CN103048996A - 基于激光扫描测距仪的自动引导车、***及导航方法 - Google Patents

Abstract

基于激光扫描测距仪的自动引导车、***及导航方法，包括驱动底盘、自动引导车主体和驱动装置，设置在自动引导车主体上的陀螺仪、位移编码器、驱动控制器、激光扫描测距仪、存储器和控制器，陀螺仪用于获取航向角；位移编码器用于获取位移；驱动控制器用于控制驱动装置；激光扫描测距仪用于绘制环境地图；存储器用于存储电子地图；控制器用于根据获取的航向角和位移计算得出基于激光扫描测距仪的自动引导车的运行路径，且环境地图与电子地图进行匹配并校正航向和位置，通过驱动控制器控制驱动装置运行。采用本方案不需要在运行的道路上铺设任何器件，避免了道路被碾压而损坏，日常的维护只需要对自身进行维护即可，既简单又经济。

Description

基于激光扫描测距仪的自动引导车、***及导航方法

技术领域

本发明涉及自动引导车技术，特别是涉及基于激光扫描测距仪的自动引导车、***及导航方法。

背景技术

AGV（Automatic Guided Vehicle）是指自动引导车，它是以电池为动力，装有导航***的无人驾驶自动化搬运车辆。AGV的显著特点是无人驾驶，利用自动导航***，AGV可以在不需要人工引航的情况下，沿预定的路线自动行驶，自动将货物从起始点运送到目的地，并可以根据仓储货位要求，生产工艺流程等改变而灵活改变，具有柔性好、自动化程度高和智能化水平高等优点，所以AGV在机械加工、物料装配、家电生产、微电子制造、卷烟等多个行业领域内得到了研究和应用。

然而传统的AGV是采用有轨导航方式，在AGV日常的运行过程中容易把铺设在地面导引线压损，或者是被其它运载工具（例如叉车）碾压，导致经常需要维修。

发明内容

基于此，有必要针对需要对运行轨道维修的问题，提供一种维护简单的基于激光扫描测距仪的自动引导车。

一种基于激光扫描测距仪的自动引导车，包括驱动底盘以及设置在所述驱动底盘上的自动引导车主体和驱动装置，还包括：设置在所述自动引导车主体上的陀螺仪，用于获取所述基于激光扫描测距仪的自动引导车运行时的航向角；设置在所述自动引导车主体上的位移编码器，用于获取所述基于激光扫描测距仪的自动引导车行驶时的位移；设置在所述自动引导车主体上的驱动控制器，用于控制所述驱动装置；设置在所述自动引导车主体上的激光扫描测距仪，用于绘制环境地图；设置在所述自动引导车主体上的存储器，用于存储电子地图；以及设置在所述自动引导车主体上的控制器，与所述陀螺仪、所述位移编码器、所述驱动控制器、所述激光扫描测距仪以及存储器分别电气连接，用于根据获取的所述航向角和所述位移计算得出位置，并得到所述基于激光扫描测距仪的自动引导车的运行路径；所述控制器根据所述环境地图与所述电子地图匹配的结果进行航向和位置的校正，通过所述驱动控制器控制所述驱动装置运行。

在其中一个实施例中，还包括：设置在所述驱动底盘上的舵角编码器，所述舵角编码器与所述控制器连接，用于测量所述自动引导车主体与所述驱动底盘之间的偏角。

在其中一个实施例中，还包括：设置在所述自动引导车主体上的通信装置，所述通信装置与所述控制器连接，用于通信。

在其中一个实施例中，所述激光扫描测距仪水平安装在所述自动引导车主体上，用于获取水平方向的环境地图。

在其中一个实施例中，所述激光扫描测距仪垂直安装在所述自动引导车主体上，用于获取垂直方向的环境地图。

另外，还有必要提供一种基于激光扫描测距仪的自动引导车***，还包括：调度中心，通过所述通信装置对所述基于激光扫描测距仪的自动引导车进行调度。

另外，还有必要提供一种基于激光扫描测距仪的自动引导车导航方法，包括如下步骤：初始化航向和位置；获取基于激光扫描测距仪的自动引导车运行时的航向角；获取基于激光扫描测距仪的自动引导车行驶时的位移值；根据所述航向角和所述位移值计算导航路径并导航。

在其中一个实施例中，还包括：预存电子地图；绘制环境地图；根据所述环境地图与所述电子地图进行匹配的结果进行航向和位置的校正。

在其中一个实施例中，所述绘制环境地图的步骤具体为：绘制水平方向的环境地图；绘制垂直方向的环境地图；根据所述水平方向的环境地图与所述垂直方向的环境地图绘制三维构型图。

