本發(fā)明涉及智能物流設(shè)備技術(shù)，尤其涉及一種智能化避障AGV(Automated Guided Vehicle)小車(chē)系統(tǒng)及避障方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的AGV避障設(shè)備，多采用光電電路或者超聲波，只能實(shí)現(xiàn)在短距離和小范圍內(nèi)判斷前方是否有障礙物，然后進(jìn)行停車(chē)處理的方法，對(duì)于慢速情況，這種避障方案可以滿足需求。但是隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，AGV小車(chē)的速度在不斷提升。由于搬運(yùn)的AGV小車(chē)有比較大的慣性，當(dāng)檢測(cè)到前方有障礙物就直接停車(chē)，可能會(huì)發(fā)生撞擊到前方的物體的情況。并且由于AGV小車(chē)一般行駛的路徑不長(zhǎng)，會(huì)對(duì)小車(chē)的執(zhí)行效率和時(shí)間產(chǎn)生較大的負(fù)面影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種智能化避障AGV小車(chē)系統(tǒng)及避障方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種智能化避障AGV小車(chē)系統(tǒng)，包括AGV小車(chē)，霍爾電磁傳感器，激光掃描雷達(dá)，藍(lán)牙模塊和上位機(jī)；所述霍爾電磁傳感器設(shè)置在AGV小車(chē)車(chē)體的正面前端下部，所述激光掃描雷達(dá)設(shè)置AGV小車(chē)車(chē)體的上部，所述AGV小車(chē)的MCU主控模塊通過(guò)藍(lán)牙模塊上位機(jī)通信。

按上述方案，所述智能化避障AGV小車(chē)系統(tǒng)還設(shè)有警示燈模塊和聲音報(bào)警模塊，所述警示燈模塊和聲音報(bào)警模塊通過(guò)藍(lán)牙模塊與上位機(jī)通信。

一種智能化避障AGV小車(chē)系統(tǒng)的避障方法，包括以下步驟：

1)接收上位機(jī)的設(shè)置信息，設(shè)置AGV小車(chē)的目的地、速度、安全距離，并對(duì)行駛路程和時(shí)間清零；

2)通過(guò)激光掃描全局定位傳感器對(duì)AGV小車(chē)進(jìn)行定位(激光掃描全局定位傳感器通過(guò)激光掃描方式檢測(cè)布置在環(huán)境中的已知合作路標(biāo)的方位角，根據(jù)這些方位角及其所對(duì)應(yīng)的合作路標(biāo)的地理位置，計(jì)算出機(jī)器人在參考坐標(biāo)系下的位置和方向)，通過(guò)霍爾電磁傳感器自動(dòng)導(dǎo)航，并且用激光掃描雷達(dá)對(duì)周?chē)矬w進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描，將掃描結(jié)果發(fā)送給上位機(jī)；

3)當(dāng)掃描發(fā)現(xiàn)有物體會(huì)進(jìn)入小車(chē)的安全區(qū)域內(nèi)，對(duì)掃描物體的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行判斷，并根據(jù)判斷的結(jié)果進(jìn)行避障；

若物體的運(yùn)動(dòng)速度大于設(shè)置上限，則上位機(jī)控制AGV小車(chē)報(bào)錯(cuò)鳴笛并且停車(chē)，直至物體離開(kāi)安全區(qū)域，

若物體的運(yùn)動(dòng)速度小于等于設(shè)置上限，則對(duì)AGV小車(chē)車(chē)速進(jìn)行調(diào)控，使得物體或小車(chē)到達(dá)交匯處時(shí)相距等于設(shè)定距離，然后繞過(guò)物體；

若物體為靜止的障礙物擋小車(chē)的行駛路線上，并且在繞行范圍內(nèi)沒(méi)有其他障礙物，則小車(chē)進(jìn)入繞行模式，此時(shí)，通過(guò)上位機(jī)的控制系統(tǒng)記錄離開(kāi)磁軌道時(shí)的小車(chē)偏離軌道的方向，當(dāng)此傳感器再次檢測(cè)到磁軌道時(shí)，進(jìn)入正常模式，繞行時(shí)，通過(guò)激光掃描雷達(dá)，使得物體一直在小車(chē)的安全距離外。

按上述方案，所述小車(chē)的安全區(qū)域是以小車(chē)為中心，作用半徑為設(shè)定長(zhǎng)度的圓形區(qū)域。

按上述方案，所述小車(chē)的安全區(qū)域作用半徑為6m。

按上述方案，所述小車(chē)的安全距離為6m。

按上述方案，所述設(shè)定距離為1m。

按上述方案，所述物體為靜止時(shí)，小車(chē)?yán)@行模式的工作方法如下：小車(chē)的安全區(qū)域內(nèi)尋找到障礙物的邊界，若小車(chē)找到障礙物的邊界，則往距離小車(chē)近的邊界平行行駛，以躲避障礙物；如沒(méi)有找到過(guò)障礙物的邊界，則小車(chē)?yán)^續(xù)行駛，一直到小車(chē)與障礙物相距1m，若仍沒(méi)有找到障礙物的邊界，則根據(jù)激光掃描雷達(dá)判斷小車(chē)行駛路徑與障礙物的角度，小車(chē)往路徑與障礙物成大角度的方向轉(zhuǎn)向；如果小車(chē)與路障成90度，則交替方向拐彎，即與上一次的方向相反，當(dāng)繞開(kāi)了障礙物后，將小車(chē)坐標(biāo)與目的地坐標(biāo)的連線作為新的規(guī)劃路徑。

