CN209813974U - 一种工业车辆的跟随系统 - Google Patents

Abstract

一种工业车辆的跟随系统，包括主控制器，其与车辆控制系统相连，其特征在于：还包括UWB基站、UWB标签和扫描模块；该UWB标签用于发送UWB信号；该UWB基站用于检测UWB信号得到角度和距离信息；该扫描模块用于实时检测障碍物信息；该主控制器与UWB基站和扫描模块相连以用于控制车辆跟随动作及调整车辆速度。本实用新型采用了定向基站，能够360度全向识别角度、易于布置。

Description

一种工业车辆的跟随系统

技术领域

本实用新型涉及车辆跟随领域，特别是一种工业车辆的跟随系统。

背景技术

现有的自动跟随方案主要的运用技术有：超声波，红外技术，蓝牙技术，3D摄像以及激光技术等。其中超声波技术需要至少3～4个信号接收模块，根据特定的距离位置布置安装，通过定位模块发射信号到接收模块，用于计算定位模块的位置，硬件结构复杂、安装不便、成本高。

红外线自动跟随技术，包括跟随装置和被跟随装置；被跟随装置的红外发射模块实时与跟随装置的接收模块进行信号发射与接收，确保跟随方向与距离，同时跟随装置的红外模块来检测障碍情况，实现避障功能。存在局限：易受物体阻隔，测量距离短。如专利：CN 10612532A《一种基于红外线的自动避障跟随方法及系统》。

蓝牙自动跟随系统需要3个蓝牙接收模块布置在车体同一平面一定间距的位置，控制器通过蓝牙接收模块3组蓝牙广播信号，用于计算得出目标源的位置信息，从而实现跟随。安装方式受限、系统耗电大，稳定性差。如专利：CN104540093A《基于蓝牙无线技术的定向恒距型跟随系统》。

现有UWB技术用于自动跟随系统，采用的是非定向标签，单个基站无法实现角度定位，往往需要3个或3个以上的基站，而且按照特定的距离位置布置。这种方式对布置有特别要求，安装难度大。

另外，需要将各个功能模块嵌入至车辆中，包括有基站或发射器、传感器、激光扫描器等，通常各个模块分别固定于车辆不同位置，由于车型不同，自动跟随方案的电气件布置难以利用现有车身的结构实现安装，即安装不便，位置不能调整，不够灵活。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种采用了定向基站，安装方法简单，且易于布置的工业车辆的跟随系统。

本实用新型采用如下技术方案：

一种工业车辆的跟随系统，包括主控制器，其与车辆控制系统相连，其特征在于：还包括UWB基站、UWB标签和扫描模块；该UWB标签用于发送UWB信号；该UWB基站用于检测UWB信号得到角度和距离信息；该扫描模块用于实时检测障碍物信息；该主控制器与UWB基站和扫描模块相连，用于根据角度、距离信息控制车辆跟随动作，及根据障碍物信息调整车辆速度。

还包括测距模块，该测距模块用于实时检测车辆的边界距离信息；所述主控制器与该测距模块相连以根据边界距离信息控制车辆方向。

还包括有急停按钮和跟随启停开关，该跟随启停开关和急停按钮与所述主控制器相连。

还包括有状态指示灯和报警模块，该状态指示灯和报警模块与所述主控制器相连。

所述车辆控制系统包括刹车控制模块、行驶/提升控制模块和转向控制模块。

还包括安装架，该安装架可拆卸地固定于车体上，所述UWB基站安装于该安装架上。

所述安装架包括横梁和两立柱，该两立柱连接于横梁两端且均与车体相对固定，所述UWB基站固定于该横梁上。

还包括旋转机构，该旋转机构设有固定部和旋转部，该固定部与所述UWB基站相对固定，该旋转部与固定部为可转动连接；所述扫描模块安装于该固定部上。

还包括滑动机构，其包括导轨、滑座和锁定件，该导轨固定于所述UWB基站一侧，该滑座与导轨为滑动配合，所述测距模块安装于该滑座上，该锁定件一端插入滑座以锁定或解锁滑座。

由上述对本实用新型的描述可知，与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型系统，采用单一的UWB基站就可实现位置检测，且结合扫描模块，充分保护的行人在跟随过程的安全性，遇到障碍物车辆也自动停止，避免碰撞，安装布局简单、方便。

