CN207164584U - 用于agv小车的全自动无人运行系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于AGV小车的全自动无人运行系统。该用于AGV小车的全自动无人运行系统包括：循迹机构，包括电流信号发射装置、产生电磁场的线路引导装置以及测量所述电磁场强度的第一磁场传感器；定点停车机构，包括横向铺设于所述线路引导装置上的永磁装置和检测所述永磁装置磁性第二磁场传感器；避障机构，包括设于车体上的超声波传感器和/或红外传感器；驱动机构，包括车载电源、驱动车轮转动的电机和控制所述电机转速的驱动器；自动充电机构，包括电压检测装置、电极板以及设于充电处的可伸缩导电装置；监控机构，包括摄像头、微型电脑和远程终端设备。

Description

用于AGV小车的全自动无人运行系统

技术领域

本实用新型涉及农田灌溉技术领域，具体而言，涉及一种用于AGV小车的全自动无人运行系统。

背景技术

AGV(Automatic Guided Vehicle)是一种自动化无人驾驶的智能搬运设备，属于移动式机器人系统，可以按照监控系统下达的指令，根据预先设定的程序，依照车载传感器确定的位置信息，沿着规定的行驶路线和停靠位置自动驾驶。AGV具有灵活性、智能化等显著特点，可以方便地重组系统，达到生产过程的柔性化运输。现在中国是全球最大的AGV小车等工业机器人需求市场，IFR 2015年2月发布的《2014年世界机器人统计数据报告》预测2017年中国的机器人总量将由现有的16.2万增加到42.8万，届时中国将成为世界工业机器人第一使用大国。

而AGV小车的成本平均在7万元到9万元，主要用于工厂方面，对于民用尚有一段距离，因此，设计研发低成本并具有较全功能的AGV小车具有良好的发展趋势。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供用于AGV小车的全自动无人运行系统，以解决现有技术中存在的成本高和功能不全面的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种用于AGV小车的全自动无人运行系统。该用于AGV小车的全自动无人运行系统包括：

循迹机构，包括电流信号发射装置、产生电磁场的线路引导装置以及测量所述电磁场强度的第一磁场传感器；

定点停车机构，包括横向铺设于所述线路引导装置上的永磁装置和检测所述永磁装置磁性第二磁场传感器；

避障机构，包括设于车体上的超声波传感器和/或红外传感器；

驱动机构，包括车载电源、驱动车轮转动的电机和控制所述电机转速的驱动器；

自动充电机构，包括电压检测装置、电极板以及设于充电处的可伸缩导电装置；

监控机构，包括摄像头、微型电脑和远程终端设备。

本实用新型的用于AGV小车的全自动无人运行系统的循迹机构采用电磁引导，循迹更为准确，同时配合有避障机构、监控机构和自动充电机构，可能实现全自动无人运行，节约人力资源。车体结构紧凑，各机构与AGV小车车体采用可拆卸的连接方式，便于拆装和维护。功能全面，在传统AGV小车的基础上，不仅简化了结构，还增加了功能，如自动充电功能和定点停车功能，使AGV小车的功能更多元化。

进一步地，所述车体包括隔板，所述隔板包括由上至下分布的多孔状的第一隔板和第二隔板；所述第二磁场传感器位于所述第二隔板的下表面；所述电极板设于所述第一隔板和/或第二隔板的侧面；所述第一磁场传感器设于所述第二隔板前方。由此，使第一磁场传感器和第二磁场传感器的检测结果更为准确，自动充电更加方便，多孔状的隔板不仅便于各个机构的固定，还可以供导线穿行，进一步缩小AGV小车的体积，有助于降低成本。此外，优选使所述摄像头和微型电脑位于第一隔板的上表面，使所述车载电源位于第二隔板的下表面，使所述驱动器位于所述第二隔板的上表面，由此，使结构更加紧凑。

