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CN103935365A - 一种新型物料搬运自动引导车智能防撞系统 - Google Patents

一种新型物料搬运自动引导车智能防撞系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种新型物料搬运自动引导车(Automated Guided Vehicle,AGV)智能防撞系统。该系统包括：车载主控单元、环境检测单元、动作执行单元、报警单元、远程控制单元。该防撞系统可实现AGV车体的双向多层防护。AGV的前向防护依靠激光雷达、弧形防撞缓冲带、摄像头；后向防护依靠激光测距传感器、U形防撞缓冲带。该防撞系统将防护区域由远及近分为：监控层、减速层、停车层。主控单元处理环境检测单元的检测数据，控制AGV执行相应的动作：正常行驶、减速调姿或停车。当发生停车事件时，报警单元报警，通知远程控制单元进行远程处理。该智能防撞系统可有效降低AGV碰撞的概率，实现对车体的保护。

Description

一种新型物料搬运自动引导车智能防撞系统
技术领域
本发明专利涉及一种防撞系统，尤其涉及一种用于物料搬运的自动引导车(AutomatedGuided Vehicle,AGV)智能防撞系统。
背景技术
AGV在工业上常被用作物料搬运的设备。AGV上装备有自动探测系统，可实现货物装卸与搬运过程的全自动化。正是以其较高的自动化程度与智能水平等优点，近年来在仓储，制造，物流，港口，危险地域等众多场所得到了广泛的应用。在实际生产应用中，AGV的最高速度可达2m/s以上，由此带来的AGV相撞事故也越来越多，并且由于AGV系统成本较高，往往会造成重大损失。因此，如何最大程度的保障行车范围内设备与人员安全尤为重要。
目前，AGV安全防护装置主要包括有障碍物检测装置、接触缓冲装置。常用的测距方法包括红外测距，声波测距，激光测距。其中激光测距技术以其独特优点而广泛应用。随着新型传感技术的不断发展，障碍目标物体的检测手段越来越多样化，传统的单传感检测技术的弊端也愈发凸显，由此带来的AGV系统不稳定也很难消除。所以利用多传感器探测技术进行环境信息探测，综合决策可对真实目标的描述更加精确，同样更能提高系统的稳定性。
在AGV自主运行过程中，尤其是在高速运行状态下，系统要求能够快速精确地测定运行方向上的障碍物信息并实现障碍物的自主跟踪，以便控制单元能够迅速做出决策。因此提高环境信息检测与控制单元决策的快速性、有效性与智能可控性是在该系统设计时应当着重强调的。
发明内容
针对目前物料搬运AGV运行中潜在的碰撞问题，本发明提出了一种新型物料搬运自动引导车智能防撞系统。该系统可实现AGV车体的双向多层区域防护
本发明可通过以下技术方案实现。
一种新型物料搬运自动引导车智能防撞系统，它包括：车载主控单元，环境检测单元，动作执行单元，报警单元以及远程控制单元。
所述的载主控单元包括：上位机、下位机，下位机选用STM32单片机。
上位机对激光雷达与摄像头采集的数据进行处理，同时实现AGV之间的数据通信；单片机接收激光测距传感器和光电编码器的测量数据，并实时查询接触缓冲带状态，通过驱动器控制执行电机。上位机与单片机通过串口通讯，是数据处理，信息融合与决策动作的控制中心。
所述的环境检测单元包括：激光雷达、摄像头、激光测距传感器、弧形接触缓冲带、U形接触缓冲带、光电编码器、。
激光雷达安装于车体前方下部，其功能是实现AGV前方180°区域的扫描；摄像头安装于车体顶部，其主要功能是实现视频数据的检测；两个激光测距传感器分别安装在货叉前端，用于检测货叉前方的障碍物；两光电编码器分别与两执行电机相连，其作用是反馈速度信息，以便根据当前车速设定防护范围；弧形接触缓冲带安装于车体前方与AGV底盘相连，一旦发生碰撞可立即触发急停电路，并将碰撞冲击载荷传递到车体底盘上，减少对AGV主体的损坏。此外，在货叉前端安装有U形接触缓冲带，因而当货叉碰到异物时亦可及时停车。
所述动作执行单元包括：电机驱动器、执行电机。
车载主控单元对环境检测单元各传感器的数据进行处理，通过驱动器控制AGV进行相应的动作：当环境检测单元有效检测区域内无异物时，AGV维持当前正常运行状态；当在监控层内检测到异物时，激光雷达与摄像头开始对异物进行跟踪监控，AGV维持当前正常运行状态；当在减速层内检测到异物时，单片机控制执行电机使AGV减速以维持安全停车距离；当在减速层内检测到异物时，单片机控制执行电机使AGV立即停车。