2、本实用新型系统，采用测距模块实时检测车辆的边界距离信息，以作为控制车辆方向依据，用于保证车辆沿着巷道直线行驶，更为安全可靠。

3、本实用新型的系统，还包括有急停按钮、跟随启停开关、状态指示灯和报警模块，分别用于系统的紧急停止功能，激活或者取消自动跟随模式、及系统出现错误或者出现不安全状态的声音提示，给工作人员或者行人提示，传递该车辆状态的信息。

5、本实用新型的系统，利用UWB技术，无载波，系统较为简单；超宽带波，数据传播速率快；段脉冲，时间分辨率高，功耗低。采用了定向基站，能够360度全向识别角度，且易于布置。

6、本实用新型的系统，适用于大部分工业车辆，例如电动托盘搬运车，额定载重量为2.0吨，采用电动驱动，全电子转向。

7、本实用新型设置有安装架、旋转机构和滑动机构，跟随装置的相关部件可根据需要合理布设，采用轻量化设计，总体重量不到4.5KG，同时采用组合可拆卸式，在运输和装配过程都极为便捷；整体结构简单、灵活。

8、本实用新型的安装架，为可拆卸式，加工容易，组合式结构，运输方便；左右对称，装配简单；采用标准薄壁方管，既可以隐藏线路，又轻便；采用弧形设计，外观精简又不失美观；将UWB基站固定于安装架上，位于横梁的中间位置，处于接受信号位置最佳，且其电源线和信号线通过过线孔穿过，在方管内部布线，不外露，电气系统布局便捷、整体外观完美、系统安全隐患低。

9、本实用新型的旋转机构设置成活页机构，可实现前后180°旋转的角度调节，范围广，安装及调整便捷。

10、本实用新型的结构结合人机工程学，开关位置布局合理，左右对称，操作方便；所有的电气部件的线束都走方管内腔，不裸露，更加安全，外观与整车融合性更佳。

附图说明

图1为本实用新型系统模块图；

图2为UWB标签与UWB基站之间的距离示意图；

图3为同一直线上的距离分量示意图；

图4为扫描模块的检测区域示意图；

图5为图4的俯视图；

图6为测距模块的边界距离示意图；

图7为本实用新型安装图；

图8为本实用新型主视图；

图9为信号处理控制器的安装图；

图10为安装架立体图；

图11为安装架安装示意图；

图12为旋转机构立体图；

图13为旋转机构安装示意图；

图14为滑动机构安装示意图；

图15为滑动机构立体图；

图16为滑动机构俯视图；

其中：1、UWB标签，2、UWB基站，3、扫描模块，4、测距模块，5、跟随启停开关，6、状态指示灯，7、报警模块，8、急停按钮，8a、防撞开关，9、主控制器，10、安装架，11、横梁，12、立柱，13、过线孔，14、固定板，15、折弯部，16、长孔，20、固定部，21、底板，22、侧板，23、滑动槽，30、旋转部，31、旋转销，40、导轨，50、滑座，51、锁定件，60、刹车控制模块，61、转向控制器，62、行驶/提升控制器，63、提升电机，64、行驶电机，65、转向电机，70、车体。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本实用新型作进一步的描述。

车辆的控制系统通常包括有刹车控制模块60、行驶/提升控制模块和转向控制模块等。该行驶/提升控制模块设有行驶/提升控制器62、行驶电机64和提升电机63，该行驶/提升控制器62用于控制行驶电机64和提升电机63。该刹车控制模块60用于实现行驶电机64的抱闸控制。该转向控制模块设有转向控制器61和转向电机65，通过转向控制器61控制转向电机65实现转向控制。在手动驾驶模式下，驾驶员可以通过车辆的常规操作实现对叉车行驶、转向、提升等功能的手动控制。

参照图1至图16，本实用新型一种工业车辆的跟随系统，与车辆的控制系统相连，包括主控制器9、UWB基站2、UWB标签1和扫描模块3等。该UWB标签1可佩戴于工作人员或贴设于车辆上，用于实时发送UWB信号，该UWB信号具体包括距离信息，角度信息，电池电量信息，车辆启动信息，标签代码信息等。该UWB标签1还可内置控制按键，提示功能等，该控制按键用于控制车辆跟随功能的启停，该提示功能包括低电量的声光提示。

该UWB基站2用于实时接收UWB信息，得到角度和距离信息等，其为UWB基站2和UWB标签1的点到点之间的角度θ和距离D，参见图2、图3。该UWB基站2安装于车辆上，将以固定的扫描周期实时测量UWB标签1的所在位置的距离和角度信息，并以有线通讯的方式(如CAN/RS485/RS232/以太网)实时传送给主控制器9。该UWB基站2可其内置定向天线的芯片，能够精准实现前方120度范围的角度识别。采用单一的UWB基站2就可实现角度和距离的检测，同时算法和下端分析计算简单，此外，部件的整体布局便捷。

