CN101231527A - 自动导引车分布式测控装置及停车定位控制方法 - Google Patents

自动导引车分布式测控装置及停车定位控制方法 Download PDF

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CN101231527A CNA2008100594945A CN200810059494A CN101231527A CN 101231527 A CN101231527 A CN 101231527A CN A2008100594945 A CNA2008100594945 A CN A2008100594945A CN 200810059494 A CN200810059494 A CN 200810059494A CN 101231527 A CN101231527 A CN 101231527A
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Abstract

本发明公开了一种基于多测控单元的自动导引车分布式测控装置及停车定位的控制方法。它基于RS232通信线和数字I/O通道，采用工控主机为调度核心，多个测控单元独立布置的分布式结构。工控机配置串口扩展卡，工控机通过串口和与驱动控制器、转向控制器、避障/称重控制器、无线控制器、RFID控制器和操作控制器等建立通信，各控制器基于单片机，独立工作，分别负责相应功能的测控任务。地面上铺设有标识符号和电子标签，作为停车定位使用，结合RFID和图像识别技术可以实现精确定位。本发明功能明确，可靠性强，运行稳定，能满足运行车辆中的实时性和安全性要求，而且易扩充。

Description

自动导引车分布式测控装置及停车定位控制方法
技术领域
本发明涉及离散制造工厂车间内部的生产物流装备技术领域，尤其涉及一种自动导引车分布式测控装置及停车定位方法。
背景技术
AGV(自动导引车)技术是生产物流自动化先进性的一个重要体现。由于AGV是由多个子***构成的复杂***，为了满足整车的动力性、安全性、经济性等目标，***中各部件需彼此协作、优化匹配，而且用于生产车间内的自动导引车应该能应付各类意外情况，如安全保护，避障等等，此外AGV还会有定位精度等要求，这些任务需要由测控***来完成。采用分布式测控结构，由一个以单片机为核心的测控模块来完成一项比较独立的功能，并由高性能的工控机统一调度，是使众多子***实现协同的有效途径，因此设计出合理的、基于分布式控制的自动导引车是提高自动导引车性能价格比的有效途径。
发明内容
本发明的目的是提供一种自动导引车分布式测控装置及停车定位方法。
自动导引车分布式测控装置包括车体，车体底部设有第一导向轮、第二导向轮、第一驱动轮、第二驱动轮，车体内设有驱动电机，直流驱动电机与无极变速箱、驱动电机控制器相连接，其特征在于在车体内设有工控机，工控机内设有图像采集卡和串口扩展卡，图像采集卡通过视频电缆与彩色CCD摄像机连接，串口扩展卡通过RS232多分支连接电缆分别与车体内的驱动控制器、转向控制器、避障/称重控制器、无线控制器、RFID控制器和操作控制器相连接，各个控制器间通过5条双向的数据I/O线相连接；驱动控制器与速度控制器、旋转编码器相连接，速度控制器与直流驱动电机相连；转向控制器与转角***、第一转向指示灯、第二转向指示灯、步进电机控制器相连接，步进电机控制器与步进电机相连接，步进电机通过联动轴与传动齿轮相连接，传动齿轮带动导向齿轮盘，导向齿轮盘与导向轮连接杆相连接，导向轮连接杆与第一导向轮、第二导向轮相连接；避障/称重控制器与第一超声传感器、第二超声传感器、第一测障器、第二测障器、第三测障器、向后倾斜安装的第一光电传感器、第二光电传感器、第一称重传感器、第二称重传感器、第三称重传感器、第四称重传感器、避障报警灯、第一偏移灯、第二偏移灯、第三偏移灯、第四偏移灯和驱动控制器相连接；RFID控制器与RFID读写器相连接；操作控制器与驱动控制器、避障/称重控制器、RFID控制器、第一喇叭，第二喇叭、日光灯、红外接收器、手动按键相连接。
