CN206985001U

CN206985001U - 一种物流机器人

Info

Publication number: CN206985001U
Application number: CN201720622430.6U
Authority: CN
Inventors: 苏庆华; 姚杰; 李园园; 董婷婷; 李俊韬
Original assignee: Beijing Wuzi University
Current assignee: Beijing Wuzi University
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2017-05-31
Publication date: 2018-02-09
Anticipated expiration: 2027-05-31

Abstract

本实用新型实施例提供一种物流机器人，所述物流机器人包括：磁尺传感器，设置于所述物流机器人底部，与中央处理器相连，用于采集地面上地标磁钉的位置信息，以便调节所述物流机器人的左右轮转速，从而控制所述物流机器人横偏。上述技术方案提高了物流机器人磁导引的精度。

Description

一种物流机器人

技术领域

本实用新型涉及物流机器人技术领域，尤其涉及一种物流机器人。

背景技术

磁导引AGV是指在工作场地装备有磁钉导引系统装置，能够准确的沿着预先铺设磁钉的导引路径行驶，具有安全保护及各种移载功能的运输车，属于搬运机器人。基于磁钉AGV是通过车载磁尺传感器获取地面磁钉地标信息导引AGV沿预定轨迹行驶，同时在行驶过程中利用编码器和陀螺仪采集的数据对AGV姿态进行动态调整，虽然目前磁导引具有一定程度的应用，但磁导引AGV在行驶过程中存在横偏，对横偏控制仍是磁导引AGV 的一个难题。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种物流机器人，以提高物流机器人磁导引的精度。

一方面，本实用新型实施例提供了一种物流机器人，所述物流机器人包括：磁尺传感器，设置于所述物流机器人底部，与中央处理器相连，用于采集地面上地标磁钉的位置信息，以便调节所述物流机器人的左右轮转速，从而控制所述物流机器人横偏。

上述技术方案具有如下有益效果：1、采用了高精度磁尺传感器，精度高；2、采用结合磁钉路线实现AGV行驶偏差信息处理，处理方法简单、准确。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一种物流机器人结构示意图；

图2为本实用新型实施例一种物流机器人横偏控制方法流程图；

图3为本实用新型应用实例AGV横偏控制方法的磁导引系统原理架构图；

图4为本实用新型应用实例AGV横偏控制系统的实施例总体流程图；

图5为本实用新型应用实例AGV横偏控制装置的实施例结构示意图；

图6为本实用新型应用实例AGV横偏控制方法的实施例模块示意图；

图7为本实用新型应用实例AGV初始化示意图；

图8为本实用新型应用实例AGV航向角示意图；

图9为本实用新型应用实例AGV运动模型示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，为本实用新型实施例一种物流机器人结构示意图，所述物流机器人包括：磁尺传感器21，设置于所述物流机器人20底部，与中央处理器(图2未示出，位于物流机器人20内部)相连，用于采集地面上地标磁钉的位置信息，以便调节所述物流机器人 20的左右轮23转速，从而控制所述物流机器人20横偏。

优选地，所述物流机器人20包括自动导引运输车AGV。

优选地，所述磁尺传感器21位于所述物流机器人20的左右轮23中间位置。

优选地，所述中央处理器设置于所述物流机器人20内部。

优选地，所述物流机器人20还包括：左电机驱动装置，设置于所述物流机器人的左轮；右电机驱动装置，设置于所述物流机器人的右轮。

对应于上述方法实施例，如图2所示，为本实用新型实施例一种物流机器人横偏控制方法流程图，所述方法包括：

101、在磁引导起始点进行物流机器人位置初始化；

102、当所述物流机器人工作时，利用磁尺传感器判断所述物流机器人是否到达地标点；

103、若判定所述物流机器人到达地标点，所述磁尺传感器经过磁钉时，通过所述磁尺传感器中多感应点感应当前磁钉处的磁场强度，输出当前磁钉处距离所述物流机器人中心处的横偏距离，根据当前磁钉处横偏距离和上一颗磁钉处的横偏距离，结合已知的磁钉位置和磁钉间距离，运算出当前所述物流机器人的航向角；

104、根据当前所述物流机器人的航向角和速度，通过比例-积分-导数PID控制调节所述物流机器人的左右轮转速，从而控制所述物流机器人横偏。

优选地，所述物流机器人包括自动导引运输车AGV。

优选地，所述在磁引导起始点进行物流机器人位置初始化，具体包括：在AGV磁引导起始点检测磁钉地标及起始位置误差，并矫正AGV航向偏差。

优选地，当所述AGV工作时，利用磁尺传感器通过检测所述AGV的行驶距离与地标点之间距离D作比较，或通过检测所述AGV是否采集到磁钉信息，以判断所述物流机器人是否到达地标点。

