CN214846390U - 基于自动导引小车的动态环境避障系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于自动导引小车的动态环境避障系统。属于自动控制技术领域，包括运动模块、人机交互模块、位姿解算模块及环境感知模块；所述的运动模块包括电机一、电机二、电源及电机驱动；所述的人机交互模块包括无线通信及远程人员；所述的位姿解算模块包括惯性传感器及里程计；所述的环境感知模块包括单目相机传感器及激光雷达传感器。本实用新型通过多传感器融合的方式，感知地图信息和自身位姿信息，得到精确的数据，有助于小车完成自主避障；另外，本实用新型实时获得地图信息，可以求解动态障碍物的速度大小和方向，有助于小车实现动态障碍物的安全避障；最后，加入的人机交互模块，有助于工作人员及时处理车间的突发情况。
Description
技术领域
本实用新型属于自动控制技术领域，具体地，涉及一种基于自动导引小车的动态环境避障系统。
背景技术
自动导引小车(Automated Guided Vehicle,AGV)因其自动化程度高、小巧便捷等优点，在自动化车间内有这广泛的应用。AGV小车装有可充电式蓄电池，通过激光雷达、电磁感应、机器视觉等方式感知环境信息并进行引导，完成搬运物资等任务。但是，对于AGV小车的避障技术并不是非常成熟，尤其是对动态障碍物的避障效果比较一般。目前对静态障碍物环境下的路径规划方法已有很多，并且提出了许多改进方法，在最优路径选择、运行速度、运行稳定性方面都有很大提升。但是这些方法应用于动态障碍物时，并不能满足避障的需要，其主要原因在于动态障碍物轨迹的不确定性，对规划好的路径的会造成较大的干扰。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型的目的是提供了一种基于自动导引小车的动态环境避障系统(AGV小车的半自主式导航避障系统)，利用多种传感器信息融合，实时感知周围的环境信息，当遇到障碍物时，一方面提醒车间员工处理掉临时障碍物；另一方面则自主避障，继续执行小车的原本任务。当避障算法无法解算出可通过的路径，则请求与上位机通信，通过操作人员远程遥控的方式完成避障。通过上述方法，可以保证AGV小车在遇到障碍物时安全避障，并继续执行原本任务，有效提高了车间内的运作效率。
技术方案：本实用新型所述的基于自动导引小车的动态环境避障系统包括通过有线线路相连接的运动模块、人机交互模块、位姿解算模块及环境感知模块四大部分；
所述的运动模块包括电机一、电机二、电源及电机驱动；
所述的人机交互模块包括无线通信及远程人员；
所述的位姿解算模块包括惯性传感器及里程计；
所述的环境感知模块包括单目相机传感器及激光雷达传感器。
进一步的，所述电源的输出端连接在电机驱动的输入端上，所述电机驱动的输出端分别连接在电机一与电机二的输入端上；
所述的无线通信及远程人员通过有线线路相互连接。
进一步的，还包括工控机，
所述的电源的另一侧的输出端连接在工控机的输入端上；
所述电机驱动的另一侧的输出端、惯性传感器的一端、里程计的一端、单目相机传感器的一端、激光雷达传感器的一端及无线通信的一端分别与工控机相互连接。
进一步的，所述的运动模块是利用电源通过电机驱动驱动电机一及电机二，从而控制小车的方向。
进一步的，所述的人机交互模块是通过无线通信来实现，其中的无线通信的方式采用wifi通信。
进一步的，所述的位姿解算模块是用于测得小车加速度的大小、方向及推算小车的相对位姿变化。
进一步的，所述的环境感知模块中的激光雷达传感器是一个高精度的测距传感器，通过点云来得到周围的环境信息；
单目相机传感器是用于采集图像信息及方便操作人员通过上位机观察小车周围的环境。
有益效果：本实用新型与现有技术相比，本实用新型通过多传感器融合的方式，感知地图信息和自身位姿信息，可以得到精确的数据，有助于小车完成自主避障；另外，本实用新型实时获得地图信息，可以求解动态障碍物的速度大小和方向，有助于小车实现动态障碍物的安全避障；最后，本实用新型加入人机交互模块，有助于工作人员及时处理车间的突发情况。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的工作原理图；
图中，1是运动模块，11是电源，12是电机驱动，13是电机一,14是电机二；
2是人机交互模块，21是无线通信，22是远程人员；
3是位姿解算模块，31是惯性传感器，32是里程计；
4是环境感知模块，41是单目相机传感器，42是激光雷达传感器；
5是工控机。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本实用新型做出进一步说明；在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