所述的转角***包括角度定位杆和上层光电传感器组、下层光电传感器组，角度定位杆垂直导向齿轮盘放置，角度定位杆一端与定位杆支撑架末端相连接，定位杆支撑架通过增高垫片和两个螺栓与导向齿轮盘相连接；环形支架通过固定支架上的固定孔与车体支架相连接，环形支架上设有光电传感器组，光电传感器组由11个光电传感器组成，分为上层光电传感器组和下层光电传感器组两排，分布在导向齿轮盘上下两侧，上层光电传感器组向上倾斜，下层光电传感器组向下倾斜，上层光电传感器组设有六个光电传感器，下层光电传感器组设有五个光电传感器。
所述的测障器的前端是接触杆，在接触杆上垂直设有第一顶杆、第二顶杆，第一顶杆设有第一触发螺栓，第一顶杆外套有第一顶杆套，第一顶杆套内设有第一弹簧，在第一顶杆套外部设有第一测障接近开关，在第一顶杆套上开有与第一触发螺栓相当配合的槽口，在第一顶杆套的后端设有第一调节螺栓，在第一顶杆套的侧面设有第一固定支架、第二固定支架；第二顶杆设有第二触发螺栓，第二顶杆外套有第二顶杆套，在第二顶杆套内设有第二弹簧；在第二顶杆套外部设有第二测障接近开关；在第二顶杆套上开有与第二触发螺栓相配合槽口；在第二顶杆套的后端设有第二调节螺栓，在第二顶杆套的侧面设有第三固定支架、第四固定支架。
自动导引车分布式测控装置的停车定位控制方法：由摄像头采集路面图像信息，工控机进行实时图像处理，利用自动调光的方法控制车载光源，当前方出现地面铺设停车符号后，工控机发送射频识别标签读写器的启动信息，进行射频识别标签的探测，同时发送减速指令，车辆缓慢前行，当射频识别标签读写器读到事先将地面信息写入的所需停车标签时，射频识别标签控制器通过I/O数据线控制驱动控制器，车辆再次减速，旋转编码器开始计数，当旋转编码器的输出达到指定值时，由驱动控制器发送停止指令，实现精确停车定位。
所述的自动调光的方法：CCD摄像头采集图像，经过工控机计算该图像灰度均值G，如果当前G值和上三帧图像的灰度均值差异大于一定值，表明环境亮度有变化，那么以该均值G为输入，按下式计算：
               L＝a+b/(G+c)
式中a，b，c为可调参数，L是输出。工控机将L数值通过RS232传给操作控制器，操作控制器中的PIC18F452单片机完成数字电位器阻值调节，从而控制通过日光灯的电流，使CCD采集图像达到合适的亮度，实现照明的闭环控制。
本发明与现有技术相比具有的有益效果：
1.本发明采用分布式单片机控制结构，功能明确，实时性强，安全可靠，维护和改进都更加容易，工控机可以专注于图像算法和控制算法的运行，而且图像识别***和测控***之间功能相对独立，接口简单。
2、在车辆转角定位上，将光电传感器组分为上下两组，缩小了各个定位区域的角度范围，再配合步进电机脉冲数的计算，可以达到较好的导向轮转角定位，而且该模式运行时波动小，反应快，测量准确，所以能提高车辆运行的控制效果，避免自动导引车运行中丢路现象。
3、通过图像识别和射频识别标签融合的技术，工控机、驱动控制器、RFID控制器协调工作，实现AGV精确的停车定位。
总之本发明具有良好的环境适应能力和导航定位精度，且成本较低，能够被许多中小企业所接受。
附图说明
图1是本发明自动导引车中测控装置的俯视示意图；
图2是本发明自动导引车中测控装置的立面示意图；
图3是本发明导向轮转角转角***的俯视示意图；
图4是本发明导向轮转角转角***的立面示意图；
图5是本发明自动导引车机械式测障器的俯视示意图；
图6是本发明自动导引车机械式测障器的立面示意图；
图7是本发明可变光源控制***连接框图。
图8是本发明多测控模块连接框图；
图9是本发明自动导引车精确停车定位操作流程；