所述的报警单元包括：报警灯、语音报警模块。
当AGV由于碰撞或者即将碰撞造成停车时，报警灯被点亮，语音报警模块发出报警声音，同时车载控制单元向远程控制单元发出报警信号，等待远程控制单元处理。
所述远程控制单元包括：远程控制中心、远程显示模块、便携式交互模块。
AGV工作现场的换进信息通过WIFI传输到远程控制单元，远程控制中心根据远程显示模块的视频信号对工作现场进行远程监控。当AGV由于碰撞或者即将碰撞停车时，控制中心可远程发送指令调整AGV进行相应的动作，实现远程控制。特殊的，便携式交互模块通过控制中心的服务器能够方便的实现AGV的便携式远程快速管理。
本发明所述的防撞系统可实现AGV的双向多层防护。
AGV的前向防护依靠激光雷达、弧形接触缓冲带以及摄像头；后向防护依靠激光测距传感器以及U形接触缓冲带。激光雷达与摄像头可实现对障碍物的识别与跟踪，安装于货叉前方的激光测距传感器实时检测货叉前方的障碍信息，弧形接触缓冲带与U形接触缓冲带实现AGV车体的接触式防撞。光电编码器用于返回当前车速信息，以便设定安全防护半径。该防撞系统将防护区域由远及近分为：监控层，减速层，停车层。当检测单元在监控层内检测到异物时，激光雷达与摄像头对异物进行跟踪，直到异物离开监控区域；当减速层内有异物时，单片机通过驱动器控制电机减速，同时进行局部路径调整以避免障碍物进入停车层；当停车层内有异物时，单片机发出信号使AGV立即停车，报警单元发出报警信号并点亮报警灯通知远程控制中心。
附图说明
图1为本发明智能防撞系统的框架图；
图2为本发明智能防撞系统的环境检测装置分布图；
图3为本发明智能防撞系统的防护区域划分示意图；
图4为本发明智能防撞系统的工作流程图。
图中：
1.车载主控单元，101.上位机，102.单片机；
2.环境检测单元，201.激光雷达，202.摄像头，2031、2032.激光测距传感器，204.弧形接触缓冲带，2051、2052.U形接触缓冲带，2061、2062光电编码器；
3.报警单元，301.语音报警器模块，302.报警灯；
4.动作执行单元，4021、4022执行电机，403电机驱动器；
5.远程控制单元，501.远程显示模块，502.便携式交互模块，503.远程控制中心；
6.防护区域，6011、6012、6013.停车层，6021、6022、6023.减速层，6031、6032、6033.监控层。
具体实施方式：
下面参照附图对本发明做进一步详细的说明。
参照图1，本发明涉及一种新型物料搬运自动引导车智能防撞系统，该系统包括：车载主控单元1、环境检测单元2、报警单元3、动作执行单元4、远程控制单元5。其中，主控单元1通过WIFI与远程控制中心通讯，同时实时处理环境检测单元2的检测数据，并根据数据融合、分析后的结果控制执行单元4与报警单元3执行相应的动作。
参照图1、2，各控制单元具体包括：
车载主控单元包括：上位机101、单片机102；
上位机对激光雷达201与摄像头202采集的数据进行处理，同时实现AGV之间的数据通信；单片机102接收激光测距传感器2031和2032，光电编码器2061和2062的测量数据，并实时查询弧形接触缓冲带204与U形接触缓冲带2051、2052的状态，通过电机驱动器403控制执行电机4021和4022。上位机101与单片机102通过串口通讯，是数据处理，信息融合与决策动作的控制中心。
环境检测单元包括：激光雷达201、摄像头202、激光测距传感器2051和2052、光电编码器2061和2062、U形接触缓冲带2051和2052、弧形接触缓冲带204。
激光雷达201安装于AGV车体前方下部，其功能是实现AGV前方180°区域的扫描；摄像头202安装于车体顶部，其主要功能是实现视频数据的检测；激光测距传感器2031和2032安装在货叉前端，用于检测货叉前方的障碍物；两光电编码器2061和2062分别与两执行电机4021和4022相连，其作用是反馈速度信息；弧形接触缓冲带204安装于车体前方与AGV底盘相连，一旦发生碰撞可立即触发急停电路，并将碰撞冲击载荷传递到车体底盘上，减少对AGV车主体的损坏。此外，在货叉前端安装有U形接触缓冲带2051和2052，因而当货叉碰到异物时AGV也可及时停车。