在其中一个实施例中，还包括：接收调度指令；根据所述调度指令控制所述基于激光扫描测距仪的自动引导车运行。

采用本方案的基于激光扫描测距仪的自动引导车、***及导航方法，仅通过设置在基于激光扫描测距仪的AGV内的陀螺仪所获得的航向角和位移编码器所获得的位移，可计算得到基于激光扫描测距仪的AGV运行的坐标，即可以按照预设好的目的地坐标导航。由此可见，采用本方案的基于激光扫描测距仪的AGV不需要在运行的道路上铺设任何导引线、导线或其它器件，避免了道路被碾压而损坏，减少了维修费用，日常的维护只需要对基于激光扫描测距仪的AGV本身进行维护即可，既简单又经济。

附图说明

图1为基于激光扫描测距仪的自动引导车的结构框图；

图2为一实施例的基于激光扫描测距仪的自动引导车的结构框图；

图3为基于激光扫描测距仪的自动引导车***的结构框图；

图4为基于激光扫描测距仪的自动引导车导航方法的流程图；

图5为一实施例的基于激光扫描测距仪的自动引导车导航方法的流程图。

具体实施方式

基于激光扫描测距仪的自动引导车（AGV，Automatic Guided Vehicle），其所在的环境较佳，道路较平坦，可以近似的认为基于激光扫描测距仪的AGV在一个二维水平面内的运行。基于激光扫描测距仪的AGV通过陀螺仪获取的航向角、位移编码器获取的位移，控制器根据航向角和位移计算得出基于激光扫描测距仪的AGV的运行路径，然后通过驱动控制器控制驱动装置运行，进而驱动基于激光扫描测距仪的AGV运行。

结合附图1，基于激光扫描测距仪的自动引导车，包括驱动底盘（图未示）、自动引导车主体（图未示）和驱动装置（图未示）；还包括设置在自动引导车主体上的陀螺仪10、位移编码器20、驱动控制器30、激光扫描测距仪40、存储器50以及控制器60。

驱动底盘，是基于激光扫描测距仪的AGV车形成整体构造的基础，起到支承、安装汽车发动机（驱动装置）及其各部件的作用，保证正常行驶。

自动引导车主体，设置在驱动底盘上，可搭载其它车载设备。

驱动装置，设置在驱动底盘，为基于激光扫描测距仪的AGV提供动力源。驱动装置可以是电动机、柴油机或者是汽油机。在本实施例中，基于激光扫描测距仪的AGV采用的是电动机，因为电动机运行较平稳、易控制，且环保。

陀螺仪10，安装在自动引导车主体上，用于获取基于激光扫描测距仪的AGV运行时的航向角。具体地，陀螺仪10的敏感轴与水平面垂直，陀螺仪10可以检测基于激光扫描测距仪的AGV运行过程中转动的角速率，通过对角速率的积分，可以获取基于激光扫描测距仪的AGV相对于初始时刻（或者是预设时间）的航向角。

位移编码器20，安装在自动引导车主体上，用于获取基于激光扫描测距仪的AGV行驶时的位移。在本实施例中，位移编码器20采用两个增量式轴角编码器，固定于自动引导车主体上，增量式轴角编码器的轴通过联轴器与基于激光扫描测距仪的AGV的车轮相连，检测基于激光扫描测距仪的AGV相对于地面的位移。进一步地，与基于激光扫描测距仪的AGV相连的车轮，最佳的是主动轮，因为基于激光扫描测距仪的AGV在运行过程中不容易打滑，检测到的数据较准确。一般基于激光扫描测距仪的AGV的主动轮都是后轮，故位移编码器20较多的安装在基于激光扫描测距仪的AGV的后轮。当然，也可以理解为，采用其它类型的位移编码器20，也可以安装在AGV其它部位，只要能够测得基于激光扫描测距仪的AGV的位移即可。

驱动控制器30，安装在自动引导车主体上，用于控制驱动装置。在本实施例中的驱动装置采用的是电机，驱动控制器30为控制电路板，驱动控制器30根据指令控制电机的运行，进而驱动基于激光扫描测距仪的AGV的行驶。