图中：1.右转向指示灯，2.日光灯，3.右超声传感器，4.左超声传感器，5.天线，6.第一导向轮向指示灯，7、第一导向轮测障器，8.无线控制器，9.彩色CCD摄像头，10.RFID读写器测障器，11.第一个称重传感器，12.第一导向轮，13.避障/称重控制器，14.第一喇叭，15.RFID读写器，16.液晶显示器，17.红外接收器，18.操作控制器，19.第二喇叭，20.第一驱动轮，21.第二称重传感器，22.第一光电传感器，23.直流电机，24.速度控制器，25.工控计算机，26.驱动控制器，27.旋转编码器，28.变速箱，29.第二光电传感器，30.第三称重传感器，31.第二驱动轮，32.图像采集卡，33.串口扩展卡，34.转向控制器，35.传动齿轮，36.步进电机控制器，37.转角***，38.导向齿轮盘，39.RFID控制器，40.导向轮连接杆，41.第二导向轮，42.第四称重传感器，43.第二导向轮测障器，44.总重超限灯，45.第一偏移灯，46.第二偏移灯，47.第三偏移灯，48.第四偏移灯，49.遇障报警灯，50.载货凹板，51.电源开关键，52.前进/后退设定键，53.车辆启动键，54.调速旋钮，55.速度极限旋钮，56.日光灯开关，57.定位杆支撑架，58.增高垫片，59.角度定位杆，60.上层光电传感器组，61.下层光电传感器组，62.环形支架，63.固定支架，64.固定孔，65.联动轴，66.步进电机，67.接触杆，68.第一顶杆，69.第一顶杆套，70.第一触发螺栓，71.第一测障接近开关，72.第一固定支架，73.第一弹簧，74.第一调节螺栓，75.第二固定支架，76.第二顶杆，77.第二顶杆套，78.第二触发螺栓，79.第三固定支架，80.第二测障接近开关，81.第四固定支架，82.第二弹簧，83.第二调节螺栓。
具体实施方式
如图1、2、8所示，自动导引车分布式测控装置，包括车体，车体底部设有第一导向轮12、第二导向轮41、第一驱动轮20、第二驱动轮31，车体内设有驱动电机23，直流驱动电机23与无极变速箱28、驱动电机控制器26，其特征在于在车体内设有工控机25，工控机25内设有图像采集卡32和串口扩展卡33，图像采集卡32通过视频电缆与彩色CCD摄像机9连接，串口扩展卡33通过RS232多分支连接电缆分别与车体内的驱动控制器26、转向控制器34、避障/称重控制器13、无线控制器8、RFID控制器39和操作控制器18相连接，各个控制器间通过5条双向的数据I/O线相连接；驱动控制器26与速度控制器24、旋转编码器27相连接，速度控制器24与直流驱动电机23相连；转向控制器34与转角***37、第一转向指示灯6、第二转向指示灯1、步进电机控制器36相连接，步进电机控制器36与步进电机66相连接，步进电机66通过联动轴65与传动齿轮35相连接，传动齿轮35带动导向齿轮盘38，导向齿轮盘38与导向轮连接杆40相连接，导向轮连接杆40与第一导向轮12、第二导向轮41相连接；避障/称重控制器13与第一超声传感器3、第二超声传感器4、第一测障器7、第二测障器10、第三测障器43、向后倾斜安装的第一光电传感器22、第二光电传感器29、第一称重传感器11、第二称重传感器21、第三称重传感器30、第四称重传感器42、避障报警灯49、第一偏移灯45、第二偏移灯46、第三偏移灯47、第四偏移灯48和驱动控制器26相连接；RFID控制器39与RFID读写器15相连接；操作控制器18与驱动控制器26、避障/称重控制器13、RFID控制器39、第一喇叭14，第二喇叭19、日光灯、红外接收器、手动按键相连接。
驱动控制器通过直流永磁电机速度控制器实现对直流电机的控制，完成车辆启停、加减速、倒车等操作，并利用旋转编码器对速度进行反馈。转向控制器通过步进电机控制器实现对转向步进电机的控制，通过齿轮传动方式最终实现前轮的转向，转向控制器配置有转角***可实现转角的区域定位，并且通过记录转向脉冲数，实现小区域内的精确定位。避障/称重测控模块主要完成货物称重监控和安全测障功能，可以完成货物超限报警、货物分布异常报警；避障/称重测控模块除了利用超声传感器检测前方物体、斜向布置的光电传感器检测倒车障碍，还利用机械式测障器检测地面的障碍物体，保护车体下方的设备，尤其是低位安装的RFID读写器，测障器分段布置的结构使得车辆下方不同位置可通过的障碍高度可以不同，避免了不必要的停车。无线收发模块则是通过ISM无线收发器实现和中央控制室内调度计算机的通讯。操作控制器则是提供了红外遥控操作和手动操作两种模式，进行车辆运行的人工干预。