参见图6、图7，该扫描模块3用于实时检测是否有障碍物，通过以太网形式与主控制器9进行通讯，当检测到障碍物时，将障碍物信息发送至主控制器9，该障碍物信息至少包括障碍物的距离。扫描模块3可为2D激光扫描器，采用360度全向探测，能够测量障碍物的距离和角度信息。

具体的，本实用新型根据实际需要检测车辆前方180度的范围，2D激光扫描仪安装在车体上的框型支架，该激光传感器的底座为可调式，使得扫描范围为与车体成夹角的平面，通过调整夹角，实现激光扫描仪由近及远的可调范围。优选的，最小能捕捉到离地5cm高度的物体，扫描范围从车最前端到前方5m的范围。这样的优势在于充分保护的行人在跟随过程的安全性，遇到障碍物车辆也自动停止，避免碰撞。

该主控制器9与UWB基站2、扫描模块3及车辆控制系统相连。当启动自动跟随模式时，该主控制器9根据角度θ、距离分量控制车辆跟随动作，其该距离分量为距离信息处理得到UWB标签与UWB基站在同一水平面的直线距离d，再根据角度得出在前进方向直线上的距离分量dx。主控制器9也可直接根据角度和距离信息控制车辆跟随动作，其控制方法不唯一，也可采用已有的方式。

主控制器还可判断障碍物的距离是否进入设定范围内，若是，则控制车辆减速甚至停止跟随，避免碰撞发生。在实际应用中，设定的范围包括有减速区、警戒区和安全区，在减速区时才需要减速或停止跟随。

本实用新型还包括测距模块4，用于实时检测车辆的边界距离信息。该测距模块4可采用激光传感器或其它距离检测结构，其与主控制器9之间采用模拟量信号通讯方式。采用该点到点激光测距传感器主要用于测量车辆到巷道边侧的距离，用于保证车辆沿着巷道直线行驶。具体的，激光传感器采用的点状光束，且无需安装任何的反光板，只需要反射参照物，如货架衡梁或墙壁即可。具体的，激光传感器安装在车体支架的边侧，同时高度可调。这样的优势在于：能够根据不同的客户工况，实现测量功能。

在自动跟随模式下，主控制器9根据边界距离信息进行判断，当测出车辆到边界的距离小于预设值时，主控制器9控制车辆减速，同时朝相反方向调整转向角度，直至距离与预设值相等。同理，如果测出的边界距离大于预设值时，就朝另一个方向调整转向角度，以避免车辆发生偏离行驶，沿着巷道作直线行驶，参见图8。调整转向角度过程中，可减速以确保安全。

本实用新型系统还包括有急停按钮8、跟随启停开关5、状态指示灯6、防撞开关8a和报警模块7等，其均与主控制器9相连。该急停开关用于系统的紧急停止功能，即紧急停止自动跟随模式。该跟随启停开关5用于激活或者取消自动跟随模式及指示。防撞开关8a安装于车体70后方底部。

该状态指示灯6用于显示整车的状态信息，该报警模块7用于当系统出现错误或者出现不安全状态的声音提示，可采用蜂鸣器等。其通过不同颜色的灯，以及不同的动作给工作人员或者行人提示，传递该车辆状态的信息，譬如实现手动模式，自动模式与故障模式等，提高自动跟随车的安全性。具体地为：

当车辆进入自动跟随模式，车辆行走动作时，黄灯闪烁；

当跟随模式激活，但车辆未动作时，黄灯常亮；

当车辆进入手动驾驶模式，自动跟随模式停止时，绿灯常亮；

当自动跟随模式出现故障，或者2D激光扫描前方出现障碍物停止时，红灯闪烁，且蜂鸣提示；

当UWB基站2绑定UWB标签1未成功，绿灯闪烁。

本实用新型的系统，还包括用于将上述跟随装置相关模块安装于车体70上的结构，包括安装架10、旋转机构和滑动机构等结构。

该安装架10用于安装UWB基站，其包括横梁11和两立柱12，该两立柱12连接于横梁11两端，呈“几”字形。该立柱12和横梁11可为一体成型或分体设置，若采用分体式，则立柱12与横梁11之间可通过折弯部15配合螺栓实现固定连接，本实用新型的安装架10可采用标准型的空心的方管加工而成，同时保证框架的外围尺寸不超出整车的外宽。