进一步，还包括：

第一连接组件，包括L型连接板，所述L型连接板一端与所述摄像头或电极板采用螺栓组件连接，另一端与所述第一隔板或第二隔板采用所述螺栓组件连接；

第二连接组件，包括两端具有螺纹的第一杆体以及与所述螺纹匹配的螺母，所述第一杆体一端与所述驱动器或微型电脑采用所述螺母连接，另一端与所述第一隔板或第二隔板采用所述螺母连接；

第三连接组件，包括与所述线路引导装置垂直的横向板以及连接所述横向板和第二隔板的纵向板，所述纵向板与所述第二隔板和横向板采用所述螺栓组件连接；

第四连接组件，包括一端具有螺纹的第二杆体以及与所述螺纹匹配的所述螺母，所述第二杆体一端与所述第二隔板采用所述螺母连接，另一端设有与所述第二磁场传感器匹配的支撑台；

由此，在保证结构紧凑的前提下达到连接紧固、便于拆卸的目的。优选地，在所述L型连接板与所述摄像头之间以及所述L型连接板与所述电极板之间设置波纤板。通过增设玻纤板，不仅可以达到废物利用的目的，而且采用金属材质的L型连接板可以使连接更稳固。

进一步地，还包括电阻模块，所述电阻模块与所述隔板之间采用所述第二连接组件连接。由此，提供电阻和分压。

进一步地，所述可伸缩导电装置包括剪式充电器和控制所述剪式充电器伸缩的伺服电机。由此，当需要充电时，使AGV小车行驶到指定位置，然后控制剪式充电器展开至与电极板接触，既可充电。优选在所述剪式充电器一端连接有适配器，以使充电更为稳定和快速。

进一步地，所述车轮包括一组驱动轮和一组万向轮，所述电机为两个且分别驱动所述两个驱动轮；由此，采用最低的电量即可实现驱动和转向。优选使所述万向轮与所述第二隔板之间采用所述第二连接组件连接。

进一步地，所述第一磁场传感器为工字电感；所述第二磁场传感器为霍尔传感器。优选在横向板的两端各设置一个所述工字电感，以使检测结果更为准确。由此，测试效果好且成本低。

进一步地，所述微型电脑为树莓派微型电脑；由此，监控效果更好。

可见，本实用新型的用于AGV小车的全自动无人运行系统简单且紧凑，功能全面且稳定，AGV小车成本大大缩减，可大规模使用。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来辅助对本实用新型的理解，附图中所提供的内容及其在本实用新型中有关的说明可用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型用于AGV小车的全自动无人运行系统的结构示意图。

图2为本实用新型用于AGV小车的全自动无人运行系统中第一磁场传感器的结构示意图。

图3为本实用新型用于AGV小车的全自动无人运行系统中电极板的结构示意图。

图4为本实用新型用于AGV小车的全自动无人运行系统中剪式充电器的结构示意图。

上述附图中的有关标记为：

1：第一磁场传感器；

2：第二磁场传感器；

3：车载电源；

4：驱动器；

5：电极板；

6：第一控制器；

7：摄像头；

8：微型电脑；

9：L型连接板；

10：第一杆体；

11：第二杆体；

12：支撑台；

13：第一隔板；

14：第二隔板；

15：驱动轮；

16：万向轮；

17：电阻模块；

18：横向板；

19：纵向板；

20：玻纤板；

21：接线端子；

22：电压转换模块；

23：第一活动杆；

24：第二活动杆；

25：第三活动杆；

26：第四活动杆；

27：弹簧。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。在结合附图对本实用新型进行说明前，需要特别指出的是：

本实用新型中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本实用新型的实施例通常仅是本实用新型一分部的实施例，而不是全部的实施例。因此，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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

关于本实用新型中术语和单位。本实用新型的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

如图1-3所示的用于AGV小车的全自动无人运行系统，包括循迹机构、定点停车机构、避障机构、驱动机构、自动充电机构和监控机构；所述AGV小车的车体包括隔板，所述隔板包括由上至下分布的多孔状的第一隔板13和第二隔板14。

所述循迹机构包括电流信号发射装置、产生电磁场的线路引导装置以及测量所述电磁场强度的第一磁场传感器1；所述第一磁场传感器1为设于所述第二隔板14前方的工字电感；所述电流信号发射装置使得所述线路引导装置通电并产生电磁场，所述第一磁场传感器1根据检测到的电磁场的大小来沿着线路引导装置运行。