按上述方案，當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度小于等于設(shè)置上限時(shí)，所述小車(chē)的工作方法如下：對(duì)移動(dòng)物體的速度正交分解，分為小車(chē)運(yùn)動(dòng)方向的速度V_x和垂直于小車(chē)運(yùn)動(dòng)方向的速度V_y，根據(jù)這兩個(gè)速度規(guī)劃一個(gè)最優(yōu)路徑進(jìn)行繞行，具體如下：計(jì)算障礙物垂直于小車(chē)的速度V_y,設(shè)障礙物距離小車(chē)的路徑距離為S₂，到達(dá)時(shí)間為t₃＝S₂/V_y,小車(chē)與障礙物要相撞的距離為S₃，小車(chē)的最大速度為V,到達(dá)時(shí)間為t₄＝S₃/V,比較t4與t3；若t4<t3,則小車(chē)加速到最大速度，否則判斷小車(chē)的運(yùn)動(dòng)方向與運(yùn)動(dòng)速度，來(lái)選擇小車(chē)的繞行方向與繞行速度，繞過(guò)運(yùn)動(dòng)的障礙物，且離小車(chē)的運(yùn)動(dòng)路徑當(dāng)繞過(guò)物體后，將小車(chē)坐標(biāo)與目的地坐標(biāo)的連線作為新的規(guī)劃路徑。

按上述方案，判斷小車(chē)的運(yùn)動(dòng)方向與運(yùn)動(dòng)速度，來(lái)選擇小車(chē)的繞行方向與繞行速度，

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明AGV小車(chē)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性價(jià)比高?；谠揂GV小車(chē)系統(tǒng)的避障方法，通過(guò)系統(tǒng)智能控制小車(chē)使得小車(chē)運(yùn)行效率提高，并且大大降低小車(chē)出現(xiàn)事故的可能性，并且由于激光掃描雷達(dá)的范圍廣距離遠(yuǎn)，使得AGV小車(chē)的適應(yīng)性大大增強(qiáng)。

附圖說(shuō)明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中：

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的小車(chē)避障示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的小車(chē)避障示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例的小車(chē)避障示意圖；

圖中：1-激光掃描全局定位傳感器；2-霍爾電磁傳感器；3-激光雷達(dá)掃描儀；4-支架；5-小車(chē)；6-目的地；7-障礙物；8-規(guī)劃路徑；9-安全區(qū)域。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明是基于激光導(dǎo)航與激光掃描的AGV小車(chē)，包括激光掃描全局定位傳感器1，激光雷達(dá)掃描儀3，小車(chē)主體7，霍爾電磁傳感器2，為了進(jìn)行輔助還在激光掃描全局定位傳感器下加設(shè)了霍爾電磁傳感器2。激光掃描全局定位傳感器安裝在小車(chē)的前部的傳感器支架4上，可以精確的獲得小車(chē)的坐標(biāo)，對(duì)小車(chē)進(jìn)行定位,再加上上位機(jī)系統(tǒng)的時(shí)間，得到小車(chē)的三維坐標(biāo)(x,y，t),根據(jù)前后兩次小車(chē)的坐標(biāo)(x₁，y₁,t₁)，(x₂，y₂,t₂)，得到小車(chē)的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)向量(x₂-x₁,y₂-y₁,t₂-t₁),我們可以得到小車(chē)的運(yùn)動(dòng)速度與運(yùn)動(dòng)方向。藍(lán)牙通信模塊將小車(chē)各個(gè)參數(shù)發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)控制端通過(guò)控制命令控制小車(chē)。

其工作方法如下：

1)通過(guò)PC控制端設(shè)置小車(chē)的出發(fā)點(diǎn)與終點(diǎn)，正常行駛速度，安全距離。

小車(chē)路徑的規(guī)劃，在不考慮路障的情況下，依據(jù)兩點(diǎn)之間直線最短的原則，小車(chē)的初步路徑為一條直線，再根據(jù)路障不斷的修改路線。

2)通過(guò)霍爾電磁傳感器自動(dòng)導(dǎo)航，并且用激光掃描雷達(dá)對(duì)周?chē)矬w進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描；