激光扫描测距仪40，安装在自动引导车主体上，用于绘制环境地图。在其它实施例中，激光扫描测距仪40可以水平安装在所述自动引导车主体上，用于获取水平方向的环境地图，即通过激光扫描测距仪40检测水平面内前方扇形区域内障碍物的距离，例如墙壁、柱子、设备等。激光扫描测距仪40也可以是垂直安装在所述自动引导车主体上，用于获取垂直方向的环境地图，即通过激光扫描测距仪40检测竖直平面内上方扇形区域内障碍物的距离，例如墙壁、柱子、设备或天花板等。当基于激光扫描测距仪的AGV运行的时候，可以获得随时间变化、连续的在竖直平面上的环境地图，根据连续的环境地图可绘制三维构型图。当然也可以理解，激光扫描测距仪40为两个或两个以上，或者是在水平方向和垂直方向都设置有激光扫描测距仪40，当基于激光扫描测距仪的AGV行走时，可以根据获得的水平方向的环境地图与垂直方向的环境地图绘制全角度的三维地图。

存储器50，安装在自动引导车主体上，用于存储电子地图。预先把基于激光扫描测距仪的AGV所行驶的环境及路径的电子地图存储在存储器50中，为基于激光扫描测距仪的AGV运行过程中的校正提供数据支持。

控制器60，安装在自动引导车主体上，与陀螺仪10、位移编码器20、驱动控制器30、激光扫描测距仪40以及存储器50分别电气连接。控制器60根据获取的航向角和位移计算得出自动引导车的运行路径，且根据环境地图与电子地图匹配并进行航向和位置的校正，通过驱动控制器30控制驱动装置运行。

该控制器60为运算处理装置，主要由处理芯片（或者是单片机）组成，根据所获得的数据进行运算并输出结果，或者通过输出的指令控制其它器件。

采用本方案的基于激光扫描测距仪的AGV，仅通过设置在基于激光扫描测距仪的AGV内的陀螺仪10所获得的航向角和位移编码器20所获得的位移，可计算得到基于激光扫描测距仪的AGV运行的位置，即当前的坐标，然后可以按照预设好的目的地坐标导航。可以理解，获得了航向角及位移，通过三角函数即可计算得出该位置坐标。

由此可见，采用本方案的基于激光扫描测距仪的AGV不需要在运行的道路上铺设任何导引线、导线或其它器件，避免了道路被碾压而损坏，减少了维修费用，日常的维护只需要对基于激光扫描测距仪的AGV本身进行维护即可，既简单又经济。

进一步地，本方案的基于激光扫描测距仪的AGV还结合了激光扫描测距仪40，通过激光扫描测距仪40所述绘制的环境地图与预先存储在存储器50的电子地图进行匹配，根据匹配结果进行航向和位置的校正，具有自我校正能力，在较复杂的环境中运行时，能够及时的调整航向，保证AGV运行的准确。

另外，采用了激光扫描测距仪40，其价格远低于其它AGV激光导航方式，也不需要铺设任何引导线，大大的降低了成本，提高了经济性。

结合附图2，在一实施例中，基于激光扫描测距仪的自动引导小车还包括：舵角编码器70，设置在驱动底盘上，且舵角编码器70与控制器60电气连接，用于测量自动引导车主体与驱动底盘之间的偏角。具体地，由于驱动底盘位于自动引导车主体的下方，其连接方式主要通过铰链连接，且铰链旋转轴与水平面垂直。此时，新的基于激光扫描测距仪的AGV的航向角为陀螺仪10获取的航向角加上舵角编码器70获取的“偏角”，新的航向角为基于激光扫描测距仪的AGV行驶过程中提供了更加准确的航向角，为基于激光扫描测距仪的AGV自我校正提供更为准确的数据，使得基于激光扫描测距仪的AGV行驶更加安全、准确，运行效率更高。

在一实施例中，基于激光扫描测距仪的自动引导小车还包括：通信装置80，设置在自动引导车主体上，与控制器60连接，用于通信，可以向外界发送基于激光扫描测距仪的AGV行驶信息，也可以接收外界传递的信息。通信装置80可以是无线通信设备，例如红外、wifi等。

基于上述基于激光扫描测距仪的自动引导车，还提供基于激光扫描测距仪的自动引导车***。

参阅附图3，该基于激光扫描测距仪的自动引导车***包括上述基于激光扫描测距仪的自动引导车，还包括：调度中心90。

调度中心90，通过通信装置80对基于激光扫描测距仪的自动引导车进行调度。调度中心90给基于激光扫描测距仪的AGV发出操控指令，例如调度中心90根据工作的需要向基于激光扫描测距仪的AGV发送任务信息（例如一系列行驶坐标，行驶速度，是否需要停止等任务信息）。进一步地，通信装置80还可以主动的把基于激光扫描测距仪的AGV当前行驶的坐标等其它信息实时发送至调度中心90。调度中心90可以实时获取基于激光扫描测距仪的AGV行驶状况，根据任务需要发出新的指令或者是监控其状态，实时了解并调整AGV工作情况，实现调度中心90与基于激光扫描测距仪的AGV的互动。