所述电流信号发射装置采用CMOS工艺的TL555芯片组成多谐振振荡器，用以产生交变的电流；所述线路引导装置为漆包线铺设的导轨，通入交变电流即可产生电磁场，产生的电磁场在工字电感上产生感应电动势；由于工字电感感应出的电压比较微小，为了ADC采样的需要，增设高速、单电源、轨至轨输出运放OPA2350构成同相比例放大电路，在感应信号较弱时有比较好的灵敏度。

所述第一磁场传感器1位于所述第二隔板14的前方；所述第一磁场传感器1与所述第二隔板14之间采用第三连接组件连接；所述第三连接组件包括与所述线路引导装置垂直的横向板18以及连接所述横向板18和第二隔板14的纵向板19，所述纵向板19与所述第二隔板14和横向板18采用螺栓组件连接；在横向板18的两端各设置一个所述第一磁场传感器1，相当于在所述线路引导装置的两侧各设置一个所述第一磁场传感器1，从而使检测结果更为准确。

所述定点停车机构包括横向铺设于所述线路引导装置上的永磁装置和检测所述永磁装置磁性第二磁场传感器2。

所述永磁装置为汝铁硼永磁体。

所述第二磁场传感器2为霍尔传感器，型号为A3144，其内部由正交霍尔电压发生器、小信号放大器、施密特触发器和开集极电路组成，SUPPLY接5V供电，OUTPUT为输出，当检测到大于阈值的磁场强度时，输出端被钳位到低电平。所述霍尔传感器的安装高度为距离地面5mm。

所述第二磁场传感器2位于所述第二隔板14的下方；所述第二磁场传感器2与所述第二隔板14之间采用第四连接组件连接；所述第四连接组件包括一端具有螺纹的第二杆体11以及与所述螺纹匹配的螺母，所述第二杆体11一端与所述第二隔板14采用所述螺母连接，另一端设有与所述第二磁场传感器2匹配的支撑台12，所述第二磁场传感器2放置于所述支撑台12上。

所述避障机构包括设于车体上的超声波传感器；其中，在车体的前端、后端、左端和右端各设置有两个所述超声波传感器。

所述驱动机构包括车载电源3、驱动车轮转动的电机和控制所述电机转速的驱动器4；所述车轮包括一组驱动轮15和一组万向轮16，所述电机为两个且分别驱动所述两个驱动轮15，通过差速的方式实现转向。

所述电机为直流减速电机；所述驱动器4的型号为L298N，该芯片是一款双H桥电机驱动芯片，输入电压为5V-35V。

所述车载电源3位于所述第二隔板14的下表面；所述驱动器4位于所述第二隔板14的上表面。

所述自动充电机构包括电压检测装置、电极板5以及设于充电处的可伸缩导电装置；所述可伸缩导电装置包括剪式充电器和控制所述剪式充电器伸缩的伺服电机；所述剪式充电器一端连接有适配器。

所述电压检测装置的型号为LM339芯片，其内部集成了4个独立的电压比较器，通过设置电压参考值构成双限电压比较器；所述伺服电机的型号为Tower Pro MG995，供电电压为5V，其信号线接入频率为50Hz的PWM波，改变脉冲宽度可以调节伺服电机的转角。

所述电极板5设于所述第二隔板14的侧面。

如图4所示，所述剪式充电器包括第一活动杆23、第二活动杆24、第三活动杆25、第四活动杆26，其中，所述第一活动杆23的尾部与第三活动杆25头部铰接，所述第二活动杆24的尾部与第四活动杆26头部铰接，所述第一活动杆23中部与第二活动杆24的中部铰接，所述第三活动杆25中部与第四活动杆26的中部铰接；所述第三活动杆25尾部与第四活动杆26尾部设有弹簧27；当伺服电机控制第一活动杆23头部和第二活动杆24头部相向运动时，所述剪式充电器展开，所述弹簧27与电极板5接触，当伺服电机控制第一活动杆23头部和第二活动杆24头部相互远离时，所述剪式充电器收缩，所述弹簧27与电极板5分离。

