本實(shí)用新型涉及一種能夠定位導(dǎo)航的自動引導(dǎo)搬運(yùn)小車，特別是一種采用輪轂電機(jī)驅(qū)動的AGV小車。

背景技術(shù)：

自動導(dǎo)引小車(Automated Guided Vehicle，簡稱AGV)指裝備有電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛的無人駕駛運(yùn)輸車，多用于倉儲等行業(yè)，以實(shí)現(xiàn)物料的自動裝卸和搬運(yùn)。

目前已知的AGV裝備有電磁或光學(xué)引導(dǎo)裝置，或是通過超聲波傳感器等對路徑進(jìn)行探測，但這些裝置的安裝增加了與控制器的連線，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，傳感器的工作易受工作環(huán)境影響，增加了潛在的不穩(wěn)定性，并且提高了整個系統(tǒng)的成本、安裝難度和后期的維護(hù)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種采用輪轂電機(jī)驅(qū)動的AGV小車，該采用輪轂電機(jī)驅(qū)動的AGV小車一方面能減少小傳感器按照數(shù)量，降低成本，小車運(yùn)動位置測量準(zhǔn)確，減少潛在的不穩(wěn)定因素；另外，與視覺導(dǎo)航以及磁導(dǎo)航的路徑規(guī)劃相比，對小車工作環(huán)境的依賴較小，不會因?yàn)橐话愕沫h(huán)境變化導(dǎo)致小車無法正常運(yùn)行。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

一種采用輪轂電機(jī)驅(qū)動的AGV小車，包括AGV小車、輪轂電機(jī)、控制器、路徑規(guī)劃模塊、檢測輪模塊和車體偏差調(diào)整控制模塊。

AGV小車的驅(qū)動輪均由輪轂電機(jī)所驅(qū)動。

路徑規(guī)劃模塊內(nèi)置在控制器中，用于規(guī)劃AGV小車行駛路徑上的若干個定位點(diǎn)以及提供每個定位點(diǎn)的坐標(biāo)信息。

檢測輪模塊，用于記錄AGV小車的行駛狀況并記錄AGV小車當(dāng)前的位置坐標(biāo)，并且能夠判斷AGV小車的轉(zhuǎn)向方向、圓點(diǎn)和半徑。

車體偏差調(diào)整控制模塊，用于檢測判斷AGV小車是否到達(dá)定位點(diǎn)以及位姿是否正確。

控制器，用于對路徑規(guī)劃模塊、檢測輪模塊和車體偏差調(diào)整控制模塊提供的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，并將驅(qū)動信號送入輪轂電機(jī)，使得AGV小車實(shí)現(xiàn)直線行駛或差速轉(zhuǎn)向。

所述驅(qū)動輪為兩個，對稱設(shè)置于AGV小車的前方底部。

所述檢測輪模塊包括從動輪和編碼器，每個驅(qū)動輪安裝一個從動輪，每個從動輪上設(shè)置一個編碼器；編碼器能根據(jù)兩個從動輪的差速判斷AGV小車的轉(zhuǎn)向方向、圓點(diǎn)和半徑。

所述車體偏差調(diào)整控制模塊為設(shè)置于AGV小車底盤前方中軸線兩側(cè)的霍爾傳感器。

還包括對稱設(shè)置于AGV小車后方底部的萬向輪。

還包括設(shè)置于AGV小車四周的紅外傳感器。

本實(shí)用新型采用上述結(jié)構(gòu)后，一方面能減少小傳感器按照數(shù)量，降低成本，小車運(yùn)動位置測量準(zhǔn)確，減少潛在的不穩(wěn)定因素；另外，與視覺導(dǎo)航以及磁導(dǎo)航的路徑規(guī)劃相比，對小車工作環(huán)境的依賴較小，不會因?yàn)橐话愕沫h(huán)境變化導(dǎo)致小車無法正常運(yùn)行。

