车的前方底部。

所述检测轮模块包括从动轮和编码器，每个驱动轮安装一个从动轮，每个从动轮上设置一个编码器；编码器能根据两个从动轮的差速判断AGV小车的转向方向、圆点和半径。

所述车体偏差调整控制模块为设置于AGV小车底盘前方中轴线两侧的霍尔传感器。

还包括对称设置于AGV小车后方底部的万向轮。

还包括设置于AGV小车四周的红外传感器。

本实用新型采用上述结构后，一方面能减少小传感器按照数量，降低成本，小车运动位置测量准确，减少潜在的不稳定因素；另外，与视觉导航以及磁导航的路径规划相比，对小车工作环境的依赖较小，不会因为一般的环境变化导致小车无法正常运行。

附图说明

图1显示了本实用新型一种采用轮毂电机驱动的AGV小车的原理示意图。

图2显示了本实用新型一种采用轮毂电机驱动的AGV小车的结构示意图。

图3显示了本实用新型采用轮毂电机驱动的AGV小车进行路径规划方法的流程示意图。

图4显示了地图数据库的一种实施例。

图5显示了AGV小车的尺寸分析图。

图6显示了AGV小车的转向示意图。

图7显示了车体偏差调整过程示意图。

其中有：1-霍尔传感器；2-编码器；3-驱动轮；4-从动轮；5-AGV小车；6-控制器；7-万向轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1和图2所示，一种采用轮毂电机驱动的AGV小车，包括AGV小车5、轮毂电机、控制器6、路径规划模块、检测轮模块、车体偏差调整控制模块、万向轮7和红外传感器。

AGV小车的驱动轮3均由轮毂电机所驱动。驱动轮优选为两个，对称设置于AGV小车的前方底部。

路径规划模块内置在控制器中，用于规划AGV小车行驶路径上的若干个定位点以及提供每个定位点的坐标信息。路径规划模块，本申请也称之为地图数据库或地图数据信息。

检测轮模块，用于记录AGV小车的行驶状况并记录AGV小车当前的位置坐标，并且能够判断AGV小车的转向方向、圆点和半径。

上述检测轮模块优选包括从动轮4和编码器2，每个驱动轮安装一个从动轮，每个从动轮上设置一个编码器；编码器能根据两个从动轮的差速判断AGV小车的转向方向、圆点和半径。

车体偏差调整控制模块，用于检测判断AGV小车是否到达定位点以及位姿是否正确。

上述车体偏差调整控制模块优选为设置于AGV小车底盘前方两侧的两个霍尔传感器1。

控制器，用于对路径规划模块、检测轮模块和车体偏差调整控制模块提供的数据信息进行处理，并将驱动信号送入轮毂电机，使得AGV小车实现直线行驶或差速转向。

上述万向轮优选为两个，对称设置于AGV小车的后方底部，用于辅助驱动轮3实现转向。

上述红外传感器优选设置于AGV小车的四周，当红外传感器检测到附近有物体时，将使小车停止，用于AGV小车的避障。

一种采用轮毂电机驱动的AGV小车进行路径规划的方法，如图3所示，包括如下步骤。

步骤1，更新定位点坐标信息：通过对AGV小车的任务分配，在路径规划模块中标出AGV小车当前位置到目标定位点的路径，标记途径的定位点，并为途经的定位点排序，然后记录出发点及各个定位点坐标。

本步骤1中，定位点采用事先铺设的方法，定位点为磁道钉。

步骤2，小车行驶状态确定：AGV小车中的控制器将出发点坐标与下一定位点坐标进行对比，并确定AGV小车是直线行驶还是进行差速转向行驶；然后，控制器指令轮毂电机按照所确定的行驶状态驱动AGV小车进行行驶。

本步骤2中，AGV小车行驶状态的确定方法如下。

第一步，直线行驶确定：AGV小车每到达一个定位点会将接下来的两个定位点的坐标纳入计算，先判断是否满足直线行驶条件，如满足直线行驶条件，AGV小车在到达定位点及下一个定位点之间将进行直线行驶。

如图4所示，小车要执行从A点到D点的任务，途径的定位点及其坐标依次为：

A(x_a,y_a)；B(x_b,y_b)；C(x_c,y_c)；D(x_d,y_d)。

设小车的初始位置为图3中的A点(x_a,y_a)，方向为y轴正方向，准备向B点(x_b,y_b)行驶。通过控制器的计算提供该路段的定位算法，方向：y轴正向；横坐标：x＝x_b-x_a＝0；纵坐标：y＝y_b-y_a；满足直线行驶条件，控制器将信号送入轮毂电机，使驱动轮旋转，小车向前行驶到B点。

第二步，转弯确定：当第一步中判断为不满足直线行驶条件时，则判定为需要转弯。

第三步，确定AGV小车的转弯条件：转弯条件包括转弯方向dir、转弯半径R、转弯角度θ和左右两个驱动轮的转速：其中，

AGV小车左驱动轮的转速n_l为：

$n_l=\frac{30}{\mathrm{\π}}{\mathrm{\ω}}_l=\frac{30v\[1-dir\frac{d\mathrm{\θ}}{R}\]}{\mathrm{\π}r}$

AGV小车右驱动轮的转速n_r为：

$n_r=\frac{30}{\mathrm{\π}}{\mathrm{\ω}}_r=\frac{30v\[1+dir\frac{d\mathrm{\θ}}{R}\]}{\mathrm{\π}r}$

