CN107861511A - 一种用于地面运输车的控制装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于地面运输车的控制装置及其控制方法，由上位机及AGV***构成上下位的整体控制***。经过上位机运行程序可得出组成AGV***的多个AGV的最佳任务分配及协作分配，通过超声波自动跟随接收定位***中多个超声波接收***可完成对接完全覆盖整个控制区域，可以避免丢波造成的误差以及盲区的限制，使每个超声波接收***的定位范围更大，减少超声波接收***个数降低成本，定位数据更准确，可靠性高；车载显示屏可以实时显示所处位置、速度以及局部障碍物信息；同时采用避障***，可反应迅速并且距离准确的躲避不同范围内的静态动态障碍物，提高了容错率；整体***性能稳定，解决了传统超声波定位***的盲区过大的问题，其运行成本和维护成本低廉。
Description
技术领域
本发明属控制技术领域，具体涉及一种用于地面运输车的控制装置及其控制方法。
背景技术
现有室内平面运动小车控制***多采用的是通过贴在AGV运行路径上的磁感应条来通过磁感应信号实现定位及运动，或是在AGV的行驶路径上涂漆或粘贴色带，通过对摄像机采入的色带图象信号进行简单处理而实现定位及运动，以及在AGV行驶路径的周围安装位置精确的激光反射板，AGV通过激光扫描器发射激光束，同时采集由反射板反射的激光束，来确定其当前的位置和航向，并通过连续的三角几何运算来实现AGV的定位及运动。而这些都存在路线不灵活，无法即时调整路线，以及路线固定无法随时改变任务的问题。本设计采取的是超声波定位***，现超声波定位***采用的为固定于天花板的超声波接收装置，由超声波特性可知，超声波发射/接收探头在0角度的时候，发射/接收效果最好，并且，随着角度的增大，信号强度迅速降低。因此，由于超声波接收装置为固定于天花板，当超声波发送***与超声波接收装置的角度超过一定范围，超声波信号强度迅速降低，会造成丢波，当在传感器检测区并在一定的角度范围内，才可以被超声波接收装置响应，当在接收范围之外，超声波发送***发送的超声波无法被接收到，造成超声波接收盲区。
发明内容
本发明为解决现在技术中的问题，提供一种用于地面运输车的控制***及其控制方法，由上位机及AGV***构成上下位的整体控制***。经过上位机运行程序可得出组成AGV***的多个AGV的最佳任务分配及协作分配，通过超声波自动跟随接收定位***中多个超声波接收***可完成对接完全覆盖整个控制区域，并且由于超声波接收***能够全方位旋转跟随超声波发射探头，可以避免丢波造成的误差以及盲区的限制，可使每个超声波接收***的定位范围更大，减少超声波接收***个数降低成本，并且得到的定位数据更准确，任务完成度更好，可实时校准自身姿态避免偏移运行路线，可靠性高；车载显示屏可以实时显示所处位置、速度以及局部障碍物信息；同时采用基于信息融合避障***，可以反应迅速并且距离准确的躲避不同范围内的静态动态障碍物，并且提高了容错率；整体***性能稳定，性能稳定，其运行成本和维护成本低廉。
本发明采用以下技术方案予以实现：
一种用于地面运输车的控制装置，其特征是，包括超声波自动跟随接收***、AGV***；所述超声波接自动跟随收***固定在所需室内场所的天花板上，AGV***在仓库的地面上可移动，超声波自动跟随接收***和AGV***分别包含若干个单体超声波接收***和单体AGV***，超声波自动跟随接收***可接收AGV***中超声发送***超声波发送单元的信号；
所述AGV***包括若干个单体AGV***，其中每个单体AGV***包括超声波发送单元、避障检测单元、驱动控制单元、AGV车体、全向轮；所述超声波发送单元、避障检测单元、驱动控制单元依次位于AGV车体上的前部、中部、后部，全向轮位于AGV车体的四个角的下方，并支撑AGV车体在平面上各个方向移动；
所述超声发送***超声波发送单元包括超声波发射探头、一号舵机组，一号舵机组用铜柱固定于AGV车体上距前部边缘6cm，超声波发射探头通过绝缘固定底板和铜柱固定于一号舵机组的顶部，所述一号舵机组由两个小号舵机上下搭建构成，所述一号舵机组可完成挠性运动达到全方位转动，可令超声波发射探头完成在定位范围内的与超声波自动跟随接收***的对准；超声波发射探头和一号舵机组分别通过导线和主控单片机相连；
所述避障检测单元包括位姿采集器、无线通信模块、扫描仪、小绝缘固定底板，所述位姿采集器、无线通信模块、扫描仪固定在小绝缘固定底板上，小绝缘固定底板固定于AGV车体上的中部距前部边缘13cm；
所述驱动控制单元包括串口-以太网转换模块、主控单片机、显示屏，显示屏由支架固定于AGV车体上距后部边缘4cm处，主控单片机位于显示屏的下侧部，串口-以太网转换模块位于显示屏的下方、AGV车体上面；