附圖說明

圖1顯示了本實(shí)用新型一種采用輪轂電機(jī)驅(qū)動的AGV小車的原理示意圖。

圖2顯示了本實(shí)用新型一種采用輪轂電機(jī)驅(qū)動的AGV小車的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3顯示了本實(shí)用新型采用輪轂電機(jī)驅(qū)動的AGV小車進(jìn)行路徑規(guī)劃方法的流程示意圖。

圖4顯示了地圖數(shù)據(jù)庫的一種實(shí)施例。

圖5顯示了AGV小車的尺寸分析圖。

圖6顯示了AGV小車的轉(zhuǎn)向示意圖。

圖7顯示了車體偏差調(diào)整過程示意圖。

其中有：1-霍爾傳感器；2-編碼器；3-驅(qū)動輪；4-從動輪；5-AGV小車；6-控制器；7-萬向輪。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體較佳實(shí)施方式對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

如圖1和圖2所示，一種采用輪轂電機(jī)驅(qū)動的AGV小車，包括AGV小車5、輪轂電機(jī)、控制器6、路徑規(guī)劃模塊、檢測輪模塊、車體偏差調(diào)整控制模塊、萬向輪7和紅外傳感器。

AGV小車的驅(qū)動輪3均由輪轂電機(jī)所驅(qū)動。驅(qū)動輪優(yōu)選為兩個，對稱設(shè)置于AGV小車的前方底部。

路徑規(guī)劃模塊內(nèi)置在控制器中，用于規(guī)劃AGV小車行駛路徑上的若干個定位點(diǎn)以及提供每個定位點(diǎn)的坐標(biāo)信息。路徑規(guī)劃模塊，本申請也稱之為地圖數(shù)據(jù)庫或地圖數(shù)據(jù)信息。

檢測輪模塊，用于記錄AGV小車的行駛狀況并記錄AGV小車當(dāng)前的位置坐標(biāo)，并且能夠判斷AGV小車的轉(zhuǎn)向方向、圓點(diǎn)和半徑。

上述檢測輪模塊優(yōu)選包括從動輪4和編碼器2，每個驅(qū)動輪安裝一個從動輪，每個從動輪上設(shè)置一個編碼器；編碼器能根據(jù)兩個從動輪的差速判斷AGV小車的轉(zhuǎn)向方向、圓點(diǎn)和半徑。

車體偏差調(diào)整控制模塊，用于檢測判斷AGV小車是否到達(dá)定位點(diǎn)以及位姿是否正確。

上述車體偏差調(diào)整控制模塊優(yōu)選為設(shè)置于AGV小車底盤前方兩側(cè)的兩個霍爾傳感器1。

控制器，用于對路徑規(guī)劃模塊、檢測輪模塊和車體偏差調(diào)整控制模塊提供的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，并將驅(qū)動信號送入輪轂電機(jī)，使得AGV小車實(shí)現(xiàn)直線行駛或差速轉(zhuǎn)向。

上述萬向輪優(yōu)選為兩個，對稱設(shè)置于AGV小車的后方底部，用于輔助驅(qū)動輪3實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。

上述紅外傳感器優(yōu)選設(shè)置于AGV小車的四周，當(dāng)紅外傳感器檢測到附近有物體時，將使小車停止，用于AGV小車的避障。

一種采用輪轂電機(jī)驅(qū)動的AGV小車進(jìn)行路徑規(guī)劃的方法，如圖3所示，包括如下步驟。

步驟1，更新定位點(diǎn)坐標(biāo)信息：通過對AGV小車的任務(wù)分配，在路徑規(guī)劃模塊中標(biāo)出AGV小車當(dāng)前位置到目標(biāo)定位點(diǎn)的路徑，標(biāo)記途徑的定位點(diǎn)，并為途經(jīng)的定位點(diǎn)排序，然后記錄出發(fā)點(diǎn)及各個定位點(diǎn)坐標(biāo)。

