CN210804117U

CN210804117U - 一种基于视觉导航和磁导航的agv小车

Info

Publication number: CN210804117U
Application number: CN201922490209.1U
Authority: CN
Inventors: 程学珍; 田绪阳; 张旭东
Original assignee: Shandong University of Science and Technology
Current assignee: Shandong University of Science and Technology
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2020-06-19
Anticipated expiration: 2029-12-31

Abstract

本实用新型属于自动化运输设备领域，公开了一种基于视觉导航和磁导航的AGV小车，其包括车体；主控制器，安装于车体上；基于QR码的视觉导航传感器，安装于车体的侧部；与视觉导航传感器配合使用的多个QR码，各QR码分布于不同的目标位置；磁导航传感器，安装于车体的前部；以及与磁导航传感器配合使用的磁条，磁条安装于地面上；其中，视觉导航传感器、磁导航传感器分别通过线路与主控制器相连。本实用新型利用基于QR码的视觉导航传感器，能够实现对目标位置的快速准确定位，通过采用基于视觉导航与磁导航组合的混合导航结构并应用于工业现场，能够高效、准确、灵活地完成自动化物料配送任务。

Description

一种基于视觉导航和磁导航的AGV小车

技术领域

本实用新型属于自动化运输设备领域，涉及一种基于视觉导航和磁导航的AGV小车。

背景技术

目前，AGV小车的引导方式包括激光导航系统、惯性导航系统以及磁导航系统等。

其中，激光导航系统的精度虽高，但其成本较高而且对环境的依赖相当严重；惯性导航系统固然精度较高，但其对于复杂多变的工业现场情况适应性较差。

而磁导航系统，因为具有成本低廉，安装简单，维修方便，受环境的影响极低，以及适应复杂多变的工业现场等优点，因而有着比较广泛的应用领域。

磁导航系统的原理为：在AGV小车的必经之路上铺设磁条，通过AGV小车上设置的磁感应元器件检测粘贴在地面或嵌入地下的磁条从而实现精确导航。

然而，磁导航系统在拐角处对于路径的判断不如其他几种导航方式迅速，因此其运行轨迹不能过于复杂。此外，在AGV小车行驶的过程中需要准确识别出货物区存放货物的地点、停车位置以及路口信息等，例如：需要将2号货物区的货物搬运至3号货物区或者在路口需要转向时所需的转向信息，此时，单一的磁导航已经不能满足系统的要求。

基于此，现有技术中具有磁导航结构的AGV小车，具有搬运效率低的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种基于视觉导航和磁导航的AGV小车，结合视觉导航路径灵活以及磁条感应定位精确等特点，以解决目前AGV小车搬运效率低的问题。

本实用新型为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种基于视觉导航和磁导航的AGV小车，包括：

车体；

主控制器，安装于车体上；

基于QR码的视觉导航传感器，安装于车体的侧部；

与视觉导航传感器配合使用的多个QR码，各QR码分布于不同的目标位置；

磁导航传感器，安装于车体的前部；以及

与磁导航传感器配合使用的磁条，磁条安装于地面上；

其中，视觉导航传感器、磁导航传感器分别通过线路与主控制器相连。

优选地，QR码位于目标位置处磁条的侧部，且与磁条的距离为1.5m-2.5m；

QR码在目标位置处的安装高度为25cm-40cm。

优选地，磁条采用直线型磁条，磁条与车体底盘的距离为10cm-20cm。

优选地，AGV小车还包括：

超声波测距传感器，安装于车体的前部并通过线路与主控制器相连。

优选地，目标位置包括存放货物的地点、停车位置以及路口。

优选地，AGV小车还包括：

安装于车体上的行走机构以及提升机构；

行走机构包括行走部以及用于驱动行走部运动的行走电机；提升机构包括货叉以及用于驱动货叉升降的提升电机；

行走电机、提升电机分别通过第一电机驱动器、第二电机驱动器与主控制器相连；

行走电机上设有第一编码器，提升电机上设有第二编码器；

第一编码器和第二编码器分别通过线路与主控制器相连。

优选地，AGV小车还包括：

提升高度检测机构；

提升高度检测机构包括霍尔传感器和两个磁钉；其中：

霍尔传感器安装于车体的上部；其中一个磁钉安装于提升机构的上部，另一个磁钉安装于提升机构运动的下部；霍尔传感器通过线路与主控制器相连。

优选地，AGV小车还包括：

安装于货叉上的货物检测传感器；货物检测传感器通过线路与主控制器相连。

优选地，主控制器采用STC15系列单片机。

优选地，AGV小车还包括：

WiFi通讯模块，安装于车体上并通过线路与主控制器相连。

本实用新型具有如下优点：

如上所述，本实用新型提出了一种基于视觉导航和磁导航的AGV小车，该AGV小车利用基于QR码的视觉导航的灵活性，能够实现对目标位置的准确定位，通过动态扫描QR码的高精度、高效率的识别方式，利于提高物流自动化的工作效率。本实用新型采用基于视觉导航与磁导航组合的混合导航结构并应用于工业现场，能够高效、准确、灵活地完成自动化物料配送任务，利于加快物流自动化的速度，节约劳动力成本，提高生产效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例中基于视觉导航和磁导航的AGV小车的结构示意图；