所述AGV车体上的四周固定4个超声波传感器及6个红外传感器，在AGV车体上前部和尾部分别固定2个超声波传感器及3个红外传感器，在AGV车体上距前部边缘距左侧边缘向斜前方即正前方向左方向设置一红外传感器，在AGV车体上距前部边缘距左侧向正前方设置一超声波传感器，在AGV车体上距前部边缘距左侧向正前方设置一红外传感器，在AGV车体上距前部边缘距右侧边缘向正前方设置一超声波传感器，在AGV车体上距前部边缘距右侧边缘向斜前方即正前方向右方向设置一红外传感器；在AGV车体上距尾部边缘距左侧边缘向斜后方即正后方向左角方向设置一红外传感器，在AGV车体上距尾部边缘距左侧边缘向正后方设置一超声波传感器，在AGV车体上距尾部边缘距左侧边缘向正后方设置一红外传感器，在AGV车体上距尾部边缘距右侧边缘向正后方设置一超声波传感器，在AGV车体上距尾部边缘距右侧边缘向斜后方即正后方向右偏转方向设置一红外传感器；
所述超声波自动跟随接收***包括若干个单体超声波接收***，根据每个单体超声波接收***的接收范围布置在整个控制区域，单体超声波接收***包括从上向下依次相连的绝缘固定底板二、二号舵机组、超声波接收装置，所述绝缘固定底板二固定在仓库/室内的天花板上，二号舵机组通过相应的支架固定在绝缘固定底板二上，超声波接收装置通过绝缘固定底板一固定在二号舵机组的下方，二号舵机组可完成挠性运动，即以垂直地面向下建立z轴，使超声波接收***完成与z轴角度为45°构成曲面以下角度范围转动；所述二号舵机组由两个中号舵机方向相错位搭建构成；所述超声波接收装置包括超声波接收探头、滤波器、计数器、数值比较器，超声波接收探头、滤波器、计数器、数值比较器均固定于绝缘固定底板一面向地面的一面；所述超声波接收探头为四个，正方形分布于绝缘固定底板一四个角部的下面，每个超声波接收探头都通过焊接分别与滤波器串连，滤波器通过焊接与计数器串连，全部计数器都以导线连接至数值比较器，所述单片机固定于绝缘固定底板一的面向地面的一面，无线模块固定于单片机和超声波接收探头之间，单片机通过导线与无线模块相连，单片机控制无线模块发出与无线通信模块通信的信号，单片机还通过导线与二号舵机组相连并控制二号舵机组所转角度，得到当前超声波自动跟随接收***所在角度并对其进行定位；单片机通过导线与超声波接收探头相连，得到超声波接收探头接收到的超声波信号。
所述AGV车体上的四周固定4个超声波传感器及6个红外传感器，在AGV车体上前部和尾部分别固定2个超声波传感器及3个红外传感器，在AGV车体上距前部边缘1cm距左侧边缘1cm向斜前方即正前方向左偏转45°角方向设置一红外传感器，在AGV车体上距前部边缘1cm距左侧边缘8cm向正前方设置一超声波传感器，在AGV车体上距前部边缘1cm距左侧边缘16cm向正前方设置一红外传感器，在AGV车体上距前部边缘1cm距右侧边缘8cm向正前方设置一超声波传感器，在AGV车体上距前部边缘1cm距右侧边缘1cm向斜前方即正前方向右偏转45°角方向设置一红外传感器；在AGV车体上距尾部边缘1cm距左侧边缘1cm向斜后方即正后方向左偏转45°角方向设置一红外传感器，在AGV车体上距尾部边缘1cm距左侧边缘8cm向正后方设置一超声波传感器，在AGV车体上距尾部边缘1cm距左侧边缘16cm向正后方设置一红外传感器，在AGV车体上距尾部边缘1cm距右侧边缘8cm向正后方设置一超声波传感器，在AGV车体上距尾部边缘1cm距右侧边缘1cm向斜后方即正后方向右偏转45°角方向设置一红外传感器
所述AGV车体的后端面上还设有充电接口和AGV开关；充电接口设在AGV开关的左侧，充电接口与AGV车体内的电源控制装置相连，为电源控制装置中设有的锂电池充电；
所述位姿采集器和无线通信模块均通过导线和主控单片机相连，扫描仪通过信号线与无线通信模块相连，无线通信模块再与主控单片机相连，显示屏直接与主控单片机相连。
所述超声波自动跟随接收***的超声波接收装置正对超声波发射点所在方向，即令超声波发射探头对准四个超声波接收探头构成平面图形的几何中心，使得超声波发射探头到每个超声波接收探头的直线距离相等；
所述无线通信模块为结构简单、运行稳定的单芯片型射频收发机NRF24L01来实现主控单片机与上位机的通信；
所述位姿采集器选用三轴加速度计三轴MPU6050六轴模块，由其陀螺仪功能来确定AGV的姿态。
所述超声波发射探头为TCT40-16T/R超声波探头，所述一号舵机组由两台M90舵机组成一个二维云台，可以使超声波发射探头指向空中任一角度，实现在接收方方向上信号的最大强度传播；
所述超声波自动跟随接收***中单体超声波接收***的个数可根据仓库/室内场所的大小计算得出,若室内高度为h，所选用超声波发射/接收探头的信号探测距离为s，则理论上每个单体超声波接收***的最大探测范围为以一个单体超声波接收***为顶点，底面半径为的锥形内的范围；单体超声波接收***的个数根据任务覆盖范围和控制范围大小以单体超声波接收***探测范围为单位划分得到个数，以垂直地面向下建立z轴，设置单体超声波接收***旋转角度为与z轴角度为θ＝45°构成曲面以下角度，则根据计算实际单体超声波接收***的最大探测范围为以一个单体超声波接收***为顶点，底面半径为l＝h·tanθ＝h·tan45°＝h的锥形内的范围。