本步驟1中，定位點(diǎn)采用事先鋪設(shè)的方法，定位點(diǎn)為磁道釘。

步驟2，小車行駛狀態(tài)確定：AGV小車中的控制器將出發(fā)點(diǎn)坐標(biāo)與下一定位點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行對比，并確定AGV小車是直線行駛還是進(jìn)行差速轉(zhuǎn)向行駛；然后，控制器指令輪轂電機(jī)按照所確定的行駛狀態(tài)驅(qū)動AGV小車進(jìn)行行駛。

本步驟2中，AGV小車行駛狀態(tài)的確定方法如下。

第一步，直線行駛確定：AGV小車每到達(dá)一個定位點(diǎn)會將接下來的兩個定位點(diǎn)的坐標(biāo)納入計(jì)算，先判斷是否滿足直線行駛條件，如滿足直線行駛條件，AGV小車在到達(dá)定位點(diǎn)及下一個定位點(diǎn)之間將進(jìn)行直線行駛。

如圖4所示，小車要執(zhí)行從A點(diǎn)到D點(diǎn)的任務(wù)，途徑的定位點(diǎn)及其坐標(biāo)依次為：

A(x_a,y_a)；B(x_b,y_b)；C(x_c,y_c)；D(x_d,y_d)。

設(shè)小車的初始位置為圖3中的A點(diǎn)(x_a,y_a)，方向?yàn)閥軸正方向，準(zhǔn)備向B點(diǎn)(x_b,y_b)行駛。通過控制器的計(jì)算提供該路段的定位算法，方向：y軸正向；橫坐標(biāo)：x＝x_b-x_a＝0；縱坐標(biāo)：y＝y(tǒng)_b-y_a；滿足直線行駛條件，控制器將信號送入輪轂電機(jī)，使驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)，小車向前行駛到B點(diǎn)。

第二步，轉(zhuǎn)彎確定：當(dāng)?shù)谝徊街信袛酁椴粷M足直線行駛條件時，則判定為需要轉(zhuǎn)彎。

第三步，確定AGV小車的轉(zhuǎn)彎條件：轉(zhuǎn)彎條件包括轉(zhuǎn)彎方向dir、轉(zhuǎn)彎半徑R、轉(zhuǎn)彎角度θ和左右兩個驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速：其中，

AGV小車左驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速n_l為：

$n_l=\frac{30}{\mathrm{\π}}{\mathrm{\ω}}_l=\frac{30v\[1-dir\frac{d\mathrm{\θ}}{R}\]}{\mathrm{\π}r}$

AGV小車右驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速n_r為：

$n_r=\frac{30}{\mathrm{\π}}{\mathrm{\ω}}_r=\frac{30v\[1+dir\frac{d\mathrm{\θ}}{R}\]}{\mathrm{\π}r}$

式中，如圖5所示，ω_l為左驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)向角速度；ω_r為右驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)向角速度；v為小車轉(zhuǎn)彎線速度，為固定值，可以人為進(jìn)行設(shè)定；d為左右兩個驅(qū)動輪到小車軸線的距離；r為小車驅(qū)動輪半徑；R為小車轉(zhuǎn)彎半徑，為一恒定值；dir為小車的轉(zhuǎn)向，取值為1、0或-1；θ為小車轉(zhuǎn)彎角度。

如圖6所示，假設(shè)AGV小車的行駛路徑依次包括M(x_m,y_m)、N(x_n,y_n)、P(x_p,y_p)、Q(x_q,y_q)四個點(diǎn)位點(diǎn)，且定位點(diǎn)N和定位點(diǎn)P之間具有轉(zhuǎn)彎。

此時，小車到達(dá)M點(diǎn)時會將N點(diǎn)和P點(diǎn)納入計(jì)算，轉(zhuǎn)彎方向dir計(jì)算公式為：

dir＝sgn[(x_n-x_m)(y_q-y_p)-(y_n-y_m)(x_q-x_p)]