所述监控机构包括摄像头7、微型电脑8和远程终端设备；所述微型电脑8为树莓派微型电脑；所述微型电脑8和所述远程终端设备采用无线网络通信。

所述树莓派(Raspberry Pi)微型电脑是一款基于Linux的单板机电脑，它由英国的树莓派基金会所开发，成本低廉，性能强大，本实施例采用树莓派2B型电脑，其CPU型号为Broadcom BCM2836，基于ARM Cortex-A7架构，4核心设计，单核频率900MHz，其内建了USB、以太网口和HDMI接口，可以方便地和计算机外设进行连接和组建联网系统。

所述摄像头使用型号为Omnivision 5647的500万像素摄像头，最高支持1080p分辨率每秒30帧视频输出，并使用15Pin排线与树莓派微型电脑的CAMERA接口进行连接。

所述摄像头7位于所述第一隔板13的上方；所述微型电脑8位于所述第一隔板13的上表面。

所述摄像头7采用第一连接组件与所述第一隔板13连接；所述电极板5采用第一连接组件与所述第二隔板14连接；所述第一连接组件包括L型连接板9，所述L型连接板9一端与所述摄像头7或电极板5采用螺栓组件连接，另一端与所述第一隔板13或第二隔板14也采用所述螺栓组件连接；所述L型连接板9与所述摄像头7之间以及所述L型连接板9与所述电极板5之间设有波纤板20。

还包括电阻模块17，所述电阻模块17位于所述第二隔板14的上表面。

所述电阻模块17、万向轮16、驱动器4和微型电脑8均采用第一连接组件与所述车体连接，所述第一隔板13和第二隔板14也采用所述第一连接组件相互连接；所述第二连接组件包括两端具有螺纹的第一杆体10以及与所述螺纹匹配的螺母，所述第一杆体10一端与所述电阻模块17、万向轮16、驱动器4和微型电脑8采用所述螺母连接，另一端与所述第一隔板13或第二隔板14也采用所述螺母连接。

所述第一隔板13上还设有电压转换模块22，用于提供合适电压的电量。

车体上设有LED闪灯和蜂鸣器，即可用以当检测到障碍物时提醒工作人员清除障碍物。

还包括控制所述驱动器4的第一控制器6，所述驱动器4采用增量式霍尔正交编码器对电机进行测速并将测试所得数据传输给第一控制器6；所述第二隔板14上还设有接线端子21，用于第一控制器6往外接线。

所述第一控制器6位于第二隔板14的上表面并通过所述第二连接组件与所述第二隔板14连接；还包括控制所述伺服电机的第二控制器，所述第一控制器6与第二控制器采用无线收发器进行通信以实现自动充电；自动充电过程如下：当电压检测装置检测到车载电源3的电量不足时，所述第一控制器6将充电指令通过所述无线收发器发送给第二控制器，同时，所述第一控制器6控制AGV小车行驶至充电位置，然后第二控制器控制所述伺服电机驱动所述剪式充电器展开至与所述电极板5接触，即可进行充电。

所述无线收发器选用Nordic半导体推出的nRF24L01+单芯无线收发器，其工作在2.4GHz全球通用ISM频段，最高通信速率可达2Mbps，通信链路层在片内集成，内置自动重发和硬件CRC，模块小巧易用，极大地降低了开发成本。

所述第一控制器6和第二控制器均采用STM32F系列控制器，这类控制器具有3个高达2.4MSPS采样速率的12位逐次比较型ADC，这里使用其中的一个ADC外设，配置为2个输入通道，并开启连续转换模式，同时配置ADC转换完成后触发DMA数据传输，在DMA传输完成后触发中断，进行采用数据的平均值滤波处理，之后数据就绪标志位被置位，在主循环中不断查询该标志位，一旦转换完成，即进行一次PID计算，并改变控制输出。使用DMA外设将ADC转换完成的数据搬运到内存中，使得数据传输过程中CPU依然可以继续进行其他工作，为CPU减负，做到了采样过程中最少的CPU参与，提高了程序的运行效率。由于通过差速的方式实现转向，需要精确控制电机的转速来保证转弯的可靠和稳定，因此使用STM32F446RE系列控制器对电机的转速进行控制。