所述超声波接收装置中的接收探头选用基于CX20106a的超声波接收模块，无线模块选用NRF24L01射频模块，所述滤波器由低通RC环节和高通RC环节组成的有源带通滤波器，其中电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4均为1.2kΩ，电容C1与电容C2均为3300pF，所述计数器为CD4518双BCD加法计数器，所述数值比较器为74LS85BCD数值比较器，每个超声波接收探头分别串联一个有源滤波器，每个超声波接收头的INT端口分别与对应的有源带通滤波器的Ui端口连接；每个有源滤波器分别串联一个计数器，每个有源带通滤波器的Uo端口与对应的计数器的CP1端口连接。每个计数器的EN1端口与外接5V直流电源连接。全部计数器中，和第一个超声波探头连接的计数器的1A、1B、1C端口分别与数值比较器的A3、A2、A1端口相连，与其他3个超声波探头相连的计数器分别由三个计数器的1A、1B、1C端口与数值比较器的B3、B2、B1端口连接，自动跟随超声波接收***中的单片机采用STM32F407VET6单片机，自动跟随超声波接收***中的单片机的引脚P1B2～4分别和超声波接收探头组中数值比较器的三个OAGTB引脚相连；PW1、PW2分别和1号舵机组、2号舵机组的信号线相连。单片机的PG6～7和PB3～5引脚依次和射频模块的NRF CE、NRF CS、NRF IRQ、NRF SCK、NRF MOSI、NRF SCK引脚相连。
所述AGV车体经由电机控制装置控制并由电源控制装置供电完成运动；所述AGV车体包括车架和位于车架下面的全向轮；所述电机控制装置包括与全向轮数目对应的驱动器、电机、编码器，所述驱动器置于AGV车体内部中心，电源控制装置固定于AGV车体内部的后端，每个车轮通过传动轴分别连有一个电机，电机另一端安装编码器，驱动器分别与电源控制装置、电机、编码器相连。所述驱动器将主控单片机传输的运动命令解码成各全向轮的转速，转速通过CAN总线传输至各全向轮的电机，电机带动全向轮运动控制AGV运动速度与方向；电机驱动器的驱动电压、电机的转速、编码器所测转速组成了一个闭环，若所述编码器测量到的各全向轮实际速度与运动命令解码成的各全向轮的转速有所偏差，则将速度信息反馈至驱动器与原命令比较，驱动器根据速度差作出调整，再次将正确的速度值传输至电机。所述电源控制装置包括锂电池及电源总线接口电路，锂电池与电源总线接口电路相连，电源总线接口电路与充电接口、主控单片机以及超声波发送***、避障***、AGV运动***相连；锂电池经由电源总线接口电路调压至主控单片机所需压值后，对主控单片机以及超声波发送***、避障***、AGV运动***进行供电。
所述主控单片机采用支持多功能的STM32F407VET6单片机，单片机的PA2、PA3引脚与串口-WIFI模块相连，完成主控单片机与上位机的通讯，单片机的PC10、PC11引脚与串口-WIFI模块相连，完成主控单片机与SICK_TIM_351扫描仪的数据传输，单片机的PA0、PA1引脚与M6050六轴模块相连，使主控单片机接收AGV的位姿数据，单片机的PB10、PB11引脚与一号舵机组中两个舵机相连，使主控单片机控制超生波发射的方向，单片机的PC6、PC7引脚与超声波发射探头相连，使主控单片机控制发射超声波信号，单片机的PB8、PB9引脚通过CAN总线向AGV运动***的驱动器发送命令，单片机的PA5～7、PA12引脚与无线通信模块相连，接收超声波定位数据至主控单片机。
所述AGV运动***中电机选用进口直流减速电机，驱动器为四轴驱动器，车轮选用可实现位姿不变移动的QMA10全向轮，通过四个轮子速度配合完成AGV位姿不变情况下任意角度转向，设定的AGV运动速度为0.1(m·s－1)，负载能力为20kg。
AGV车体尺寸为370×320×114mm，QMA-10全向轮直径为101.6mm，车身最小离地间隙为23mm。
使用所述用于地面运输车的控制装置的控制方法，包括以下具体步骤：
a.在上位机设定电子地图的大小、障碍物的排布和起止位置的数值，设置目标任务个数与AGV个数，上位机根据数据得出全局栅格电子地图并完成改进粒子群算法计算得出最优任务分配以及通过改进蚁群算法的计算得出全局最优路线，任务分配结果和每个AGV对应的全局最优路线显示在上位机界面；将AGV运动速度设定为0.1(m·s－1)；
b.在上位机配置接口参数，设置AGV上对应的接收数据的串口，将任务及路径信息通过无线通信模块发送至AGV对应的串口，接收到的数据被传送至主控单片机，各AGV接收到全局最优路线；
c.AGV***先确认各单体AGV是否在所设置的起点位置，超声波自动跟随接收***中的无线模块向AGV上的无线通信模块发出一列数据信号；
d.无线通信模块接收到信号后主控单片机开启超声波发射定时器，并令超声波发射探头以每秒10次的频率发射超声波信号。同时超声波自动跟随接收***中的无线模块自动应答，超声波自动跟随接收***中的单片机开启其中定时器的计时功能进行超声波接收计时；
e.超声波接收装置接收超声波发射探头发射的超声波信号，超声波信号传输至单片机，单片机中的定时器完成计时，超声波接收探头接收到的超声波信号经超声波接收装置中的有源带通滤波器滤波，在超声波定位中，超声波发射探头发出的超声波的频率为38kHz～40kHz，通过有源带通滤波器去除不在超声波发送***发射的40kHz超声波阈值内的杂波，并且通过每个超声波接收探头组中的计数器对每秒所接收到的超声波个数进行计数，每个超声波接收探头接收到的超声波个数被传送到数值比较器中进行比较，全部计数器中，和第一个超声波接收探头连接的计数器有三路输出信号A3、A2、A1，这三路输出信号相同，另外与其他3个超声波接收探头相连的计数器分别输出1路信号，分别由三个计数器的B3、B2、B1端口输出，信号输出至数值比较器，以与第一个超声波接收探头相连的计数器的3路输出信号为准，分别与和其余三个超声波接收探头相连的计数器输出的信号进行对比，若对比结果证明4个超声波接收探头接收的波形数目相同，没有存在丢波，则这组信号判定为可靠信号，若4个超声波接收探头接收的波形数目不相同，即存在丢波，则信号舍弃不进行操作；