在圖6中，dir＝-1＜0，則判定為右轉(zhuǎn)彎，小車將Q點(diǎn)也納入計(jì)算。

轉(zhuǎn)向角θ的計(jì)算公式為：

$\mathrm{\θ}=arccos\[\frac{(x_n-x_m)(x_q-x_p)+(y_n-y_m)(y_q-y_p)}{\sqrt{{(x_n-x_m)}^2+{(y_n-y_m)}^2}\sqrt{(x_q-x_p)+{(y_q-y_p)}^2}}\]$

在定位點(diǎn)N和定位點(diǎn)P之間找出小車轉(zhuǎn)彎起始點(diǎn)E、轉(zhuǎn)彎輔助點(diǎn)J(x_j,y_j)(在轉(zhuǎn)彎開始前小車保持兩驅(qū)動輪軸線中點(diǎn)向J點(diǎn)直線行駛)、轉(zhuǎn)彎輔助點(diǎn)F和轉(zhuǎn)彎結(jié)束點(diǎn)G，則：

$x_j=\frac{(x_m-x_n)\[y_p(x_q-x_p)-x_p(y_q-y_p)\]-(x_p-x_q)\[y_m(x_n-x_m)-x_m(y_n-y_m)\]}{(y_n-y_m)(x_p-x_q)-(y_q-y_p)(x_m-x_n)}$

$y_j=\frac{(y_q-y_p)\[y_m(x_n-x_m)-x_m(y_n-y_m)\]-(y_n-y_m)\[y_p(x_q-x_p)-x_p(y_q-y_p)\]}{(y_n-y_m)(x_p-x_q)-(y_q-y_p)(x_m-x_n)}$

點(diǎn)E到點(diǎn)J的直線距離如下：

$\left|\stackrel{\‾}{EJ}\right|=r\·tan\left(0.5\mathrm{\θ}\right)$

點(diǎn)E到點(diǎn)N的直線距離L為：

$L=\sqrt{{(x_j-x_n)}^2+{(y_j-y_n)}^2}-R\·tan\left(0.5\mathrm{\θ}\right)$

根據(jù)上述信息，即可實(shí)現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)向行駛。

步驟3，小車行駛狀態(tài)檢測：AGV小車在步驟2所確定的直線行駛或差速轉(zhuǎn)向行駛過程中，檢測輪模塊將判斷AGV小車是否按指令行進(jìn)。若小車未按照指令行駛，則判斷小車驅(qū)動輪出于某種原因處于打滑或空轉(zhuǎn)狀態(tài)，小車停機(jī)并報警。

步驟4，車體偏差調(diào)整：AGV小車每行駛到一個定位點(diǎn)，判斷一次當(dāng)前位姿，并通過計(jì)算得到位姿矯正行駛數(shù)據(jù)；AGV小車在直線路段行駛的過程中，進(jìn)行一次車體偏差調(diào)整，直到小車行駛到下一個定位點(diǎn)。

車體偏差調(diào)整過程如下：

如圖7所示，通過車體偏差調(diào)整控制模塊檢測磁釘?shù)玫叫≤嚨钠平嵌圈?小車中軸線與路徑方向的夾角)和小車的偏移距離h(也即小車兩驅(qū)動輪軸線中點(diǎn)到路徑的距離|AP|)，然后計(jì)算小車轉(zhuǎn)彎半徑R＝h/cosα，小車轉(zhuǎn)彎角度θ₁＝α+π/3(∠HO₁I)，θ₂＝π/3(∠KO₂I)，接下來可按照步驟2中的第三步轉(zhuǎn)彎部分行駛。

步驟5，車體偏差調(diào)整控制模塊檢測到下一定位點(diǎn)，更新前進(jìn)信息，繼續(xù)向后一個定位點(diǎn)前進(jìn)，直至到達(dá)目標(biāo)定位點(diǎn)，完成任務(wù)。

以上詳細(xì)描述了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行多種等同變換，這些等同變換均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。