动作执行单元包括：电机驱动器403，执行电机4021和4022。
车载主控单元1处理对环境检测单元2的各传感器数据进行处理，通过驱动器403控制AGV执行相应的动作：当环境检测单元2有效检测区域内无异物时，AGV维持当前正常运行状态；当在监控层6031、6032和6033内检测到异物时，环境检测单元2开始对异物进行跟踪监控，同时AGV维持当前正常运行状态；当在减速层6021、6022和6023内检测到异物时，单片机102控制执行电机4021和4022使AGV减速以维持安全停车距离；当在停车层6011、6012和6013内检测到异物时，单片机102控制执行电机4021和4022使AGV立即停车。
报警单元包括：语音报警模块301、报警灯302。
当AGV由于碰撞或者即将碰撞造成停车时，报警灯302被点亮，语音报警模块301发出报警声，同时车载控制单元1向远程控制单元5发出报警信号，等待远程控制单元5处理。
远程控制单元包括：远程控制中心503，远程显示模块501，便携式交互模块502。
AGV工作现场的换进信息通过WIFI传输到远程控制单元5，远程控制中心503根据远程显示模块501的视频信号对工作现场进行远程监控。当AGV由于碰撞或者即将碰撞停车时，远程控制中心503可远程发送指令调整AGV进行相应的动作，实现远程控制。特殊的，便携式交互模块502通过控制中心的服务器能够方便的实现AGV的便携式远程快速管理。
参照图2、3，AGV的前向防护依靠激光雷达201、弧形接触缓冲带204以及摄像头202；后向防护依靠激光测距传感器2031和2032以及U形接触缓冲带2051和2052。激光雷达201与摄像头202可实现对障碍物的识别与跟踪，安装于货叉前方的激光测距传感器2031和2032实时检测货叉前方的障碍信息，弧形接触缓冲带204与U形接触缓冲带2051和2052实现AGV车体的接触式防撞。光电编码器2061和2062用于返回当前车速信息，以便设定安全防护半径。该防撞系统将防护区域由远及近分为：停车层6011、6012、6013，减速层6021、6022、6023，监控层6031、6032、6033。当检测单元在监控层6031、6032、6033内检测到异物时，检测单元开始对异物进行跟踪，直到异物离开监控区域；当减速层内6021、6022、6023有异物时，单片机102通过电机驱动器403控制执行电机4021和4022减速，同时进行局部路径调整以避免障碍物进入停车层6011、6012、6013；当停车层内6011、6012、6013有异物时，单片机102发出信号使AGV立即停车，报警单元3发出报警信号并通知远程控制中心。
参照图4，本发明智能防撞系统的工作流程为：AGV开机后，系统初始化各模块单元，待AGV得到远程指令(取货)后，车载主控单元1进行全局路径规划。AGV按照规划好的路径正常行驶，环境检测单元2实时对环境进行监测，包括：激光雷达201实时进行SLAM地图创建、障碍物识别与跟踪，摄像头202获取视频数据并对障碍物进行识别与跟踪，弧形接触缓冲带204与U形接触缓冲带2051和2052进行实时接触防护，激光测距传感器2031和2032检测货叉前方的障碍物距离信息，光电编码器2061和2062反馈当前车速信息。一旦在当前防护范围内发现障碍物，系统首先进行障碍物位置的判定，当障碍物出现在监控层6031、6032和6033时，AGV维持正常运行状态，同时激光雷达201与摄像头202立即进行实时障碍跟踪，直到障碍物离开防护范围；当障碍物出现在减速层6021、6022和6023时，主控单元1立即控制AGV减速以维持安全距离，同时自动调整AGV姿态，进行局部路径规划躲避障碍物；当障碍物出现在停车层6011、6012和6013时，主控单元1控制AGV立即停车并发出报警信号并通知远程控制单元5，远程控制中心503发出调整远程指令(调姿)后，AGV进行姿态调整，并进行局部路径规划躲避障碍物。整个系统的工作是实时进行的，直到完成一次取货-送货任务周期。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种物料搬运自动引导车(Automated Guided Vehicle,AGV)智能防撞系统，该防撞系统可实现AGV车体的双向多层防护，它包括车载主控单元(1)，环境检测单元(2)，动作执行单元(3)，报警单元(4)以及远程控制单元(5)。