f.可靠信号被传输至单片机，单片机根据可靠信号对应的定时器所计时间计算每个超声波接收探头所测的距离；单片机根据每个超声波接收探头所测的距离判断当前超声波信号的可靠性，即根据每个超声波接收探头所测距离是否相差不超过所设阈值来判断每个超声波接收探头所接收到是否为同一列超声波信号，若不超过不超过所设阈值，即为可靠；
g.超声波自动跟随接收***中单片机根据每个超声波接收探头接收到的可靠距离数据结合当前二号舵机组角度以及超声波自动跟随接收***所处高度，通过三角几何计算得出AGV超声波定位数据，超声波接收装置根据当前定位数据通过脉冲宽度调制控制超声波自动跟随接收***中二号舵机组的转向对准AGV；
h.超声波自动跟随接收***通过无线模块发送超声波定位数据，无线通信模块接收到超声波定位数据传送至AGV的主控单片机，主控单片机判断可靠性，若为0，则丢弃，并连续10次存储超声波定位数据，去掉其中最大值、最小值后取平均，得出最终超声波定位数据；
i.得到定位数据后主控单片机确认AGV是否处于所设置的起点位置，若是，则根据上位机所发送的全局最优路线从当前点开始进行移动；若不是，则以定位得出的当前所在位置为局部起点以所设置的起点位置为局部目标点进行局部路径规划，主控单片机根据所得数据将运动命令传输至电机控制装置，电机控制装置中驱动器将主控单片机传输的运动命令由驱动器解码成各全向轮的转速，转速传输至各全向轮的电机，电机带动全向轮运动决定AGV运动速度与方向，电机控制装置中编码器测速各全向轮实际速度，若与命令有所偏差，则将信息反馈至驱动器与原命令比较，并由驱动器再次输出命令作出调整，完成局部移动，到达起点再根据上位机所发送的全局最优路线从当前点开始进行移动；
j.同时，主控单片机结合最终超声波定位数据以及位姿采集器所传输当前AGV姿态数据处理得到超声波发送***中一号舵机组需要转动的对准角度；超声波发送***中一号舵机组完成转动，与超声波自动跟随接收***完成对准。
k.在AGV移动过程中，主控单片机设定避障***的局部避障范围为4m，主控单片机采用A*算法进行局部避障，A*算法使用栅格电子地图，局部栅格电子地图的分度值为0.05m，局部栅格电子地图的总栅格数为25600个，主控单片机将局部环境检测命令经串口-以太网转换模块转化成以太网格式输出给扫描仪，扫描仪将局部环境探测结果经串口-以太网转换模块转化成串口格式输出给主控单片机，红外传感器探测距离为3-80cm，超声波传感器探测距离为2cm-400cm，红外传感器和超声波传感器探测障碍物信息将局部环境探测结果传输至主控单片机，主控单片机运行优化的贝叶斯估计算法将局部环境探测结果进行信息融合，主控单片机将融合结果生成局部栅格电子地图；
l.在构建出局部栅格电子地图的基础上，运行A*算法进行快速局部路径规划。根据规划路径，确定AGV的运动方向，通过步骤(h)中对电机控制装置控制，完成环境中局部障碍物的躲避；
将AGV到达的当前所在点当做起点，重复步骤c到m，直到AGV到达的所在点为所设置的终止点。
本发明与现有技术相比具有以下显著的优点：
①现有地面设备控制***中，多采用的是路线固定运行，这造成任务设置不灵活，多任务多AGV协作不灵活的问题，本设计采用由上位机及AGV***构成上下位的整体控制***。经过上位机运行程序可得出在同区域内AGV***中多个AGV的最佳任务分配及协作分配，可实时设置任务及控制对象个数。
②本超声波自动跟随接收统***由若干个超声波接收***组成，可完全覆盖全部控制范围，并且由于超声波接收***能够全方位旋转跟随超声波发射接收探头，可以避免丢波造成的误差以及盲区的限制，实时校准自身姿态避免偏移运行路线，定位数据更准确，可完成***内全部超声波接收***在定位范围相互准确对接，设计所使用的全方位旋转跟随超声波发射接收探头可使每个超声波接收***的定位范围更大，减少***中超声波接收***个数降低成本，任务完成度更好，可靠性高。
③***中避障采取多传感器信息融合避障方法，可通过不同位置上的传感器增加AGV感知空间的范围，一个或多个传感器同时或多次检测到障碍物可增加可信度，并且可更及时、反应跟准确的实现对动态静态障碍物的避障，降低了环境对某一避障***造成干扰带来的误差，互补了不同避障***的短板，同时，避免了某一传感器故障对***运行的影响，提高了容错能力和可靠性。
④超声波接收装置中添加滤波器和波形计数器，滤波器可避免杂波干扰，波形计数器可检测每个超声波接收头是否存在丢波，提高接收到的超声波信号的可靠性，减少了误差，提高了超声波定位***的效率。
⑤发明的超声波定位控制器及其控制方法，可用于仓储货物的运输定位，也可用于其他平面小车运输的场所，如室内车间的工装、车间生产原件的运送、医院医疗看护、家庭医疗看护等类似场所。
