TWI590019B - 雙載具協同運輸系統及其控制方法 - Google Patents

Description

雙載具協同運輸系統及其控制方法

本發明係關於一種自動導引載具；特別是關於一種雙載具協同運輸系統及其控制方法。

自動導引載具(AGV，或稱輪型機器人)在自動倉儲、移動式生產線、危險環境或具環控要求場所(如：醫護作業場所)中，可以達到搬運自動化等重要的應用(MBA智庫百科2015,Tuan etc.2006,Dunkin 1994,and Iris 2006)。

習知AGV可利用感測導引技術控制其移動行為，如：縱向、橫向移動或轉彎等。其中，為了讓習知AGV有較高的移動效率，習知AGV車體的水平截面多設計成圓形或方形，惟此種車體僅適用於單獨運輸小型物品，偶而需搬運貨架等條狀物件恐有困難，且要為此需求量身訂製大型載具，亦不符使用時的成本效益。

有鑑於此，有必要改善上述先前技術的缺點，以符合實際需求，提升其實用性。

本發明係提供一種雙載具協同運輸系統，可利用雙載具協同運輸物品。

本發明係提供一種雙載具協同運輸系統的控制方法，可利用雙載具協同運輸物品。

本發明揭示一種雙載具協同運輸系統，包含：二載具，用以前後排列於一導引路徑上，該二載具分別設有一托架、至少一動力模組、一循線感測器、一位移感測器及一模糊控制器，該二載具之托架用以協同承托一條狀物，該二載具由該動力模組驅動，各循線感測器用以偵測各載具與該導引路徑的偏移量，各位移感測器用以偵測各托架之移動量，各載具之模糊控制器電性連接位於同一載具之動力模組、循線感測器及位移感測器；其中，該二載具之模糊控制器依據該偏移量與該偏移量的變化值經過模糊推理後分別產生一循控訊號；該排列在前的載具之模糊控制器依據該循控訊號控制位於同一載具的動力模組；該排列在後的載具之模糊控制器依據該移動量及該移動量的變化值經過模糊推理後產生一位控訊號，並依據該循控訊號及該位控訊號控制位於同一載具的動力模組。

所述循線感測器可為一雷射光感測器、一電磁感測器、一紅外光感測器、一超音波感測器或一影像感測器；該循線感測器可具有奇數個感測端；所述各位移感測器可設有二感測單元，分別用以感測該載具之移動量及該托架的樞轉角；該二感測單元可分別為一電位計；所述二載具可分別設有一通訊單元，供該二載具之模糊控制器相互通訊。藉此，可由市面上易於取得之感測零件完成循線及距離控制，可降低設備成本。

本發明另揭示一種雙載具協同運輸系統的控制方法，其步驟包含：由數個動力模組驅動前後排列的二載具沿一導引路徑行進；由二循線感測器偵測該二載具與該導引路徑的偏移量；由二位移感測器分別偵測該二載具的一托架之移動量；及由二模糊控制器依據該偏移量與該偏移量的變化值經過模糊推理後分別產生一循控訊號；其中一模糊控制器依據該循控訊號控制該排列在前的載具之至少一動力模組；另一模糊控制器依據該移動量及該移動量的變化值經過模糊推理後產生一位控訊號，並依據該循控訊號及該位控訊號控制該排列在後的載具之至少一動力模組，使該二 載具之托架用以協同承托一條狀物。

上揭雙載具協同運輸系統及其控制方法，可令上述二載具依循預定路線行進，並於直線或轉彎時維持該二載具之間距，以確保該二載具協同運輸的條狀物可順利移動，以便順利到達物品運輸的目的地，故可利用兩個小型載具協同運輸物品，無須因為要滿足此需求而量身訂製大型載具，可以達成「運輸方便」、「提高載具附加價值」及「節省運輸設備成本」等功效，可適用於各式倉儲系統或需要搬運物品之場所。