自动导引车分布式测控装置基于RS232通信线，将工控机和独立分布控制器连接为一体，实现一对多通讯；各个控制器间通过5条双向的数据I/O线进行信号交换，五根数字线不同电平的组合，代表着不同的指令含义，见表1所示。各个控制器在发送指令前，需要先检测数据线是否出于空闲状态，然后才能发送指令。
             表1  I/O线指令含义表
  序号   IO线状态   发送方   接收方   指令含义
  1   2   3   4   5
  1   0   0   0   0   0   空闲
  2   1   1   1   1   1   空闲
  3   0   0   0   0   1   操作控制器   驱动控制器   启动
  4   0   0   0   1   0   操作控制器   驱动控制器   停车
  5   0   0   0   1   1   操作控制器   驱动控制器   设置为前进状态
  6   0   0   1   0   0   操作控制器   驱动控制器   设置为后退状态
  7   0   1   X   X   X   操作控制器   驱动控制器   调速到指定挡
  8   1   0   1   X   X   操作控制器   驱动控制器   调极限速到指定挡
  9   1   0   0   0   1   操作控制器   驱动控制器   速度下调一挡
  10   1   0   0   1   0   操作控制器   驱动控制器   速度上调一挡
  11   1   0   0   1   1   驱动控制器   操作控制器   异常1，喇叭报警
  12   1   1   0   0   0   驱动控制器   操作控制器   异常2，喇叭报警
  13   1   1   0   0   1   避障/称重控制器   驱动控制器   超重或者货物位移偏移，不能开车
  14   1   1   0   1   0   避障/称重控制器   驱动控制器   遇到障碍，要求停车
  15   1   1   0   1   1   避障/称重控制器   驱动控制器   遇到障碍，先倒车半米，再停车
  16   1   1   1   0   0   RFID控制器   驱动控制器   检测到RFID标签，减速并延时停车
  17   1   1   1   0   1   RFID控制器   驱动控制器   检测到RFID标签，立即停车
  18   1   1   1   1   0   备用
  14   1   1   1   0   1   备用
注：X代表可以0或者1。
如图3、4所示，转角***37包括角度定位杆59和上层光电传感器组60、下层光电传感器组61，角度定位杆59垂直导向齿轮盘38放置，角度定位杆59一端与定位杆支撑架57末端相连接，定位杆支撑架57通过增高垫片58和两个螺栓与导向齿轮盘38相连接；环形支架62通过固定支架63上的固定孔64与车体支架相连接，环形支架62上设有光电传感器组，光电传感器组由11个光电传感器组成，分为上层光电传感器组60和下层光电传感器组61两排，分布在导向齿轮盘38上下两侧，上层光电传感器组向上倾斜，下层光电传感器组向下倾斜，上层光电传感器组60设有六个光电传感器，下层光电传感器组61设有五个光电传感器。
当车轮转动时，角度定位杆随传动齿盘一起转动，光电传感器组固定在车架上的不随车轮转动，角度定位杆触发上下两排光电传感器组内的光电传感器达到区域定位，转向控制器34再通过记录步进电机的脉冲累积达到精确定位。