本发明的应用，可节约人力物力投资成本，在国内市场还未见技术相同的设备的应用，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1是本发明装置示意图；
图2是AGV***结构示意图；
图3是AGV***的超声发送***局部示意图；
图4是超声波自动跟随接收***结构示意图；
图5是本发明装置中的有源滤波电路；
图6为超声波波形计数器电路图；
图7为本发明装置选用的超声波接收模块电路图；(基于CX20106的超声波接收模块电路图)
图8为本发明装置选用的射频模块电路图；(NRF24L01射频模块电路图)
图9为自动跟随超声波接收***的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
参见图1～图9。
图中各部件标号为：
1、超声波发射探头；2、一号舵机组；3、位姿采集器；4、无线通信模块；5、扫描仪；6、小绝缘固定底板；7、串口-以太网转换模块；8、主控单片机；9、显示屏；10、充电接口；11、AGV开关；12、AGV车体；13、全向轮；14、小号舵机；15、二号舵机组；16、超声波接收探头，17、单片机；18、无线模块；19、滤波器；20、计数器；21、数值比较器；22、绝缘固定底板一；23、绝缘固定底板二；24、中号舵机；25、超声波接收装置；26、超声波自动跟随接收统***；27、AGV***；28、超声波接受探头组；29、红外传感器；30、超声波传感器。
本发明一种用于地面运输车的控制装置，包括超声波自动跟随接收***26、AGV***27；所述超声波接自动跟随收***26固定在所需室内场所的天花板上，AGV***27在仓库的地面上可移动，超声波自动跟随接收***26和AGV***27分别包含若干个单体超声波接收***和单体AGV***，超声波自动跟随接收***26可接收AGV***27中超声发送***超声波发送单元的信号，整个***可根据控制范围和控制内容调整超声波自动跟随接收***26、AGV***27中单体超声波接收***和单体AGV***的数量。
所述AGV***27包括若干个单体AGV***，(单体AGV***的个数根据实际任务数量、时间要求、场地大小以及工作性质决定；)其中每个单体AGV***包括超声波发送单元、避障检测单元、驱动控制单元、AGV车体12、全向轮13；(图2中G表示AGV小车前方)所述超声波发送单元、避障检测单元、驱动控制单元依次位于AGV车体12上的前部、中部、后部，全向轮13位于AGV车体12的四个角的下方，并支撑AGV车体12在平面上各个方向移动；
所述超声发送***超声波发送单元包括超声波发射探头1、一号舵机组2，一号舵机组2用铜柱固定于AGV车体12上距前部边缘6cm，超声波发射探头1通过绝缘固定底板和铜柱固定于一号舵机组2的顶部，所述一号舵机组2由两个小号舵机14上下搭建构成，所述一号舵机组2可完成挠性运动达到全方位转动，可令超声波发射探头1完成在定位范围内的与超声波自动跟随接收***26的对准；超声波发射探头1和一号舵机组2分别通过导线和主控单片机8相连；
所述避障检测单元包括位姿采集器3、无线通信模块4、扫描仪5、小绝缘固定底板6，所述位姿采集器3、无线通信模块4、扫描仪5固定在小绝缘固定底板6上，小绝缘固定底板6固定于AGV车体12上的中部距前部边缘13cm；
所述驱动控制单元包括串口-以太网转换模块7、主控单片机8、显示屏9，显示屏9由支架固定于AGV车体12上距后部边缘4cm处，主控单片机8位于显示屏9的下侧部，串口-以太网转换模块7位于显示屏9的下方、AGV车体12上面；
所述AGV车体12上的四周固定4个超声波传感器及6个红外传感器，在AGV车体12上前部和尾部分别固定2个超声波传感器及3个红外传感器，在AGV车体12上距前部边缘距左侧边缘向斜前方即正前方向左方向设置一红外传感器，在AGV车体12上距前部边缘距左侧向正前方设置一超声波传感器，在AGV车体12上距前部边缘距左侧向正前方设置一红外传感器，在AGV车体12上距前部边缘距右侧边缘向正前方设置一超声波传感器，在AGV车体12上距前部边缘距右侧边缘向斜前方即正前方向右方向设置一红外传感器；在AGV车体12上距尾部边缘距左侧边缘向斜后方即正后方向左角方向设置一红外传感器，在AGV车体12上距尾部边缘距左侧边缘向正后方设置一超声波传感器，在AGV车体12上距尾部边缘距左侧边缘向正后方设置一红外传感器，在AGV车体12上距尾部边缘距右侧边缘向正后方设置一超声波传感器，在AGV车体12上距尾部边缘距右侧边缘向斜后方即正后方向右偏转方向设置一红外传感器；