1a,1b‧‧‧載具

11‧‧‧托架

12‧‧‧動力模組

13‧‧‧循線感測器

14‧‧‧位移感測器

15‧‧‧模糊控制器

16‧‧‧通訊單元

r(kT)‧‧‧空間特徵值

y(kT)‧‧‧感測特徵值

e(kT)‧‧‧差值

de(kT)‧‧‧差值變化量

u(kT)‧‧‧控制輸出值

D‧‧‧差距

P0~P4‧‧‧循線感測點

LN‧‧‧大的負

SN‧‧‧小的負

ZE‧‧‧零

SP‧‧‧小的正

LP‧‧‧大的正

△L‧‧‧間距差值

T‧‧‧條狀物

U‧‧‧導引路徑

V,W,X,Y,Z‧‧‧標示點

第1圖：係本發明之雙載具協同運輸系統實施例的使用示意圖。

第2圖：係本發明之雙載具協同運輸系統實施例的控制電路圖。

第3圖：係本發明之雙載具協同運輸系統實施例的控制方塊圖。

第4圖：係本發明之雙載具協同運輸系統實施例循線感測時以紅外線感測頭構成循線感測點之示意圖。

第5a圖：係本發明之雙載具協同運輸系統實施例依據循線感測時的偏移量誤差應用的模糊集合之示意圖。

第5b圖：係本發明之雙載具協同運輸系統實施例依據循線感測時的偏移量誤差變化值應用的模糊集合之示意圖。

第6圖：係本發明之雙載具協同運輸系統實施例之馬達驅動訊號應用的模糊集合之示意圖。

第7a圖：係本發明之雙載具協同運輸系統實施例依據移動量應用的誤差模糊集合之示意圖。

第7b圖：係本發明之雙載具協同運輸系統實施例依據移動量應用的誤差變化值模糊集合之示意圖。

第8圖：係本發明之雙載具協同運輸系統實施例的載具過彎示意圖。

第9圖：係本發明之雙載具協同運輸系統實施例之雙載具於導引路徑行進時之量測數據示意圖。

第10a圖：係本發明雙載具協同運輸系統實施例之雙載具於導引路徑直線行進時之循線控制響應圖。

第10b圖：係本發明之雙載具協同運輸系統實施例之雙載具於導引路徑直線行進時之距離控制響應圖。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：本發明全文所述之「載具」，係指一種自動導引載具(Automatic Guided Vehicle，AGV)，可由感測技術(如：光、磁、電、超音波或影像等)自動導引至預定目的地，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。

請參閱第1圖所示，其係揭示本發明之雙載具協同運輸系統實施例的使用示意圖。其中，該系統實施例可包含二載具1a、1b，該二載具1a、1b可前後排列於一導引路徑U(詳如第8圖所示)上，用以協同承托一條狀物T，其中，該二載具1a、1b之間的間距可依據該條狀物T之長度自動設定。以下舉例說明本發明之雙載具協同運輸系統實施例的實施態樣，惟不以此為限。

舉例而言，如第1及2圖所示，該二載具1a、1b可分別設有一托架11、至少一動力模組12、一循線感測器13、一位移感測器14及一模糊控制器15，該二載具1a、1b之托架11可用以自由樞轉，並協同承托該條狀物T的二部位(如：兩端)，該托架11之表面可設彈性膠體(如：橡膠等)或形成粗糙面，用以增加該托架11與條狀物T之間的磨擦力，以免該條狀物T自該托架11上滑落，惟不以此為限；該二載具1a、1b可由 該動力模組12(如：結合車輪的伺服馬達等)驅動，該動力模組12可供各載具1a、1b平穩地行進，如：由一馬達或多馬達帶動車輪，惟不以此為限；各循線感測器13可用以偵測各載具1a、1b與該導引路徑U的偏移量，該循線感測器13可為雷射光、電磁、紅外光、超音波或影像等感測器，該導引路徑U可配合該循線感測器13的種類設為反射鏡、磁帶、色條或牆面等；各位移感測器14可用以偵測各托架11協同承托該條狀物T時之移動量，如：該托架11樞轉時之樞轉角的角度或該載具1a、1b的托架11之間的間距等，該位移感測器14可設於該托架11之轉軸處，該位移感測器14可為電位計(potentiometer，如：旋式或線性)或光學編碼器(encoder)等，惟該位移感測器14亦可為能夠偵測該托架11於一行進軌跡的移動量之感測器；各載具1a、1b之模糊控制器15可電性連接位於同一載具1a、1b之動力模組12、循線感測器13及位移感測器14，該模糊控制器15可為內建模糊演算法(Fuzzy Algorithm)的資料處理裝置，如：嵌入式系統(Embedded System)或特殊功能積體電路(ASIC)等，用以依據模糊演算法執行一協同運輸物品過程。