优选地，所述根据当前所述物流机器人的航向角和速度，通过比例-积分-导数PID控制调节所述物流机器人的左右轮转速，从而控制所述物流机器人横偏，包括：通过速度PID 和角度PID两个PID线性相加控制调整所述AGV左右轮电机输入电压：速度PID是通过所述AGV当前左右轮转速差和设定所述AGV目标速度为控制输入，通过速度PID控制，输出所述AGV速度左右轮电机输入电压值；角度PID是通过所述AGV当前角度偏差为控制输入，通过角度PID控制，输出所述AGV角度左右轮电机输入电压值；通过将所述AGV 速度左右轮电机输入电压值与所述AGV角度左右轮电机输入电压值线性相加后得出最终所述AGV左右轮电机输入电压调整值，控制AGV的行走，从而控制所述物流机器人横偏。

本实用新型实施例上述技术方案具有如下有益效果：1、采用了高精度磁尺传感器，精度高；2、采用结合磁钉路线实现AGV行驶偏差信息处理，处理方法简单、准确；3、采用PID控制实现AGV横偏控制，采用简单的模块，易于实现。

以下通过应用实例通过物流机器人为自动导引运输车AGV对本实用新型实施例进行详细说明：

AGV行驶横偏控制涉及信号与系统理论、导引理论、控制原理等理论，是通过控制车轮转速和方向的控制技术，是通过对AGV的两个驱动轮的速度进行的一种控制，结合磁钉地标，实现AGV的横偏控制的优势是横偏控制量精度高，并且磁导引AGV横偏控制装置简单，易于实现，本实用新型能提供一种基于磁导引AGV横偏控制方法及装置。

本实用新型应用实例提供了一种AGV横偏控制方法及装置，可以结合既定磁钉地标路线对横偏误差进行采集，处理，并实时控制AGV横偏，具有简单和实时性好的优势，其实施的过程中主要步骤如图1，磁导引系统原理架构如图3，具体的详细流程图如图4，该方法在实施的过程中所涉及到的结构如图5，包括：AGV 1、位姿信息采集单元2、转速信息采集单元3、AGV横偏控制装置4、磁钉地标6、磁钉地标信息采集单元7，该方法在具体实施过程中所涉及到的AGV横偏控制装置4，其结构如图6，主要包括：通信模块 8、息采集处理模块9、电机驱动模块10、中央处理模块11、电源管理模块12。通过在起始点AGV进行位置的初始化；在行驶路径上首先判断AGV是否到达地标点；若AGV 获取到磁钉信息，则可直接获得AGV当前的横向偏差，通过当前磁钉位置偏差和上一个磁钉的位置偏差运算得到前AGV航向角度，得到AGV的角度偏差；若AGV未到达地标点，即没有获取到磁钉信息，则AGV通过码盘数据和陀螺仪数据计算AGV当前航向角和横向偏差，并以此计算AGV的角度偏差；通过PID控制调节AGV左右轮转速，动态调整 AGV行驶的航向和横向偏差；至此一个调整周期结束，重新进入下一调整过程。对本专利提出的方法具体实施方式描述如下:

AGV 1在启动后，首先进行的步骤一，即AGV位置初始化，可参考AGV初始化示意图图4；

AGV 1在起始地标点通过地标信息采集单元7检测起始点磁钉是否存在，若为否，则初始化失败；若为是，检测到磁钉，地标信息采集单元7通过磁尺传感器输出AGV当前磁钉处横向偏差；判断AGV航向偏差是否在下一个地标磁钉误差允许范围内，即如图7 所示，判断下一个地标磁钉是否在磁尺传感器左右可读边界内，若为否，则原地调整AGV 航向至误差允许范围内；若为是，则初始化成功。

AGV 1初始化完成之后，通过通信模块8接收上位机指令沿预定路径行驶，在行驶过程中，首先判断AGV 1是否到达磁钉点；即执行步骤二；

AGV在行驶过程中的状态有两个：

(1)AGV并未到达某一地标点，而是在地标点之间的路径上行驶；

(2)AGV到达某一个地标点，即磁钉点。

其判断AGV状态的条件有两个：

条件一：通过转速信息采集单元3获取AGV左右轮自上一个磁钉点后的累计脉冲数，进而计算AGV 1行驶的距离是否达到预定路线中下一个磁钉点之间的固定距离D；

行驶距离计算公式如下：

S_L，S_R分别为AGV左右轮行驶距离，Q_L，Q_R分别为AGV左右轮码盘累计脉冲数， Q为AGV轮子旋转一周码盘发出的固定脉冲数，R为AGV的轮径，S为AGV的行驶距离。

条件二：通过检测地标信息采集单元7是否有数据输出；

条件一与条件二是逻辑或的关系，即只要有一个条件为是，则认为AGV已经到达下一个磁钉点，处于状态二；在状态二判断完成之后，执行步骤三，地标信息采集单元7检测磁钉信息，通过地标信息采集单元7中磁尺传感器直接获取当前磁钉处AGV的横偏距离、并根据当前磁钉处横偏距离和上一颗磁钉处的横偏距离运算出当前AGV的航向角,规定AGV横向偏差和航向以右偏为正；