图2为图1中AGV小车的俯视图；

图3为图1中AGV小车的侧视图；

图4为本实用新型实施例中基于视觉导航和磁导航的AGV小车的组成结构框图。

其中，1-车体，2-主控制器，3-视觉导航传感器，4-磁导航传感器，5-车轮，6-履带，7-货叉，8-提升电机，9-第一齿轮，10-第一传动轴，11-第二传动轴，12-第二齿轮，13-第三齿轮，14-第四齿轮，15-第五齿轮，16-直齿条，17-导向杆，18-导向套，19-超声波测距传感器，20-磁钉，21-霍尔传感器，22-货物检测传感器，23-Wifi通讯模块。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

结合图1至图3所示，一种基于视觉导航和磁导航的AGV小车，包括车体1、行走机构、提升机构、主控制器2、基于QR码的视觉导航传感器3以及磁导航传感器4等。

其中，行走机构安装于车体1上，用于带动车体1运动。

该行走机构包括行走部以及行走电机，其中行走部包括车轮5以及履带6。

行走电机用于驱动行走部运动，具体的驱动车轮5转动。

行走电机通过第一电机驱动器连接到主控制器2上，并由主控制器2控制。

第一电机驱动器为常规部件，例如：

第一电机驱动器采用MOS管搭建H桥构成的L298电机驱动模块。

该电机驱动模块能够实现对行走电机正反转的控制并具有防静电回路，瞬态抑制保护，欠压保护，接口ESD和过压防护等功能，以保证小车运行的可靠性和高效性。

提升机构包括货叉7以及提升电机8，通过提升电机8驱动货叉7进行升降运动。至于提升电机8实现货叉7升降运动的方式有多种，例如通过齿轮方式驱动。

如图1和图2所示，在货叉7与提升电机8之间设有齿轮传动机构。

该齿轮传动机构包括第一齿轮9、第一传动轴10、第二传动轴11、第二齿轮12、第三齿轮13、第四齿轮14以及第五齿轮15。第一齿轮9安装于提升电机8的输出轴上。

第一传动轴10和第二传动轴11平行设置在在车体1的上部。其中，在第一传动轴10的中间位置安装有第二齿轮12和第三齿轮13。第一齿轮9与第二齿轮12啮合。

在第二传动轴11的中间位置安装第四齿轮14，在第二传动轴11的每个端部分别安装一个第五齿轮15。第三齿轮13与第四齿轮14啮合。

通过以上齿轮传动机构，能够将提升电机8的动力传动至第五齿轮15位置。

在货叉7的每个端部上方分别连接一个直齿条16和一个导向杆17。其中，每个直齿条16与一个第五齿轮15啮合，在车体1上还设有供导向杆17穿过的导向套18。

通过以上齿轮传动方式，使得提升电机8能够带动货叉7进行上升和下降运动。

提升电机通过第二电机驱动器(未示出)连接到主控制器2上，并由主控制器2控制。

第二电机驱动器为常规部件。例如其采用MOS管搭建H桥构成的L298电机驱动模块。该电机驱动模块能够实现对提升电机正反转的控制并具有防静电回路，瞬态抑制保护，欠压保护，接口ESD和过压防护等功能，以保证小车提升的可靠性和高效性。

主控制器2安装于车体1上，该主控制器2优选采用STC15系列单片机。

基于QR码的视觉导航传感器3，安装于车体1的侧部，用来为AGV小车提供转向信息和目标位置信息，该侧部例如为车体1的右侧部。

此外，AGV小车还包括与视觉导航传感器3配合使用的多个QR码(图中未示出)，各QR码分布于不同的目标位置，例如存放货物的地点、停车位置以及路口。

QR码(Quick Response Code)是由很多独立的单元组成，每一个QR码都有一个独立的信息包含在内，就如同人的身份证一样，不同的身份证号代表着不同的人。