如图5、6所示，测障器的前端是接触杆67，在接触杆67上垂直设有第一顶杆68、第二顶杆76，第一顶杆68设有第一触发螺栓70，第一顶杆外套有第一顶杆套69，第一顶杆套内设有第一弹簧73，在第一顶杆套外部设有第一测障接近开关71，在第一顶杆套上开有与第一触发螺栓70相当配合的槽口，在第一顶杆套的后端设有第一调节螺栓74，在第一顶杆套的侧面设有第一固定支架72、第二固定支架75；第二顶杆设有第二触发螺栓78，第二顶杆外套有第二顶杆套77，在第二顶杆套内设有第二弹簧82；在第二顶杆套外部设有第二测障接近开关80；在第二顶杆套上开有与第二触发螺栓78相配合槽口；在第二顶杆套的后端设有第二调节螺栓83，在第二顶杆套的侧面设有第三固定支架79、第四固定支架81。
一旦遇到障碍物，接触杆67受压压缩弹簧73、82，导致触发螺栓70、78被推进，从而触发第一测障接近开关71或者第二测障接近开关80。
停车定位控制方法是由摄像头9采集路面图像信息，工控机25进行实时图像处理，利用自动调光的方法控制车载光源，当前方出现地面铺设停车符号后，工控机发送射频识别标签读写器15的启动信息，进行射频识别标签的探测，同时发送减速指令，车辆缓慢前行，当射频识别标签读写器读到事先将地面信息写入的所需停车标签时，射频识别标签控制器通过I/O数据线控制驱动控制器26，车辆再次减速，旋转编码器27开始计数，当旋转编码器的输出达到指定值时，由驱动控制器发送停止指令，实现精确停车定位。
工控机确定前方出现停车符号后，利用串口4将所预期的RFID标签数字传送给RFID控制器，并启动RFID读写器进入探测阶段，同时利用串口2给驱动控制器发送减速指令，保证RFID读写及时准确；一旦RFID读写器读到停车标签，RFID控制器令五根I/O数据线点电平分别为1、1、1、0、0，(1为高电平，0为低电平)，驱动控制器发送指令，令车辆再次减速，旋转编码器开始计数，当旋转编码器的输出达到指定值时，由驱动控制器令五根I/O数据线点电平分别为1、1、1、0、1，速度控制器令车辆停止，实现精确停车定位。
所述的自动调光的方法：CCD摄像头9采集图像，经过工控机计算该图像灰度均值G，如果当前G值和上三帧图像的灰度均值差异大于一定值，表明环境亮度有变化，那么以该均值G为输入，按下式计算：
              L＝a+b/(G+c)
式中a，b，c为可调参数，L是输出。工控机25将L数值通过RS232传给操作控制器18，操作控制器中的PIC18F452单片机完成数字电位器阻值调节，从而控制通过日光灯2的电流，使CCD采集图像达到合适的亮度，实现照明的闭环控制。

Claims (5)

1.一种自动导引车分布式测控装置，包括车体，车体底部设有第一导向轮(12)、第二导向轮(41)、第一驱动轮(20)、第二驱动轮(31)，车体内设有驱动电机(23)，直流驱动电机(23)与无极变速箱(28)、驱动电机控制器(26)相连接，其特征在于在车体内设有工控机(25)，工控机(25)内设有图像采集卡(32)和串口扩展卡(33)，图像采集卡(32)通过视频电缆与彩色CCD摄像机(9)连接，串口扩展卡(33)通过RS232多分支连接电缆分别与车体内的驱动控制器(26)、转向控制器(34)、避障/称重控制器(13)、无线控制器(8)、RFID控制器(39)和操作控制器(18)相连接，各个控制器间通过5条双向的数据I/O线相连接；驱动控制器(26)与速度控制器(24)、旋转编码器(27)相连接，速度控制器(24)与直流驱动电机(23)相连；转向控制器(34)与转角***(37)、第一转向指示灯(6)、第二转向指示灯(1)、步进电机控制器(36)相连接，步进电机控制器(36)与步进电机(66)相连接，步进电机(66)通过联动轴(65)与传动齿轮(35)相连接，传动齿轮(35)带动导向齿轮盘(38)，导向齿轮盘(38)与导向轮连接杆(40)相连接，导向轮连接杆(40)与第一导向轮(12)