本实用新型所述的本实用新型所述的基于自动导引小车的动态环境避障系统包括通过有线线路相连接的运动模块1、人机交互模块2、位姿解算模块3及环境感知模块4四大部分；
所述的运动模块1包括电机一13、电机二14、电源11及电机驱动12；
所述的人机交互模块2包括无线通信21及远程人员22；
所述的位姿解算模块3包括惯性传感器31及里程计32；
所述的环境感知模块4包括单目相机传感器41及激光雷达传感器42。
进一步的，所述电源11的输出端连接在电机驱动12的输入端上，所述电机驱动12的输出端分别连接在电机一13与电机二的输入端14上；
所述的无线通信21及远程人员22通过有线线路相互连接。
进一步的，还包括工控机5，
所述的电源11的另一侧的输出端连接在工控机5的输入端上；
所述电机驱动12的另一侧的输出端、惯性传感器31的一端、里程计32的一端、单目相机传感器41的一端、激光雷达传感器42的一端及无线通信21的一端分别与工控机5相互连接。
进一步的，所述的运动模块1是利用电源11通过电机驱动12驱动电机一13及电机二14，从而控制小车的方向；
两个电机通常情况下是连接在小车的两个后轮作为动力轮，在小车前部安装两个舵轮控制小车方向，通过双轮差速的方式完成小车的直行、转向等运动。
进一步的，所述的人机交互模块2是通过无线通信21来实现的，其中的无线通信21的方式采用wifi通信；将AGV小车与上位机都接入同一个局域网IP内即可实现通信，操作人员可通过上位机发生指令，并且小车也可将传感器采集到的地图信息反馈到上位机。
进一步的，所述的位姿解算模块3包括惯性传感器(IMU)31和里程计32；当AGV小车运动时，所述的惯性传感器31可以感应到加速度信息，测得加速度的大小及方向；所述的里程计32是根据两个安装在动力轮上的光电编码器来检测车轮在一定时间内转过的弧度，从而推算出机器人的相对位姿变化。
进一步的，所述的环境感知模块4中的激光雷达传感器42是一个高精度的测距传感器，可以做到在一定范围内每隔0.5°角左右射出一条激光，若干条激光在遇到障碍物时在障碍物上形成若干点，称为激光点云；通过点云来得到周围的环境信息；
单目相机传感器41：一方面可以用于采集图像信息，对图像进行机器学习算法的处理，得到图片的点云信息，从而获得周围环境信息；另一方面，可以方便操作人员通过上位机观察小车周围的环境，当AGV小车遇到无法解决的情况时，操作人员可以通过相机查看情况，并通过无线通信模块远程操控AGV小车解决突发情况。
如图1所述，在AGV小车运行过程中，单目相机传感器41和激光雷达传感器42获取环境信息，惯性传感器31和里程计32获取自身位姿信息，采集到的数据传送到工控机5中，通过预先烧入的路径规划算法，得到一条可行路径，然后控制电机运作按照规划好的路径运动；远程的操作人员也可以通过无线通信21查看AGV小车的环境信息和自身信息，并可对其进行远程遥控。
本实用新型的工作原理如图2所述，在进行动态障碍物避障时，先获取周围环境信息，对于动态障碍物，获取它的速度大小和方向，结合已有的运动模型，预测出它的未来轨迹。将预测结果与静态部分结合后，再进行局部路径规划；在进行路径规划的同时，传感器实时获取局部地图信息，当发现动态障碍物与原预测轨迹误差较大时，则重新预测轨迹，否则按照原规划好的路径运动，直到完成局部路径规划。
具体的，在AGV小车用于车间工作时，首先需要利用激光雷达传感器42、IMU31、里程计32等传感器在车间内运行一遍，利用实时定位与建图(simultaneous localizationand mapping,SLAM)技术获得一个全局地图信息，得到静态地图部分的信息；当之后在运行过程中遇到障碍物需要避障时，就只需要对障碍物的分析和轨迹预测，一定程度上减小了避障时的计算量，可以更加快速地做出避障反应；与此同时，提前建立全局地图，可以在投入工作任务前就规划好一个全局的路径，在需要避障进行局部路径规划时，可以将局部路径的目的地选定在原全局路径上，当AGV小车完成了避障后，只需要调整一下自身姿态，马上回到原本的工作任务中，省去了重新进行全局路径规划的工作，极大的降低了计算量；
AGV小车装有无线通信21及远程人员22，可以实现人机交互功能；一方面，小车遇到自己无法解决的突发情况，可以向远程人员22发送求助信息，操作人员可获取单目相机等传感器的信息，查看小车所处的情况，然后给AGV小车发送控制命令，帮助小车解决突发情况；另一方面，远程人员22也可主动对小车下达控制指令，例如取消原本工作任务，执行新的工作任务等；如果远程人员22下达的指令与小车正在执行的任务冲突，以远程人员22的指令为主；特别的，有些时候一些工作任务难度大，需要多辆小车协作完成，例如运输大量物料，需要多辆小车一起搬运，而多车控制难度较大，为了防止出现意外，可以采用人工操控的方式，保证搬运任务的安全完成；