当AGV经过不同的QR码时，通过动态读取QR码所包含的信息，从而获取到AGV此时的准确位置信息(即目标位置信息)，并决定该AGV小车是转向还是停车等。

QR码具有纠错能力强，打印材料易于生成，包含信息丰富，识别速度快，识别距离远，不受现场环境影响等特点。本实施例利用QR码，来实现对AGV运行的精准定位。

视觉导航传感器3通过线路与主控制器2相连，视觉导航传感器3通过识别QR码，并传输到主控制器2上，然后自主选择相应的工作状态，进行货物搬运。

本实施例通过为AGV小车增加视觉系统，使小车的自动化水平进一步提升。

视觉导航传感器3优选采用XR-1000系列的QR码识别模块，其具有读写速度快；识别效果好，纸质、液晶以及破损污损QR码都能够准确辨识；高度成像等优势。

磁导航传感器4，安装于车体1的前部，用于为AGV小车提供指示信息。

该磁导航传感器4通过线路与主控制器2相连。

此外，AGV小车还包括与磁导航传感器4配合使用的磁条。其中，磁条通过粘贴在地面上或者嵌入地下的方式安装于货物运输区的地面上。

磁导航传感器4通过霍尔效应检测磁条的位置用来定位车体1的位置和姿态。

本实施例中的磁条优选采用直线型磁条，直线型磁条与车体1底盘的距离为10cm-20cm，以便于被安装于车体1前部的磁导航传感器4检测到。

一种优选方式，本实施例中磁条与车体1底盘的距离为15cm。

磁导航传感器4优选采用霍尔传感器。霍尔传感器输入的是磁条的磁感应强度，输出是和输入量成正比的电压信号，具有尺寸小、稳定性好、精度高以及线性好等优点。

在目标位置处设置的QR码有如下安装要求：

QR码位于目标位置处磁条的侧部(例如磁条的右侧)，且与磁条的距离为1.5m-2.5m，例如2m。QR码在目标位置处的安装高度为25cm-40cm，例如为30cm。

当AGV小车运行至目标位置处时，通过AGV小车侧部的视觉导航传感器3，能够快速准确的读取出QR码中包含的目标位置信息，从而实现对启停位置的准确定位。

以货物由2号货物区搬运至3号货物区为例进行说明：

当AGV小车上的视觉导航传感器3识别到2号货物区的QR码时，小车会自动寻找到与QR码相对应的货物，并由下述货物检测传感器22确定货物具体位置。

提升电机8开始工作，电机带动齿轮传动机构运行，进而带动直齿条16上升，直齿条16上升引起货叉7的抬升，使货物抬起；货物由2号货物区向3号货物区搬运。

当AGV小车上的视觉导航传感器3检测到3号货物区的QR码信号时，AGV小车运行到指定放货位置停止，提升电机8反向工作，将货物放在3号货物区。

AGV小车还包括超声波测距传感器19。超声波测距传感器19安装于车体1的前部并通过线路与主控制器2相连。超声波测距传感器19优选采用HY-SRF05超声波测距模块。

超声波测距传感器19能够对AGV小车运行过程中可能会在该AGV小车运行轨迹上出现的障碍物进行实时检测，很好保证了AGV的安全可靠运行。

行走电机上设有第一编码器(图中未示出)，提升电机8上设有第二编码器(图中未示出)，第一编码器和第二编码器分别通过线路与主控制器2相连。

当行走电机转动带动AGV小车行走时，也带动第一编码器转动，第一编码器用于获取小车行走的路程信息，第二编码器用于获取AGV小车提升时货叉的信息。

第一编码器和第二编码器将采集到的信息分别反馈给主控制器2，主控制器2通过实时读取各编码器的信息，从而得到小车行走的路径和提升机构的速度。

主控制器2根据采集到的上述信息，控制AGV小车行走以及完成取卸货动作。

AGV小车还包括提升高度检测机构，用于对货叉7的上升和下降位置进行准确检测。

该检测机构包括磁钉20和霍尔传感器21。其中，磁钉20例如可以有两个，一个磁钉20安装于提升机构的上部，另一个安装于提升机构的下部；

霍尔传感器21安装于车体1的上部，当某个磁钉20进入霍尔传感器21的检测范围后，提升电机8停止动作，此时，货叉7处于上限高度位置或下限高度位置。

以上霍尔传感器21分别通过线路与主控制器2相连。

AGV小车还包括安装于货叉7上的货物检测传感器22，用于检测叉货是否到位，货物检测传感器22为已知结构，该货物检测传感器22通过线路与主控制器2相连。

货物检测传感器22例如采用光电检测传感器，将该光电检测传感器设置于货叉7根部，以便于对货物是否放置到位进行准确检测，避免货物出现不到位或挤压货叉7根部的情况。

AGV小车还包括WiFi通讯模块23，WiFi通讯模块23安装于车体1上。

WiFi通讯模块23通过线路与主控制器2相连。WiFi通讯模块23便于实现手机等移动终端对AGV小车的远程控制，使得AGV小车能够适应复杂的工业现场环境。

具体的，用户在手机等移动终端APP上设定小车的运行轨迹，包括设定小车取货的位置、获取搬运的目的地，搬取货物的码放方式等信息，即能够通过主控制器2来规划小车取货和搬运目的地站点规划，即设定小车的运动路线，并且下发小车搬运货物的任务。