上述各部件协同作用，不仅使AGV小车的功能全面，而且在很大程度上降低了AGV小车的成本，价格低至2000元，有望大规模使用。整个AGV小车的长度为35cm，宽度为19cm，高度为17cm，质量仅为10.15㎏，速度可达1.3m/s，结构紧凑，质轻且使用方便。

以上对本实用新型的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。基于本实用新型的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

Claims (9)

1.用于AGV小车的全自动无人运行系统，其特征在于：包括：

循迹机构，包括电流信号发射装置、产生电磁场的线路引导装置以及测量所述电磁场强度的第一磁场传感器(1)；

定点停车机构，包括横向铺设于所述线路引导装置上的永磁装置和检测所述永磁装置磁性第二磁场传感器(2)；

避障机构，包括设于车体上的超声波传感器和/或红外传感器；

驱动机构，包括车载电源(3)、驱动车轮转动的电机和控制所述电机转速的驱动器(4)；

自动充电机构，包括电压检测装置、电极板(5)以及设于充电处的可伸缩导电装置；

监控机构，包括摄像头(7)、微型电脑(8)和远程终端设备。

2.如权利要求1所述的用于AGV小车的全自动无人运行系统，其特征在于：所述车体包括隔板，所述隔板包括由上至下分布的多孔状的第一隔板(13)和第二隔板(14)；所述第二磁场传感器(2)位于所述第二隔板(14)的下表面；所述电极板(5)设于所述第一隔板(13)和/或第二隔板(14)的侧面；所述第一磁场传感器(1)设于所述第二隔板(14)前方。

3.如权利要求2所述的用于AGV小车的全自动无人运行系统，其特征在于：还包括第一连接组件，所述第一连接组件包括L型连接板(9)，所述L型连接板(9)一端与所述摄像头(7)或电极板(5)采用螺栓组件连接，另一端与所述第一隔板(13)或第二隔板(14)采用所述螺栓组件连接。

4.如权利要求2所述的用于AGV小车的全自动无人运行系统，其特征在于：还包括第二连接组件，所述第二连接组件包括两端具有螺纹的第一杆体(10)以及与所述螺纹匹配的螺母，所述第一杆体(10)一端与所述驱动器(4)或微型电脑(8)采用所述螺母连接，另一端与所述第一隔板(13)或第二隔板(14)采用所述螺母连接。

5.如权利要求2所述的用于AGV小车的全自动无人运行系统，其特征在于：还包括第三连接组件，所述第三连接组件包括与所述线路引导装置垂直的横向板(18)以及连接所述横向板(18)和第二隔板(14)的纵向板(19)，所述纵向板(19)与所述第二隔板(14)和横向板(18)采用螺栓组件连接。

6.如权利要求2所述的用于AGV小车的全自动无人运行系统，其特征在于：还包括第四连接组件，所述第四连接组件包括一端具有螺纹的第二杆体(11)以及与所述螺纹匹配的螺母，所述第二杆体(11)一端与所述第二隔板(14)采用所述螺母连接，另一端设有与所述第二磁场传感器(2)匹配的支撑台(12)。

7.如权利要求1所述的用于AGV小车的全自动无人运行系统，其特征在于：所述可伸缩导电装置包括剪式充电器和控制所述剪式充电器伸缩的伺服电机。

8.如权利要求1所述的用于AGV小车的全自动无人运行系统，其特征在于：所述车轮包括一组驱动轮(15)和一组万向轮(16)，所述电机为两个且分别驱动所述两个驱动轮(15)。

9.如权利要求1所述的用于AGV小车的全自动无人运行系统，其特征在于：所述第一磁场传感器(1)为工字电感；所述第二磁场传感器(2)为霍尔传感器；所述微型电脑(8)为树莓派微型电脑。