、第二导向轮(41)相连接；避障/称重控制器(13)与第一超声传感器(3)、第二超声传感器(4)、第一测障器(7)、第二测障器(10)、第三测障器(43)、向后倾斜安装的第一光电传感器(22)、第二光电传感器(29)、第一称重传感器(11)、第二称重传感器(21)、第三称重传感器(30)、第四称重传感器(42)、避障报警灯(49)、第一偏移灯(45)、第二偏移灯(46)、第三偏移灯(47)、第四偏移灯(48)和驱动控制器(26)相连接；RFID控制器(39)与RFID读写器(15)相连接；操作控制器(18)与驱动控制器(26)、避障/称重控制器(13)、RFID控制器(39)、第一喇叭(14)，第二喇叭(19)、日光灯(2)、红外接收器、手动按键相连接。
2.根据权利要求1所述的一种自动导引车分布式测控装置，其特征在于所述的转角***(37)包括角度定位杆(59)和上层光电传感器组(60)、下层光电传感器组(61)，角度定位杆(59)垂直导向齿轮盘(38)放置，角度定位杆(59)一端与定位杆支撑架(57)末端相连接，定位杆支撑架(57)通过增高垫片(58)和两个螺栓与导向齿轮盘(38)相连接；环形支架(62)通过固定支架(63)上的固定孔(64)与车体支架相连接，环形支架(62)上设有光电传感器组，光电传感器组由11个光电传感器组成，分为上层光电传感器组(60)和下层光电传感器组(61)两排，分布在导向齿轮盘(38)上下两侧，上层光电传感器组向上倾斜，下层光电传感器组向下倾斜，上层光电传感器组(60)设有六个光电传感器，下层光电传感器组(61)设有五个光电传感器。
3.根据权利要求1所述的一种自动导引车分布式测控装置，其特征在于所述的测障器的前端是接触杆(67)，在接触杆(67)上垂直设有第一顶杆(68)、第二顶杆(76)，第一顶杆(68)设有第一触发螺栓(70)，第一顶杆外套有第一顶杆套(69)，第一顶杆套内设有第一弹簧(73)，在第一顶杆套外部设有第一测障接近开关(71)，在第一顶杆套上开有与第一触发螺栓(70)相当配合的槽口，在第一顶杆套的后端设有第一调节螺栓(74)，在第一顶杆套的侧面设有第一固定支架(72)、第二固定支架(75)；第二顶杆设有第二触发螺栓(78)，第二顶杆外套有第二顶杆套(77)，在第二顶杆套内设有第二弹簧(82)；在第二顶杆套外部设有第二测障接近开关(80)；在第二顶杆套上开有与第二触发螺栓(78)相配合槽口；在第二顶杆套的后端设有第二调节螺栓(83)，在第二顶杆套的侧面设有第三固定支架(79)、第四固定支架(81)。
4.一种使用如权利要求1所述装置的停车定位控制方法，其特征在于由摄像头(9)采集路面图像信息，工控机(25)进行实时图像处理，利用自动调光的方法控制车载光源，当前方出现地面铺设停车符号后，工控机发送射频识别标签读写器(15)的启动信息，进行射频识别标签的探测，同时发送减速指令，车辆缓慢前行，当射频识别标签读写器读到事先将地面信息写入的所需停车标签时，射频识别标签控制器通过I/O数据线控制驱动控制器(26)，车辆再次减速，旋转编码器(27)开始计数，当旋转编码器的输出达到指定值时，由驱动控制器发送停止指令，实现精确停车定位。
5.根据权利要求4所述的一种自动导引车分布式测控装置的停车定位控制方法，其特征在于所述的自动调光的方法：CCD摄像头(9)采集图像，经过工控机计算该图像灰度均值G，如果当前G值和上三帧图像的灰度均值差异大于一定值，表明环境亮度有变化，那么以该均值G为输入，按下式计算：
             L＝a+b/(G+c)
式中a，b，c为可调参数，L是输出。工控机(25)将L数值通过RS232传给操作控制器(18)，操作控制器中的PIC18F452单片机完成数字电位器阻值调节，从而控制通过日光灯(2)的电流，使CCD采集图像达到合适的亮度，实现照明的闭环控制。
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