在此例中，該二載具1a、1b還可分別設有一通訊單元16(如：具備Blue-Tooth或Wi-Fi等無線通訊技術之功能模組)，供該二載具1a、1b之模糊控制器15相互通訊，如：以該載具1a作為前車，以該載具1b作為後車，該前車可依據該導引路徑U定速前進，該後車可與前車保持適當距離跟隨共同路徑行進，以便簡化進行上述載具1a、1b之條狀物T協同運輸控制過程，詳如後述。

請參閱第3圖所示，其係本發明之雙載具協同運輸系統實施例的控制方塊圖。其中，該模糊控制器15可依據一空間特徵值r(kT)及一感測特徵值y(kT)計算一差值e(kT)，作為該模糊演算法的輸入值，以便利用該差值e(kT)及差值變化量de(kT)經過模糊推理後，產生該模糊演算法的 控制輸出值u(kT)，詳如下式(1)~(5)所示：e(kT)=y(kT)-r(kT) (1)

de(kT)=e(kT)-e[(k-1)T] (2)

若e(kT)為A_i1，de(kT)為A_j2則u_ij(kT)為B_ij (3)

其中，上式(1)、(2)中的T為取樣週期(sampling period)，k為取樣序號(sampling order number)，該差值e(kT)及差值變化量de(kT)以五個三角形歸屬函數表示其模糊狀態，該控制規則共有5×5=25個，i=0,...,4，j=0,...,4，第i×j個模糊控制規則可如上式(3)所示，A_i1為該差值e(kT)所在的歸屬函數，A_j2為該差值的變化量de(kT)所在的歸屬函數，B_ij為此實施例之控制輸出的歸屬函數，該模糊推理方式可採用min-min-max原則和重心法計算出控制量如上式(4)所示，W_ij為此實施例之之適合程度或權重值，y(kT)為第k時間點的感測特徵值，r(kT)為第k時間點的空間特徵值，e[(k-1)T]為第k-1時間點的的差值，u_ij(kT)為第k時間點對應於模糊輸入時的控制輸出值，u(kT)為第k時間點的解模糊控制輸出值，P為循跡感測的位置，P_i為第i個循跡感測器的位置，V'_i為第i個循跡感測器的感測值，V0為非軌跡的淺色地面感測值。

在此例中，該循線感測器13可具有數個感測端，用以偵測各載具1a、1b與該導引路徑U的偏移量，該數個感測端可垂直於行進方向設置於各載具1a、1b，對稱地設置於各載具1a、1b，如：5個紅外線感測頭構成之循線感測點P0~P4(如第4圖所示)，用以感測該導引路徑U，循線感測點P2可位於該導引路徑U的軌跡上，循線感測點P0、P1、P3、 P4可對稱地散佈於循線感測點P2兩側，如：循線感測點P0、P1可位於正方向座標位置，循線感測點P3、P4可位於負方向座標位置，則感測位置Pi(i=0~4)的感測值若為V'i(i=0~4)，非軌跡的淺色地面感測值若為V0，而軌跡所在的深色位置感測值可由上式(5)計算，即P(kT)=e(kT)。以下舉例說明上述載具1a、1b行進時的控制模式，惟不以此為限。