采用本方案的基于激光扫描测距仪的自动引导车***，调度中心90可以通过通信装置80与基于激光扫描测距仪的AGV进行互动，监控基于激光扫描测距仪的AGV的运行状态或者是给基于激光扫描测距仪的AGV发送新的运行任务指令。同时，基于激光扫描测距仪的AGV也可以通过通信装置80把基于激光扫描测距仪的AGV的运行情况或任务的执行情况反馈给调度中心90，实现全面的监控及调度，提高基于激光扫描测距仪的AGV***的运行效率。

基于上述基于激光扫描测距仪的自动引导车及***，还提供基于激光扫描测距仪的自动引导车导航方法，结合附图4，包括如下步骤：

S10：初始化航向和位置。具体地，基于激光扫描测距仪的AGV运行的路面比较平坦，可以近似认为其在二维的水平面内运行。因此，对基于激光扫描测距仪的AGV运行的道路轨迹、航向信息、位置坐标以及目的地坐标信息等进行初始化。

S30：获取基于激光扫描测距仪的自动引导车运行时的航向角。可以通过安装在基于激光扫描测距仪的AGV上的陀螺仪获取航向角，具体地，陀螺仪的敏感轴与水平面垂直，可以检测基于激光扫描测距仪的AGV运行过程中转动的角速率，通过对角速率的积分，可以获取AGV相对于初始时刻（或者是预设时间）的航向角。

在其它的实施例中，航向角为陀螺仪获取的航向角与舵角编码器测量得到的自动引导车主体与驱动底盘之间的偏角的叠加。

S50：获取基于激光扫描测距仪的自动引导车行驶时的位移。可以通过固定于基于激光扫描测距仪的AGV主体上的增量式轴角编码器与自动引导车主体的车轮相连，检测基于激光扫描测距仪的AGV相对于地面的位移。

S70：预设目标坐标，根据航向角和位移计算得到当前位置并根据所述目标坐标导航。

根据相对于地面的位移以及航向角，可以计算得出基于激光扫描测距仪的AGV的位置（即AGV的坐标值），然后根据设定的运行目的地的坐标（即目标坐标），驱动基于激光扫描测距仪的AGV的行驶。当然，可以通过设置多个关联的目标坐标，把下一个目标坐标作为当前的目标坐标的目标点，依次递推，则基于激光扫描测距仪的自动引导车逐个完成其中的目标坐标，实现导航。可以理解，目标坐标设置的越多，行驶的路径将会越精确，导航的就会越准确。

采用本方案的方法，能够自主的对基于激光扫描测距仪的AGV进行导航，不要在运行的道路上铺设任何导引线、导线或其它器件进行引导，减少大量的设备以及设备维修费用，既简单又经济。

在一实施例中，结合附图5，基于激光扫描测距仪的自动引导车导航方法还包括：

S90A：预存电子地图。具体地，预先把基于激光扫描测距仪的AGV所行驶的环境及路径的电子地图进行存储。

S90B：绘制环境地图。基于激光扫描测距仪的自动引导车在行驶的过程中，一边行驶、一边绘制行驶过程中的周围环境地图。

S90C：根据环境地图与电子地图匹配的结果进行航向和位置的校正。具体地，基于激光扫描测距仪的AGV在运行的过程中通过陀螺仪和位置编码器分别获取了航向角和位移，便可计算得到当前的测量坐标值。同时激光扫描测距仪动态的绘制了环境地图，当环境地图中出线三个或三个以上的特征点（特征点可以是特征明显的标识牌、柱子或者设备等）时，把环境地图与电子地图进行匹配。匹配成功后，便可以从电子地图中获取特征点的绝对坐标值，以特征点为圆心，激光扫描测距仪测量到与特征点的距离（可以从环境地图中获取该距离）为半径画圈，公共交点为基于激光扫描测距仪的AGV在电子地图中的绝对坐标值。最后，把测量坐标值与绝对坐标值进行比较，并可以得到基于激光扫描测距仪的AGV的航向误差，并根据该误差进行自我校正，使之行驶在正确的路径上。

在其它实施例中，绘制环境地图的步骤具体为：

绘制运行时的水平方向或垂直方向的环境地图。具体地，获取水平方向的环境地图，即通过激光扫描测距仪检测水平面内前方扇形区域内障碍物的距离，例如墙壁、柱子、设备等。获取垂直方向的环境地图，即通过激光扫描测距仪检测竖直平面内上方扇形区域内障碍物的距离，例如墙壁、柱子、设备或天花板等。