此外，AGV小车还包括对主控制器2、视觉导航传感器3、磁导航传感器4、超声波测距传感器19、霍尔传感器21、货物检测传感器22等部件进行供电的电源。

本实施例中视觉导航与磁导航的协同作用主要体现在：

在货物存放相对集中的货物区通过对不同QR码进行识别，分辨确定货物的位置；

在AGV运行路线相对单一，搬运动作较为简单的区域设置磁导轨，使AGV小车在路径固定的区域仅仅使用磁导航进行精准导航；

在货物相对密集的区域采视觉导航与磁导航互相配合，利于准确达到目标位置；

通过导航方式的自由切换，利于提高AGV小车运行的可靠性。

在到达指定地点后，AGV小车进行货物的提升搬运动作，提升结束后，小车继续自主选择所需的导航方式到达指定地点，并将货物下降放下，完成搬运流程。

当然，以上说明仅仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本实用新型的保护。

Claims

1.一种基于视觉导航和磁导航的AGV小车，其特征在于，包括：

车体；

主控制器，安装于所述车体上；

基于QR码的视觉导航传感器，安装于所述车体的侧部；

与所述视觉导航传感器配合使用的多个QR码，各QR码分布于不同的目标位置；

磁导航传感器，安装于所述车体的前部；以及

与所述磁导航传感器配合使用的磁条，磁条安装于地面上；

其中，所述视觉导航传感器、磁导航传感器分别通过线路与所述主控制器相连。

2.根据权利要求1所述的基于视觉导航和磁导航的AGV小车，其特征在于，

所述QR码位于所述目标位置处磁条的侧部，且与所述磁条的距离为1.5m-2.5m；

所述QR码在目标位置处的安装高度为25cm-40cm。

3.根据权利要求1所述的基于视觉导航和磁导航的AGV小车，其特征在于，

所述磁条采用直线型磁条，磁条与车体底盘的距离为10cm-20cm。

4.根据权利要求1所述的基于视觉导航和磁导航的AGV小车，其特征在于，

所述AGV小车还包括：

超声波测距传感器，安装于所述车体的前部并通过线路与所述主控制器相连。

5.根据权利要求1至4任一项所述的基于视觉导航和磁导航的AGV小车，其特征在于，

所述目标位置包括存放货物的地点、停车位置以及路口。

6.根据权利要求1所述的基于视觉导航和磁导航的AGV小车，其特征在于，

所述AGV小车还包括：

安装于所述车体上的行走机构以及提升机构；

其中，所述行走机构包括行走部以及用于驱动所述行走部运动的行走电机；所述提升机构包括货叉以及用于驱动所述货叉升降的提升电机；

行走电机、提升电机分别通过第一电机驱动器、第二电机驱动器与所述主控制器相连；

所述行走电机上设有第一编码器，所述提升电机上设有第二编码器；

第一编码器和第二编码器分别通过线路与所述主控制器相连。

7.根据权利要求6所述的基于视觉导航和磁导航的AGV小车，其特征在于，

所述AGV小车还包括提升高度检测机构；

所述提升高度检测机构包括霍尔传感器和两个磁钉；其中：

所述霍尔传感器安装于所述车体的上部；其中一个磁钉安装于所述提升机构的上部，另一个磁钉安装于所述提升机构运动的下部；

所述霍尔传感器通过线路与所述主控制器相连。

8.根据权利要求6所述的基于视觉导航和磁导航的AGV小车，其特征在于，

所述AGV小车还包括：

安装于所述货叉上的货物检测传感器，货物检测传感器通过线路与所述主控制器相连。

9.根据权利要求1所述的基于视觉导航和磁导航的AGV小车，其特征在于，

所述主控制器采用STC15系列单片机。

10.根据权利要求1所述的基于视觉导航和磁导航的AGV小车，其特征在于，

所述AGV小车还包括：

WiFi通讯模块，安装于所述车体上并通过线路与所述主控制器相连。