舉例而言，請再參閱第1及2圖所示，該載具1a定速前進時，其模糊控制器15可進行一循線控制模式，該載具1b前進並保持距離進行該循線控制模式及一距離控制模式。因此，該二載具1a或1b之模糊控制器15可依據該偏移量與該偏移量的變化值經過模糊推理後分別產生一循控訊號；該排列在前的載具1a之模糊控制器15可依據該循控訊號控制位於同一載具1a的動力模組12；該排列在後的載具1b之模糊控制器15可依據上述樞轉角、該樞轉角的變化值、該移動量及該移動量的變化值經過模糊推理後產生一位控訊號，並依據該循控訊號及該位控訊號控制位於同一載具1b的動力模組12，惟不以此為限。

在此例中，該模糊控制器15可將該循線感測器13輸出的偏移量依比例設定為±5公分(cm)，該偏移量的變化值可依比例設定為±10公分，惟不以此為限。其中，該偏移量、偏移量的變化值可分別換算為一模糊集合(如第5a、5b圖所示)，該模糊集合分別含有〝大的負(LN)〞、〝小的負(SN)〞、〝零(ZE)〞、〝小的正(SP)〞、〝大的正(LP)〞等模糊語意，惟不以此為限。

是以，該載具1a之模糊控制器15可依據該偏移量與該偏移量的變化值等模糊語意，經過模糊推論後產生一調控結果(如上表一所示之粗體LN、SN、ZE、SP、LP)，再將該調控結果依據對應的模糊集合(如第6圖所示)產生該循控訊號，用以控制位於該載具1a的動力模組12。例如：該循控訊號之值可為表示-0.2、-0.1、0、0.1、0.2微秒(ms)之值，供該動力模組12之馬達驅動訊號為每間隔20ms低脈波，以1.5ms正脈波為中間點調整轉速，當正脈波持續1.5+0.2=1.7ms可為逆轉最大轉速，當正脈波持續1.5-0.2=1.3ms可為順轉最大轉速，轉速在調整時約呈線性變化。

另一方面，該載具1b之模糊控制器15除可依據該循線偏移量與該偏移量的變化值等模糊語意，經過模糊推理後產生上述調控結果及其對應的循控訊號，用於控制位於該載具1b的動力模組12循線行進；另，該載具1b之模糊控制器15同時可依據上述位移移動量及該移動量的變化值經過模糊推理後產生上述位控訊號，用以調控該二載具1a、1b之間距，以便運輸該條狀物T順利經過循線軌道。其中，該載具1b之模糊控制器15可將該位移感測器14輸出的移動量及該移動量的變化值分別換算為上述模糊集合(如第7a、7b圖所示)，該對應的模糊集合之LN、SN、ZE、SP、LP等模糊語意經過模糊推理後，依據上述調控結果產生對應的位控訊號。如第8及9圖所示，當該二載具1a、1b運輸該條狀物T時，若載具1b之位移感測器14將位於該條狀物T的二托架11之間距位移量感測為△L，配合該載具1b之角度位移感測器14感測該托架11的樞轉角θ(即兩車間夾角)，該模糊控制器15可計算該二載具1a、1b的差距(即兩車間距差)D=△Lcosθ，用以產生該位控訊號，結合該循控訊號的循線誤差，用以 控制該動力模組12的運轉速度，使兩車間距差及循線誤差均維持於一範圍(約±0.5)內。

請參閱第10a及10b圖所示，其分別為本發明之雙載具協同運輸系統實施例之雙載具於直線導引路徑行進時之循線及距離控制響應圖。其中，當該二載具1a、1b協同運輸該條狀物T時，其循線控制響應(如第10a圖所示)及距離控制響應(如第10b圖所示)皆可趨於一定值，顯示本發明之雙載具協同運輸系統實施例確實可穩定地協同運輸該條狀物T。