AGV的前部裝有一個(gè)激光掃描雷達(dá)，其作用半徑是6m,360度全方位掃描，掃描頻率5.5hz,激光掃描雷達(dá)不斷的掃描周?chē)?m的路障情況，超過(guò)6m距離的地形忽略其影響，當(dāng)掃描到一個(gè)障礙點(diǎn)，我們可以得到障礙點(diǎn)與小車(chē)的距離為s,障礙點(diǎn)與小車(chē)坐標(biāo)的連線和車(chē)身的夾角為θ₁，如上所述我們通過(guò)坐標(biāo)運(yùn)算可以得到小車(chē)的方向，則我們可以推算出小車(chē)車(chē)身與X軸的夾角為θ₂，則已知小車(chē)的坐標(biāo)(x,y),則我們可以得到障礙點(diǎn)的坐標(biāo)(x+s*cos(θ₁+θ₂),y+s*sin(θ₁+θ₂)),如此，通過(guò)測(cè)量一系列的點(diǎn)，可以得到小車(chē)周?chē)妮喞匦?，這是建立在激光導(dǎo)航的大坐標(biāo)系下，即我們以倉(cāng)庫(kù)作為參考系，并且坐標(biāo)實(shí)時(shí)更新，小車(chē)可以根據(jù)激光掃描提供的輪廓，判斷前方的障礙物的速度，運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，如遇到靜止的物體，則其坐標(biāo)是不變的，我們可以判斷其為靜止；如果遇到運(yùn)動(dòng)的物體，則其坐標(biāo)會(huì)變化，一旦發(fā)生了坐標(biāo)變化，我們?nèi)∽筮呑兓哪嵌屋喞?，取輪廓的中點(diǎn)，連續(xù)取兩次值，得到(x₃，y₃)，(x₄，y₄)兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，通過(guò)(x₄-x₃,y₄-y₃),我們得到了運(yùn)動(dòng)障礙物的運(yùn)動(dòng)向量，我們得到其運(yùn)動(dòng)速度與運(yùn)動(dòng)方向，根據(jù)下面的算法從而做出相應(yīng)的反應(yīng)。如上所述，初步路徑為直線，遇到障礙物相應(yīng)的控制方式如下(一切數(shù)據(jù)都在不斷的更新)：

(2.1)遇到靜止的障礙物，如不阻礙自己前進(jìn)，正常行駛，如阻礙了自己的前進(jìn)，如圖2所示，6為目的地，5為小車(chē)，7為障礙物，9為安全區(qū)域，8為規(guī)劃路徑，并且在繞行范圍內(nèi)沒(méi)有其他障礙物，小車(chē)進(jìn)入繞行模式，激光雷達(dá)掃描的半徑為6m，如在此距離內(nèi)找到障礙物的邊界，如圖2，小車(chē)找到障礙物的下邊界，則往距離小車(chē)近的邊界行駛；如沒(méi)有找到過(guò)障礙物的邊界，則小車(chē)?yán)^續(xù)行駛，一直到小車(chē)與障礙物相距1m，若仍沒(méi)有找到障礙物的邊界，則判斷小車(chē)與障礙物的角度，小車(chē)往路徑與障礙物所成角度大的方向轉(zhuǎn)向，如在圖3中，小車(chē)往上面拐彎；如果小車(chē)與路障成90度，則交替方向拐彎，即與上一次的方向相反，當(dāng)繞開(kāi)了障礙物，重新規(guī)劃路徑，同上所述，小車(chē)坐標(biāo)與目標(biāo)坐標(biāo)的連線作為新的路徑，當(dāng)再次遇到靜止的障礙物時(shí)，如上述操作。

(2.22)若障礙物運(yùn)動(dòng)，根據(jù)上述的方法得到其運(yùn)動(dòng)向量(x₄-x₃,y₄-y₃)，如不阻礙自己前進(jìn)，正常行駛，否則如圖4所示,方塊為小車(chē)，圓圈為移動(dòng)的障礙物，在對(duì)移動(dòng)物體的速度正交分解，分為小車(chē)運(yùn)動(dòng)方向的速度V_x和垂直于小車(chē)運(yùn)動(dòng)方向的速度V_y，根據(jù)這兩個(gè)速度規(guī)劃一個(gè)最優(yōu)路徑進(jìn)行繞行，具體如下：計(jì)算障礙物垂直于小車(chē)的速度V_y,設(shè)障礙物距離小車(chē)的路徑距離為S₂，到達(dá)時(shí)間為t₃＝S₂/V_y,小車(chē)與障礙物要相撞的距離為S₃，小車(chē)的最大速度為V,到達(dá)時(shí)間為t₄＝S₃/V,比較t4與t3,若t4<t3,則小車(chē)加到最大速度，否則判斷小車(chē)的運(yùn)動(dòng)方向與運(yùn)動(dòng)速度，來(lái)選擇小車(chē)的繞行方向與繞行速度，繞過(guò)運(yùn)動(dòng)的障礙物，且離小車(chē)的運(yùn)動(dòng)路徑當(dāng)繞過(guò)物體后，同上所述，小車(chē)坐標(biāo)與目標(biāo)坐標(biāo)發(fā)的連線作為新的路徑，當(dāng)再次遇到障礙物時(shí)，如上述操作。

本發(fā)明小車(chē)的后部還設(shè)有警示燈模塊，聲音模塊，如有物體進(jìn)入小車(chē)設(shè)定的安全距離內(nèi)報(bào)錯(cuò)，小車(chē)的警示燈將有綠變紅，并傳送給上位機(jī)，小車(chē)將發(fā)出報(bào)警音。

小車(chē)減速慢行，加速，繞行都會(huì)有不同頻率的報(bào)警音。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。