如图8中所示：

θ＝tan^-1d_i-d_i-1/D

其中，θ为当前磁钉处AGV的航向角，d_i为AGV当前d_i磁钉处的横偏距离，d_i-1为 AGV上一颗d_i-1磁钉处的横偏距离，D为磁钉点之间的固定距离。

在状态二时，通过地标信息采集单元7的数据输出判断是否采集到磁钉信息。若是，通过采集磁钉信息直接获取AGV的横向偏差，并根据当前磁钉处横偏距离和上一颗磁钉处的横偏距离运算出当前AGV的航向角，进而得到AGV的角度偏差，计算过程如上文；若否，则表明AGV处于状态一，AGV在地标点之间路径上行驶，通过转速信息采集单元 3采集AGV左右轮自上一个磁钉点后的行驶距离，计算AGV当前的航向偏差和横向偏差，进而计算AGV的角度偏差；其计算公式如下：

规定AGV横向偏差和航向以右偏为正；

参考图9中T2时刻：

其中，为通过码盘数据计算出的T1至T2时刻AGV航向变化量，L为AGV 左右轮之间距离，β_et2为通过码盘数据估计出的T2时刻AGV航向角，β_t1为T1时刻AGV 的航向角，β_gt2为T2时刻通过陀螺仪获取的AGV航向角，KF为卡尔曼滤波器，β_t2为通过对β_et2，β_gt2进行线性卡尔曼滤波估计得出的AGV航向的最优估计值。

参考图8，采用动态单点预瞄准的方法，AGV预瞄准下一个磁钉点，计算T2时刻 AGV角度偏差θ_t2：

其中，S_Lt2，S_Rt2分别为AGV左右轮从t1到t2时刻行驶的距离，S_i为AGV离开上一个磁钉点后第i个周期内行驶的距离。

执行步骤四，通过PID控制调节AGV左右轮转速，返回步骤二。假设当前AGV处于离开某一磁钉点后的第i个周期；采用PID控制通过速度PID和角度PID两个PID线性相加控制调整AGV左右轮电机输入电压；速度PID是通过AGV当前左右轮转速差和设定 AGV目标速度为控制输入，通过速度PID控制，输出AGV左右轮电机输入电压值；角度 PID是通过AGV当前角度偏差为控制输入，通过角度PID控制，输出AGV左右轮电机输入电压调整量；通过将所述速度PID与所述角度PID输出的AGV左右轮电机输入电压调整量线性相加后得出最终AGV左右轮电机输入电压调整量，控制AGV的行走。

详细计算过程如下：

速度PID公式：

角度PID公式：

其中：V_Lti为ti时刻AGV左轮速度，S_Lti为ti时刻与上一时刻间左轮行驶的距离，V_Rti为ti时刻AGV右轮速度，S_Rti为ti时刻与上一时刻间右轮行驶的距离，V_ti为AGV 在ti时刻的速度，V_set为上位机发送指令给AGV设定的速度，为AGV在ti时刻设定的速度与当前速度的差值，Vol_vti为速度PID在ti时刻输出的AGV左右轮电机调整电压值，K_v，I_v，D_v分别为速度PID中的比例系数，积分系数，微分系数，Vol_θti为角度 PID在ti时刻输出的AGV左右轮电机调整电压值，Vol_Lti，Vol_Rti分别为AGV在ti时刻左右轮电机最终的输入电压值。

AGV电机电压确定后AGV的姿态和横偏得到调整，继续返回执行上述步骤二，循环此过程，在AGV行驶过程中运用磁导引系统结合PID控制调节的方法动态调整AGV的姿态及横向偏差。

上述技术方案具有如下有益效果：1、采用了高精度磁尺传感器，精度高；2、采用结合磁钉路线实现AGV行驶偏差信息处理，处理方法简单、准确；3、采用PID控制实现 AGV横偏控制，采用简单的模块，易于实现。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本实用新型处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本实用新型单独的优选实施方案。

为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本实用新型，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

本领域技术人员还可以了解到本实用新型实施例列出的各种说明性逻辑块(illustrative logical block)，单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性(interchangeability)，上述的各种说明性部件(illustrative components)，单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本实用新型实施例保护的范围。

本实用新型实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。

在一个或多个示例性的设计中，本实用新型实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片(disk)和磁盘(disc)包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种物流机器人，其特征在于，所述物流机器人包括：磁尺传感器，设置于所述物流机器人底部，与中央处理器相连，用于采集地面上地标磁钉的位置信息，以便调节所述物流机器人的左右轮转速，从而控制所述物流机器人横偏。

2.如权利要求1所述物流机器人，其特征在于，所述物流机器人包括自动导引运输车AGV。

3.如权利要求1所述物流机器人，其特征在于，

所述磁尺传感器位于所述物流机器人的左右轮中间位置。

4.如权利要求3所述物流机器人，其特征在于，

所述中央处理器设置于所述物流机器人内部。

5.如权利要求3所述物流机器人，其特征在于，所述物流机器人还包括：

左电机驱动装置，设置于所述物流机器人的左轮；

右电机驱动装置，设置于所述物流机器人的右轮。