承上，本發明另揭示上述雙載具協同運輸系統的控制方法實施例，其步驟可包含：由數個動力模組驅動前後排列的二載具1a、1b沿一導引路徑U行進；由二循線感測器13偵測該二載具1a、1b與上述導引路徑U的偏移量；由二位移感測器14分別偵測該二載具1a、1b的一托架11間距及樞轉時之移動量；及由二模糊控制器15依據該偏移量與該偏移量的變化值經過模糊推理後分別產生一循控訊號；其中一模糊控制器15依據該循控訊號控制該排列在前的載具1a之至少一動力模組12；另一模糊控制器15依據該移動量及該移動量的變化值經過模糊推理後產生一循控整合位控訊號，並依據該循控訊號及該位控訊號控制該排列在後的載具1b之至少一動力模組12，使該二載具1a、1b之托架11用以協同承托上述條狀物T，其控制過程已說明如前，在此容不贅述。

藉此，本發明之雙載具協同運輸系統及其控制方法實施例，可令上述二載具1a、1b依循預定路線行進，並於直線或轉彎時維持該二載具1a、1b之間距，以確保該二載具1a、1b協同運輸的條狀物T可順利移動，以便順利到達物品運輸的目的地，故可利用兩個小型載具協同運輸物品，無須因為要滿足此需求而量身訂製大型載具，可以達成「運輸方便」、「提高載具附加價值」及「節省運輸設備成本」等功效，可適用於各式倉 儲系統或需要搬運物品之場所。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1a,1b‧‧‧載具

11‧‧‧托架

12‧‧‧動力模組

13‧‧‧循線感測器

14‧‧‧位移感測器

15‧‧‧模糊控制器

16‧‧‧通訊單元

T‧‧‧條狀物

U‧‧‧導引路徑

Claims (7)

1. 一種雙載具協同運輸系統，包含：二載具，用以前後排列於一導引路徑上，該二載具分別設有一托架、至少一動力模組、一循線感測器、一位移感測器及一模糊控制器，該二載具之托架用以協同承托一條狀物，該二載具由該動力模組驅動，各循線感測器用以偵測各載具與該導引路徑的偏移量，各位移感測器用以偵測各托架之移動量，各載具之模糊控制器電性連接位於同一載具之動力模組、循線感測器及位移感測器；其中，該二載具之模糊控制器依據該偏移量與該偏移量的變化值經過模糊推理後分別產生一循控訊號；該排列在前的載具之模糊控制器依據該循控訊號控制位於同一載具的動力模組；該排列在後的載具之模糊控制器依據該移動量及該移動量的變化值經過模糊推理後產生一位控訊號，並依據該循控訊號及該位控訊號控制位於同一載具的動力模組。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之雙載具協同運輸系統，其中該循線感測器為一雷射光感測器、一電磁感測器、一紅外光感測器、一超音波感測器或一影像感測器。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之雙載具協同運輸系統，其中該循線感測器具有數個感測端。
4. 根據申請專利範圍第1項所述之雙載具協同運輸系統，其中各位移感測器設有二感測單元，分別用以感測該載具之移動量及該托架的樞轉角。
5. 根據申請專利範圍第4項所述之雙載具協同運輸系統，其中該二感測單元分別為一電位計。
6. 根據申請專利範圍第1項所述之雙載具協同運輸系統，其中該二載具分別設有一通訊單元，供該二載具之模糊控制器相互通訊。
7. 一種雙載具協同運輸系統的控制方法，其步驟包含： 由數個動力模組驅動前後排列的二載具沿一導引路徑行進；由二循線感測器偵測該二載具與該導引路徑的偏移量；由二位移感測器分別偵測該二載具的一托架之移動量；及由二模糊控制器依據該偏移量與該偏移量的變化值經過模糊推理後分別產生一循控訊號；其中一模糊控制器依據該循控訊號控制該排列在前的載具之至少一動力模組；另一模糊控制器依據該移動量及該移動量的變化值經過模糊推理後產生一位控訊號，並依據該循控訊號及該位控訊號控制該排列在後的載具之至少一動力模組，使該二載具之托架用以協同承托一條狀物。