所述AGV车体12上的四周固定4个超声波传感器及6个红外传感器，在AGV车体12上前部和尾部分别固定2个超声波传感器及3个红外传感器，在AGV车体12上距前部边缘1cm距左侧边缘1cm向斜前方即正前方向左偏转45°角方向设置一红外传感器，在AGV车体12上距前部边缘1cm距左侧边缘8cm向正前方设置一超声波传感器，在AGV车体12上距前部边缘1cm距左侧边缘16cm向正前方设置一红外传感器，在AGV车体12上距前部边缘1cm距右侧边缘8cm向正前方设置一超声波传感器，在AGV车体12上距前部边缘1cm距右侧边缘1cm向斜前方即正前方向右偏转45°角方向设置一红外传感器；在AGV车体12上距尾部边缘1cm距左侧边缘1cm向斜后方即正后方向左偏转45°角方向设置一红外传感器，在AGV车体12上距尾部边缘1cm距左侧边缘8cm向正后方设置一超声波传感器，在AGV车体12上距尾部边缘1cm距左侧边缘16cm向正后方设置一红外传感器，在AGV车体12上距尾部边缘1cm距右侧边缘8cm向正后方设置一超声波传感器，在AGV车体12上距尾部边缘1cm距右侧边缘1cm向斜后方即正后方向右偏转45°角方向设置一红外传感器
所述AGV车体12的后端面上还设有充电接口10和AGV开关11；充电接口10设在AGV开关11的左侧，充电接口10与AGV车体12内的电源控制装置相连，为电源控制装置中设有的锂电池充电；
所述位姿采集器3和无线通信模块4均通过导线和主控单片机8相连，扫描仪5通过信号线与无线通信模块4相连，无线通信模块4再与主控单片机8相连，显示屏9直接与主控单片机8相连。
所述超声波自动跟随接收***26包括若干个单体超声波接收***，根据每个单体超声波接收***的接收范围布置在整个控制区域，单体超声波接收***包括从上向下依次相连的绝缘固定底板二23、二号舵机组15、超声波接收装置25，所述绝缘固定底板二23固定在仓库/室内的天花板上，二号舵机组15通过相应的支架固定在绝缘固定底板二23上，超声波接收装置25通过绝缘固定底板一22固定在二号舵机组15的下方，二号舵机组15可完成挠性运动，即以垂直地面向下建立z轴，使超声波接收***完成与z轴角度为45°构成曲面以下角度范围转动；所述二号舵机组15由两个中号舵机24方向相错位搭建构成；所述超声波接收装置25包括超声波接收探头16、滤波器19、计数器20、数值比较器21，超声波接收探头16、滤波器19、计数器20、数值比较器21均固定于绝缘固定底板一22面向地面的一面；所述超声波接收探头16为四个，正方形分布于绝缘固定底板一22四个角部的下面，每个超声波接收探头16都通过焊接分别与滤波器19串连，滤波器19通过焊接与计数器20串连，滤波器19如图5所示，全部计数器20都以导线连接至数值比较器21，计数器20及数值比较器21电路图如图6所示。所述单片机17固定于绝缘固定底板一22的面向地面的一面，无线模块18固定于单片机17和超声波接收探头16之间，单片机17通过导线与无线模块18相连，单片机17控制无线模块18发出与无线通信模块4通信的信号，单片机17还通过导线与二号舵机组15相连并控制二号舵机组15所转角度，得到当前超声波自动跟随接收***26所在角度并对其进行定位；单片机17通过导线与超声波接收探头16相连，得到超声波接收探头16接收到的超声波信号。
所述超声波自动跟随接收***26的超声波接收装置25正对超声波发射点所在方向，即令超声波发射探头1对准四个超声波接收探头16构成平面图形的几何中心，使得超声波发射探头1到每个超声波接收探头16的直线距离相等。
所述无线通信模块为结构简单、运行稳定的单芯片型射频收发机NRF24L01来实现主控单片机与上位机的通信；
所述位姿采集器选用三轴加速度计三轴MPU6050六轴模块，由其陀螺仪功能来确定AGV的姿态。
所述超声波发射探头为TCT40-16T/R超声波探头，所述一号舵机组由两台M90舵机组成一个二维云台，可以使超声波发射探头指向空中任一角度，实现在接收方方向上信号的最大强度传播
所述超声波接收装置中的接收探头选用基于CX20106a的超声波接收模块，无线模块选用NRF24L01射频模块，图7为本装置选用的超声波接收模块电路图，图8为本装置选用的射频模块电路图，所述滤波器由低通RC环节和高通RC环节组成的有源带通滤波器，其中电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4均为1.2kΩ，电容C1与电容C2均为3300pF，如图5所示。所述计数器为CD4518双BCD加法计数器，所述数值比较器为74LS85BCD数值比较器，每个超声波接收探头分别串联一个有源滤波器，每个超声波接收头的INT端口分别与对应的有源带通滤波器的Ui端口连接；每个有源滤波器分别串联一个计数器，每个有源带通滤波器的Uo端口与对应的计数器的CP1端口连接。每个计数器的EN1端口与外接5V直流电源连接。全部计数器中，和第一个超声波探头连接的计数器的1A、1B、1C端口分别与数值比较器的A3、A2、A1端口相连，与其他3个超声波探头相连的计数器分别由三个计数器的1A、1B、1C端口与数值比较器的B3、B2、B1端口连接，如图6所示。自动跟随超声波接收***中的单片机采用STM32F407VET6单片机，如图9，A为单片机，B为2号舵机组，C为射频模块，D为超声波接收装置，E为超声波接收探头组，F为数值比较器，自动跟随超声波接收***中的单片机的引脚P1B2～4分别和超声波接收探头组中数值比较器的三个OAGTB引脚相连；PW1、PW2分别和1号舵机组、2号舵机组的信号线相连。单片机的PG6～7和PB3～5引脚依次和射频模块的NRFCE、NRF CS、NRF IRQ、NRF SCK、NRF MOSI、NRF SCK引脚相连。