另外，横梁11上设有若干过线孔13，用于供连接线穿过，过线孔13的大小、位置和数量不唯一，可根据需要设计。安装架10内设有收线器(图中未示出)，方便连接线的收纳。UWB基站的电源线和信号线等可穿过横梁11的过线孔13，在方管内部布线，不外露。

安装架10还设有两固定板14，该两固定板14一端分别与两立柱12一端固定连接，另一端通过螺栓与车体70为可拆卸连接。该立柱12与固定板14连接处还可设置折弯部15，方便连接且可用于放置开关部件等。固定板14上设有长孔16，螺栓穿过长孔16与车体70的可拆卸固定连接，可方便调节安装架10的安装高度。

旋转机构用于安装扫描模块，该旋转机构安装于横梁11上，其包括有固定部20和旋转部30。该固定部20包括底板21和两侧板22，该底板21中部镂空，两侧板22位于底板21两侧且设有滑动槽23，该滑动槽23为弧形。该旋转部30为板状以方便固定相关模块，旋转部30两端与固定部20的侧部为可转动连接，且设有旋转销31，该旋转销31穿设于滑动槽23上，起到导向作用。该旋转销31可被锁紧或松开，当松开时，可操控旋转部30相对固定部20旋转，实现调节安装角度，当旋紧时，该旋转部30与固定部20保持相对固定。可以实现激光扫描仪从1.5m～6.0m的扫描范围，满足车辆自动跟随的工况需求。

滑动机构用于安装测距模块，该滑动机构安装于其中一立柱12上，包括导轨40和滑座50，该导轨40通过螺栓固定于立柱12上且与之平行，该滑座50底部设有滑块并与导轨40为滑动配合，该滑座50用于安装跟随装置的相关部件。实际应用中，该导轨40可为T型导轨或其他常用导轨，在滑座50上还设置锁定件51，该锁定件51一端插入滑座50，可锁定滑座50在导轨40任一位置上，或解锁滑座50，即此时可调节滑座50在导轨40上的任意位置。

测距模块的线束可通过立柱12或弯折部15的孔槽进入方管内，方管内部线束设有收线器(图中未示出)，当测距模块往上调节时，线束自然伸出；当测距模块往下调节时，线束自然回收。

该主控制器9可安装于车体70电气模块腔内，通过固定板和螺栓固定在车体70上。充分利用车体现有的空间，有利于电气系统的线束布置。

上述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。

Claims (9)

1.一种工业车辆的跟随系统，包括主控制器，其与车辆控制系统相连，其特征在于：还包括UWB基站、UWB标签和扫描模块；该UWB标签用于发送UWB信号；该UWB基站用于检测UWB信号得到角度和距离信息；该扫描模块用于实时检测障碍物信息；该主控制器与UWB基站和扫描模块相连以用于控制车辆跟随动作及调整车辆速度。

2.如权利要求1所述的一种工业车辆的跟随系统，其特征在于：还包括测距模块，该测距模块用于实时检测车辆的边界距离信息；所述主控制器与该测距模块相连以控制车辆方向。

3.如权利要求1所述的一种工业车辆的跟随系统，其特征在于：还包括有急停按钮和跟随启停开关，该跟随启停开关和急停按钮与所述主控制器相连。

4.如权利要求1所述的一种工业车辆的跟随系统，其特征在于：还包括有状态指示灯和报警模块，该状态指示灯和报警模块与所述主控制器相连。

5.如权利要求1所述的一种工业车辆的跟随系统，其特征在于：所述车辆控制系统包括刹车控制模块、行驶/提升控制模块和转向控制模块。

6.如权利要求1所述的一种工业车辆的跟随系统，其特征在于：还包括安装架，该安装架可拆卸地固定于车体上，所述UWB基站安装于该安装架上。

7.如权利要求6所述的一种工业车辆的跟随系统，其特征在于：所述安装架包括横梁和两立柱，该两立柱连接于横梁两端且均与车体相对固定，所述UWB基站固定于该横梁上。

8.如权利要求1所述的一种工业车辆的跟随系统，其特征在于：还包括旋转机构，该旋转机构设有固定部和旋转部，该固定部与所述UWB基站相对固定，该旋转部与固定部为可转动连接；所述扫描模块安装于该固定部上。

9.如权利要求2所述的一种工业车辆的跟随系统，其特征在于：还包括滑动机构，其包括导轨、滑座和锁定件，该导轨固定于所述UWB基站一侧，该滑座与导轨为滑动配合，所述测距模块安装于该滑座上，该锁定件一端插入滑座以锁定或解锁滑座。