当AGV小车遇到动态障碍物时，在还没规划好避障路径之前，需要第一时间放慢自己的速度，防止速度过快发生碰撞，或者因距离太近，已经没有了躲避障碍物的时间；首先，通过激光雷达等传感器，实时获取障碍物的信息：形状大小、速度大小、速度方向等；在短时间内连续多次采集以上信息，获得一段动态障碍物的部分轨迹；由于传感器存在一定程度的误差，因此获得的轨迹不可能是直线运动、圆周运动等理想模型，只能通过拟合或者计算该轨迹是各个理想模型的概率，选择概率最大的理想模型来预测动态障碍物的未来轨迹；将预测轨迹与原全局地图结合，并选择局部子目标点完成局部路径规划；特别地，局部子目标点的选择应尽可能选择在原全局路径上；在按照局部路径运动时，通过激光雷达等传感器实时获取局部地图信息，当发现动态障碍物的运动轨迹与预测路径误差较大时，则需要根据新轨迹重新预测轨迹，再重新做局部路径规划，否则就继续按原局部路径运动，直到到达局部子目标点，避障结束并继续执行原全局路径。
Claims (7)
1.基于自动导引小车的动态环境避障系统，其特征在于，包括通过有线线路相连接的运动模块、人机交互模块、位姿解算模块及环境感知模块；
所述的运动模块包括电机一、电机二、电源及电机驱动；
所述的人机交互模块包括无线通信及远程人员；
所述的位姿解算模块包括惯性传感器及里程计；
所述的环境感知模块包括单目相机传感器及激光雷达传感器。
2.根据权利要求1所述的基于自动导引小车的动态环境避障系统，其特征在于，所述电源的输出端连接在电机驱动的输入端上，所述电机驱动的输出端分别连接在电机一与电机二的输入端上；
所述的无线通信及远程人员通过有线线路相互连接。
3.根据权利要求1或2所述的基于自动导引小车的动态环境避障系统，其特征在于，还包括工控机，
所述的电源的另一侧的输出端连接在工控机的输入端上；
所述电机驱动的另一侧的输出端、惯性传感器的一端、里程计的一端、单目相机传感器的一端、激光雷达传感器的一端及无线通信的一端分别与工控机相互连接。
4.根据权利要求1所述的基于自动导引小车的动态环境避障系统，其特征在于，所述的运动模块是利用电源通过电机驱动驱动电机一及电机二，从而控制小车的方向。
5.据权利要求1所述的基于自动导引小车的动态环境避障系统，其特征在于，所述的人机交互模块是通过无线通信来实现，其中的无线通信的方式采用wifi通信。
6.据权利要求1所述的基于自动导引小车的动态环境避障系统，其特征在于，所述的位姿解算模块是用于测得小车加速度的大小、方向及推算小车的相对位姿变化。
7.据权利要求1所述的基于自动导引小车的动态环境避障系统，其特征在于，所述的环境感知模块中的激光雷达传感器是一个高精度的测距传感器，通过点云来得到周围的环境信息；
单目相机传感器是用于采集图像信息及方便操作人员通过上位机观察小车周围的环境。
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| CN202121374599.7U CN214846390U (zh) | 2021-06-21 | 2021-06-21 | 基于自动导引小车的动态环境避障系统 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114413925A (zh) * | 2022-03-03 | 2022-04-29 | 南通理工学院 | 一种输送用路径规划无人车及其操作方法 |
| CN114690773A (zh) * | 2022-03-29 | 2022-07-01 | 广东利元亨智能装备股份有限公司 | Agv小车控制系统、agv小车的运行控制方法及运行控制装置 |
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2021
- 2021-06-21 CN CN202121374599.7U patent/CN214846390U/zh active Active
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| CN114690773A (zh) * | 2022-03-29 | 2022-07-01 | 广东利元亨智能装备股份有限公司 | Agv小车控制系统、agv小车的运行控制方法及运行控制装置 |
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