所述AGV车体12经由电机控制装置控制并由电源控制装置供电完成运动；所述AGV车体12包括车架和位于车架下面的全向轮；所述电机控制装置包括与全向轮数目对应的驱动器、电机、编码器，所述驱动器置于AGV车体12内部中心，电源控制装置固定于车体内部的后端，每个车轮通过传动轴分别连有一个电机，电机另一端安装编码器，驱动器分别与电源控制装置、电机、编码器相连。所述驱动器将主控单片机传输的运动命令解码成各全向轮的转速，转速通过CAN总线传输至各全向轮的电机，电机带动全向轮运动控制AGV运动速度与方向；电机驱动器的驱动电压、电机的转速、编码器所测转速组成了一个闭环，若所述编码器测量到的各全向轮实际速度与运动命令解码成的各全向轮的转速有所偏差，则将速度信息反馈至驱动器与原命令比较，驱动器根据速度差作出调整，再次将正确的速度值传输至电机。所述电源控制装置包括锂电池及电源总线接口电路，锂电池与电源总线接口电路相连，电源总线接口电路与充电接口、主控单片机以及超声波发送***、避障***、AGV运动***相连；锂电池经由电源总线接口电路调压至主控单片机所需压值后，对主控单片机以及超声波发送***、避障***、AGV运动***进行供电。
所述AGV运动***中电机选用响应快、功率大、扭矩强的进口直流减速电机，驱动器为四轴驱动器，车轮选用更加灵活可实现保证位姿不变移动的QMA10全向轮，通过四个轮子速度配合完成AGV位姿不变情况下任意角度转向。设定的AGV运动速度为0.1(m·s－1)，负载能力为20kg，AGV车体12尺寸为370×320×114mm，QMA-10全向轮直径为101.6mm，车身最小离地间隙为23mm。
所述超声波自动跟随接收***26中单体超声波接收***的个数可根据仓库/室内场所的大小计算得出,若室内高度为h，所选用超声波发射/接收探头的信号探测距离为s，则理论上每个单体超声波接收***的最大探测范围为以一个单体超声波接收***为顶点，底面半径为的锥形内的范围；单体超声波接收***的个数根据任务覆盖范围和控制范围大小以单体超声波接收***探测范围为单位划分得到个数，以垂直地面向下建立z轴，设置单体超声波接收***旋转角度为与z轴角度为θ＝45°构成曲面以下角度，则根据计算实际单体超声波接收***的最大探测范围为以一个单体超声波接收***为顶点，底面半径为l＝h·tanθ＝h·tan45°＝h的锥形内的范围。
所述主控单片机采用支持多功能的STM32F407VET6单片机，单片机的PA2、PA3引脚与串口-WIFI模块相连，完成主控单片机与上位机的通讯，单片机的PC10、PC11引脚与串口-WIFI模块相连，完成主控单片机与SICK_TIM_351扫描仪的数据传输，单片机的PA0、PA1引脚与M6050六轴模块相连，使主控单片机接收AGV的位姿数据，单片机的PB10、PB11引脚与一号舵机组中两个舵机相连，使主控单片机控制超生波发射的方向，单片机的PC6、PC7引脚与超声波发射探头相连，使主控单片机控制发射超声波信号，单片机的PB8、PB9引脚通过CAN总线向AGV运动***的驱动器发送命令，单片机的PA5～7、PA12引脚与无线通信模块相连，接收超声波定位数据至主控单片机；
使用所述用于地面运输车的控制装置的控制方法，包括以下具体步骤：
a.在上位机设定电子地图的大小、障碍物的排布和起止位置的数值，设置目标任务个数与AGV个数，上位机根据数据得出全局栅格电子地图并完成改进粒子群算法计算得出最优任务分配以及通过改进蚁群算法的计算得出全局最优路线，任务分配结果和每个AGV对应的全局最优路线显示在上位机界面；将AGV运动速度设定为0.1(m·s－1)；
b.在上位机配置接口参数，设置AGV上对应的接收数据的串口，将任务及路径信息通过无线通信模块4发送至AGV对应的串口，接收到的数据被传送至主控单片机8，各AGV接收到全局最优路线；
c.AGV***先确认各单体AGV是否在所设置的起点位置，超声波自动跟随接收***26中的无线模块18向AGV上的无线通信模块4发出一列数据信号；
d.(c-i为每一次的定位过程，一直到i是确认是否在起点位置)无线通信模块4接收到信号后主控单片机8开启超声波发射定时器，并令超声波发射探头1以每秒10次的频率发射超声波信号。同时超声波自动跟随接收***26中的无线模块18自动应答，超声波自动跟随接收***26中的单片机17开启其中定时器的计时功能进行超声波接收计时；
e.超声波接收装置25接收超声波发射探头1发射的超声波信号，超声波信号传输至单片机17，单片机17中的定时器完成计时，超声波接收探头16接收到的超声波信号经超声波接收装置25中的有源带通滤波器19滤波，在超声波定位中，超声波发射探头1发出的超声波的频率大约为38kHz～40kHz，通过有源带通滤波器19去除不在超声波发送***发射的40kHz超声波阈值内的杂波，并且通过每个超声波接收探头组28中的计数器20对每秒所接收到的超声波个数进行计数，每个超声波接收探头16接收到的超声波个数被传送到数值比较器21中进行比较，全部计数器20中，和第一个超声波接收探头16连接的计数器20有三路输出信号A3、A2、A1，这三路输出信号相同，另外与其他3个超声波接收探头16相连的计数器20分别输出1路信号，分别由三个计数器20的B3、B2、B1端口输出，信号输出至数值比较器21。以与第一个超声波接收探头16相连的计数器20的3路输出信号为准，分别与和其余三个超声波接收探头16相连的计数器20输出的信号进行对比，若对比结果与表1所示的真值表最后一行相符，则证明4个超声波接收探头16接收的波形数目相同，没有存在丢波，则这组信号判定为可靠信号，若与其余行相符，则代表4个超声波接收探头16接收的波形数目不相同，即存在丢波，则信号舍弃不进行操作；