式中，如图5所示，ω_l为左驱动轮的转向角速度；ω_r为右驱动轮的转向角速度；v为小车转弯线速度，为固定值，可以人为进行设定；d为左右两个驱动轮到小车轴线的距离；r为小车驱动轮半径；R为小车转弯半径，为一恒定值；dir为小车的转向，取值为1、0或-1；θ为小车转弯角度。

如图6所示，假设AGV小车的行驶路径依次包括M(x_m,y_m)、N(x_n,y_n)、P(x_p,y_p)、Q(x_q,y_q)四个点位点，且定位点N和定位点P之间具有转弯。

此时，小车到达M点时会将N点和P点纳入计算，转弯方向dir计算公式为：

dir＝sgn[(x_n-x_m)(y_q-y_p)-(y_n-y_m)(x_q-x_p)]

在图6中，dir＝-1＜0，则判定为右转弯，小车将Q点也纳入计算。

转向角θ的计算公式为：

$\mathrm{\θ}=arccos\[\frac{(x_n-x_m)(x_q-x_p)+(y_n-y_m)(y_q-y_p)}{\sqrt{{(x_n-x_m)}^2+{(y_n-y_m)}^2}\sqrt{(x_q-x_p)+{(y_q-y_p)}^2}}\]$

在定位点N和定位点P之间找出小车转弯起始点E、转弯辅助点J(x_j,y_j)(在转弯开始前小车保持两驱动轮轴线中点向J点直线行驶)、转弯辅助点F和转弯结束点G，则：

$x_j=\frac{(x_m-x_n)\[y_p(x_q-x_p)-x_p(y_q-y_p)\]-(x_p-x_q)\[y_m(x_n-x_m)-x_m(y_n-y_m)\]}{(y_n-y_m)(x_p-x_q)-(y_q-y_p)(x_m-x_n)}$

$y_j=\frac{(y_q-y_p)\[y_m(x_n-x_m)-x_m(y_n-y_m)\]-(y_n-y_m)\[y_p(x_q-x_p)-x_p(y_q-y_p)\]}{(y_n-y_m)(x_p-x_q)-(y_q-y_p)(x_m-x_n)}$

点E到点J的直线距离如下：

$\left|\stackrel{\‾}{EJ}\right|=r\·tan\left(0.5\mathrm{\θ}\right)$

点E到点N的直线距离L为：

$L=\sqrt{{(x_j-x_n)}^2+{(y_j-y_n)}^2}-R\·tan\left(0.5\mathrm{\θ}\right)$

根据上述信息，即可实现小车的转向行驶。

步骤3，小车行驶状态检测：AGV小车在步骤2所确定的直线行驶或差速转向行驶过程中，检测轮模块将判断AGV小车是否按指令行进。若小车未按照指令行驶，则判断小车驱动轮出于某种原因处于打滑或空转状态，小车停机并报警。

步骤4，车体偏差调整：AGV小车每行驶到一个定位点，判断一次当前位姿，并通过计算得到位姿矫正行驶数据；AGV小车在直线路段行驶的过程中，进行一次车体偏差调整，直到小车行驶到下一个定位点。

车体偏差调整过程如下：

如图7所示，通过车体偏差调整控制模块检测磁钉得到小车的偏移角度α(小车中轴线与路径方向的夹角)和小车的偏移距离h(也即小车两驱动轮轴线中点到路径的距离|AP|)，然后计算小车转弯半径R＝h/cosα，小车转弯角度θ₁＝α+π/3(∠HO₁I)，θ₂＝π/3(∠KO₂I)，接下来可按照步骤2中的第三步转弯部分行驶。

步骤5，车体偏差调整控制模块检测到下一定位点，更新前进信息，继续向后一个定位点前进，直至到达目标定位点，完成任务。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种采用轮毂电机驱动的AGV小车，其特征在于：包括AGV小车、轮毂电机、控制器、路径规划模块、检测轮模块和车体偏差调整控制模块；

AGV小车的驱动轮均由轮毂电机所驱动；

路径规划模块内置在控制器中，用于规划AGV小车行驶路径上的若干个定位点以及提供每个定位点的坐标信息；

检测轮模块，用于记录AGV小车的行驶状况并记录AGV小车当前的位置坐标，并且能够判断AGV小车的转向方向、圆点和半径；

车体偏差调整控制模块，用于检测判断AGV小车是否到达定位点以及位姿是否正确；

控制器，用于对路径规划模块、检测轮模块和车体偏差调整控制模块提供的数据信息进行处理，并将驱动信号送入轮毂电机，使得AGV小车实现直线行驶或差速转向。

2.根据权利要求1所述的采用轮毂电机驱动的AGV小车，其特征在于：所述驱动轮为两个，对称设置于AGV小车的前方底部。

3.根据权利要求2所述的采用轮毂电机驱动的AGV小车，其特征在于：所述检测轮模块包括从动轮和编码器，每个驱动轮安装一个从动轮，每个从动轮上设置一个编码器；编码器能根据两个从动轮的差速判断AGV小车的转向方向、圆点和半径。

4.根据权利要求1所述的采用轮毂电机驱动的AGV小车，其特征在于：所述车体偏差调整控制模块为设置于AGV小车底盘前方中轴线两侧的霍尔传感器。

5.根据权利要求1所述的采用轮毂电机驱动的AGV小车，其特征在于：还包括对称设置于AGV小车后方底部的万向轮。

6.根据权利要求1所述的采用轮毂电机驱动的AGV小车，其特征在于：还包括设置于AGV小车四周的红外传感器。