2.根据权利要求1所述的防撞系统，其特征在于在AGV前进与后退方向上设定监控层(6031、6032和6033)、减速层(6021、6022和6023)以及停车层(6011、6012和6013)三层防护区域；
车载主控单元(1)对环境检测单元(2)的数据信息进行处理，根据不同防护范围内的障碍物信息，车载主控单元(1)通过控制动作执行单元(3)使AGV做出相应动作：正常行驶、减速调姿或停车；当发生停车事件时，车载主控单元(1)控制报警单元(4)报警并通知远程控制单元(5)对停车事件进行处理。
3.根据权利要求1所述的防撞系统，其特征在于，所述车载主控单元(1)包括：上位机(101)与下位机(102)，下位机选用STM32单片机；
上位机(101)对激光雷达(201)与摄像头(202)采集的数据进行处理，同时实现AGV之间的数据通信；单片机(102)接收激光测距传感器(2051和2052)，光电编码器(2031和2032)的测量数据，并实时查询弧形防撞缓冲带(204)与U形防撞缓冲带(2051和2052)的状态，通过驱动器(403)控制执行电机(4021和4022)。上位机(101)与单片机(102)通过串口通讯，是数据处理，信息融合与决策动作的控制中心。
4.根据权利要求1所述的防撞系统，其特征在于，所述环境检测单元(2)包括：激光雷达(201)、摄像头(202)、激光测距传感器(2031和2032)、光电编码器(2061和2062)、弧形防撞缓冲带(204)、U形防撞缓冲带(2051和2052)；
激光雷达(201)安装于车体前方下部，其功能是实现AGV前方180°区域的扫描；摄像头(202)安装于车体顶部，其主要功能是实现视频数据的检测；激光测距传感器(2031和2032)安装在货叉前端，用于检测货叉前方的障碍物；两光电编码器(2061和2062)分别与两执行电机(4021和4022)相连，其作用是反馈速度信息，弧形防撞缓冲带(204)安装于车体前方与AGV底盘相连，一旦发生碰撞可立即触发急停电路，并将碰撞冲击载荷传递到车体底盘上，减少对AGV主体的损坏；在货叉前端安装有U形防撞缓冲带(2051和2052)，因而当货叉碰到异物时亦可及时停车。
5.根据权利要求1所述的防撞系统，其特征在于，所述动作执行单元3包括：电机驱动器(403)，执行电机(4021和4022)；
车载主控单元(1)处理对环境检测单元(2)各传感器的数据进行处理，通过电机驱动器(403)控制AGV执行电机(4021和4022)执行进行相应的动作：当环境检测单元(2)可检测区域内无异物时，AGV维持当前运行状态；当在监控层(6031、6032和6033)内检测到异物时，激光雷达()201与摄像头(202)开始对异物进行跟踪监控，AGV维持当前运行状态；当在减速层(6021、6022和6023)内检测到异物时，单片机(102)控制执行电机(4021和4022)使AGV减速以维持安全停车距离；当在停车层(6011、6012和6013)内检测到异物时，单片机(102)控制执行电机(4021和4022)使AGV立即停车。
6.根据权利要求1所述的防撞系统，其特征在于，所述报警单元4包括：警报灯(302)与语音报警模块(301)；
当AGV由于碰撞或者即将碰撞造成停车时，警报灯(302)被点亮，同时语音报警模块(301)发出报警声，同时车载控制单元(1)向远程控制单元(5)发出报警信号，等待远程控制中心处理。
7.根据权利要求1所述的防撞系统，其特征在于，所述远程控制单元(5)包括：远程控制中心(503)，远程显示模块(501)，便携式交互模块(502)；
AGV工作现场的环境信息通过WIFI传输到远程控制中心，远程控制中心(503)根据远程显示模块(501)的视频信号对工作现场进行远程监控；当AGV由于碰撞或者即将碰撞停车时，远程控制中心(503)可远程发送指令调整AGV进行相应的动作，实现远程控制；便携式交互模块(502)通过控制中心的服务器能够方便的实现AGV的便携式远程快速管理。
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