绘制运行时的垂直方向的环境地图，根据所述垂直方向的环境地图绘制三维构型图。具体地，当基于激光扫描测距仪的AGV运行的时候，可以获得随时间变化、连续的在竖直平面上的环境地图，根据连续的环境地图可绘制三维构型图。

根据环境地图与电子地图匹配的结果进行航向和位置的校正。具体地，基于激光扫描测距仪的AGV行走时，既获取水平方向的环境地图，又获取垂直方向的环境地图，可以根据获得的水平方向的环境地图与垂直方向的环境地图绘制全角度的三维地图，该地图的数据更加丰富和准确。

在一实施例中，基于激光扫描测距仪的自动引导车导航方法还包括：

接收调度指令。具体地，接收可以通过调度中心或其它控制中心发射过来的运行指令。

根据调度指令控制基于激光扫描测距仪的自动引导车运行。具体地，基于激光扫描测距仪的AGV执行相应的调度指令，例如停止行驶，改变行驶路径，向调度中心发送行驶状态等。

采用本方案的导航方法，可以实现，基于激光扫描测距仪的AGV与外界进行互动，使得基于激光扫描测距仪的AGV的操作更加便捷，运行效率更高。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于激光扫描测距仪的自动引导车，包括驱动底盘以及设置在所述驱动底盘上的自动引导车主体和驱动装置，其特征在于，还包括：

设置在所述自动引导车主体上的陀螺仪，用于获取所述基于激光扫描测距仪的自动引导车运行时的航向角；

设置在所述自动引导车主体上的位移编码器，用于获取所述基于激光扫描测距仪的自动引导车行驶时的位移；

设置在所述自动引导车主体上的驱动控制器，用于控制所述驱动装置；

设置在所述自动引导车主体上的激光扫描测距仪，用于绘制环境地图；

设置在所述自动引导车主体上的存储器，用于存储电子地图；以及

设置在所述自动引导车主体上的控制器，与所述陀螺仪、所述位移编码器、所述驱动控制器、所述激光扫描测距仪以及存储器分别电气连接，用于根据获取的所述航向角和所述位移计算得出位置，并得到所述基于激光扫描测距仪的自动引导车的运行路径；所述控制器根据所述环境地图与所述电子地图匹配的结果进行航向和位置的校正，通过所述驱动控制器控制所述驱动装置运行。

2.根据权利要求1所述的基于激光扫描测距仪的自动引导车，其特征在于，还包括：设置在所述驱动底盘上的舵角编码器，所述舵角编码器与所述控制器连接，用于测量所述自动引导车主体与所述驱动底盘之间的偏角。

3.根据权利要求2所述的基于激光扫描测距仪的自动引导车，其特征在于，还包括：设置在所述自动引导车主体上的通信装置，所述通信装置与所述控制器连接，用于通信。

4.根据权利要求3所述的基于激光扫描测距仪的自动引导车，其特征在于，所述激光扫描测距仪水平安装在所述自动引导车主体上，用于获取水平方向的环境地图。

5.根据权利要求3所述的基于激光扫描测距仪的自动引导车，其特征在于，所述激光扫描测距仪垂直安装在所述自动引导车主体上，用于获取垂直方向的环境地图。

6.一种基于激光扫描测距仪的自动引导车***，其特征在于，包括如权利要求1~5任意一项所述的基于激光扫描测距仪的自动引导车，还包括：调度中心，通过所述通信装置对所述基于激光扫描测距仪的自动引导车进行调度。

7.一种基于激光扫描测距仪的自动引导车导航方法，包括如下步骤：

初始化航向和位置；

获取基于激光扫描测距仪的自动引导车运行时的航向角；

获取基于激光扫描测距仪的自动引导车行驶时的位移；

预设目标坐标，根据所述航向角和所述位移计算得到当前位置并根据所述目标坐标导航。

8.根据权利要求7所述的基于激光扫描测距仪的自动引导车导航方法，其特征在于，还包括：

预存电子地图；

绘制环境地图；

根据所述环境地图与所述电子地图匹配的结果进行航向和位置的校正。

9.根据权利要求8所述的基于激光扫描测距仪的自动引导车导航方法，其特征在于，所述绘制环境地图的步骤具体为：

绘制运行时的水平方向或垂直方向的环境地图；

绘制运行时的垂直方向的环境地图，根据所述垂直方向的环境地图绘制三维构型图；

根据所述水平方向的环境地图与所述垂直方向的环境地图绘制三维地图。

10.根据权利要求9所述的基于激光扫描测距仪的自动引导车导航方法，其特征在于，还包括：

接收调度指令；

根据所述调度指令控制所述基于激光扫描测距仪的自动引导车运行。

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