f.可靠信号被传输至单片机17，单片机17根据可靠信号对应的定时器所计时间计算每个超声波接收探头16所测的距离；单片机17根据每个超声波接收探头16所测的距离判断当前超声波信号的可靠性，即根据每个超声波接收探头16所测距离是否相差不超过所设阈值来判断每个超声波接收探头16所接收到是否为同一列超声波信号，若不超过不超过所设阈值，即为可靠；
g.超声波自动跟随接收***26中单片机根据每个超声波接收探头16接收到的可靠距离数据结合当前二号舵机组15角度以及超声波自动跟随接收***26所处高度，通过三角几何计算得出AGV超声波定位数据，超声波接收装置25根据当前定位数据通过脉冲宽度调制控制超声波自动跟随接收***26中二号舵机组15的转向对准AGV；
h.超声波自动跟随接收***26通过无线模块发送超声波定位数据，无线通信模块4接收到超声波定位数据传送至AGV的主控单片机8，主控单片机8判断可靠性，若为0，则丢弃，并连续10次存储超声波定位数据，去掉其中最大值、最小值后取平均，得出最终超声波定位数据；
i.得到定位数据后主控单片机8确认AGV是否处于所设置的起点位置，若是，则根据上位机所发送的全局最优路线从当前点开始进行移动；若不是，则以定位得出的当前所在位置为局部起点以所设置的起点位置为局部目标点进行局部路径规划，主控单片机8根据所得数据将运动命令传输至电机控制装置，电机控制装置中驱动器将主控单片机8传输的运动命令由驱动器解码成各全向轮的转速，转速传输至各全向轮13的电机，电机带动全向轮运动决定AGV运动速度与方向。电机控制装置中编码器测速各全向轮实际速度，若与命令有所偏差，则将信息反馈至驱动器与原命令比较，并由驱动器再次输出命令作出调整，完成局部移动，到达起点再根据上位机所发送的全局最优路线从当前点开始进行移动。
j.同时，主控单片机8结合最终超声波定位数据以及位姿采集器3所传输当前AGV姿态数据处理得到超声波发送***中一号舵机组2需要转动的对准角度；超声波发送***中一号舵机组2完成转动，与超声波自动跟随接收***26完成对准。
k.在AGV移动过程中，主控单片机8设定避障***的局部避障范围为4m，主控单片机8采用A*算法进行局部避障，A*算法使用栅格电子地图，局部栅格电子地图的分度值为0.05m，局部栅格电子地图的总栅格数为25600个，主控单片机8将局部环境检测命令经串口-以太网转换模块7转化成以太网格式输出给扫描仪5，扫描仪5将局部环境探测结果经串口-以太网转换模块7转化成串口格式输出给主控单片机8，红外传感器29探测距离为3-80cm，超声波传感器30探测距离为2cm-400cm，红外传感器29和超声波传感器30探测障碍物信息将局部环境探测结果传输至主控单片机8，主控单片机8运行优化的贝叶斯估计算法将局部环境探测结果进行信息融合，主控单片机8将融合结果生成局部栅格电子地图。
l.在构建出局部栅格电子地图的基础上，运行A*算法进行快速局部路径规划。根据规划路径，确定AGV的运动方向，通过步骤(h)中对电机控制装置控制，完成环境中局部障碍物的躲避。
将AGV到达的当前所在点当做起点，重复步骤c到m，直到AGV到达的所在点为所设置的终止点。
表1 (74LS85真值表)
以上所述的实施例仅为本发明的个别实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，以及符合本发明保护主题思路的技术方案，均在本发明要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于地面运输车的控制装置，其特征是，包括超声波自动跟随接收***(26)、AGV***(27)；所述超声波接自动跟随收***(26)固定在所需室内场所的天花板上，AGV***(27)在仓库的地面上可移动，超声波自动跟随接收***(26)和AGV***(27)分别包含若干个单体超声波接收***和单体AGV***，超声波自动跟随接收***(26)可接收AGV***(27)中超声发送***超声波发送单元的信号；
所述AGV***(27)包括若干个单体AGV***，其中每个单体AGV***包括超声波发送单元、避障检测单元、驱动控制单元、AGV车体(12)、全向轮(13)；所述超声波发送单元、避障检测单元、驱动控制单元依次位于AGV车体(12)上的前部、中部、后部，全向轮(13)位于AGV车体(12)的四个角的下方，并支撑AGV车体(12)在平面上各个方向移动；
所述超声发送***超声波发送单元包括超声波发射探头(1)、一号舵机组(2)，一号舵机组(2)用铜柱固定于AGV车体(12)上距前部边缘6cm，超声波发射探头(1)通过绝缘固定底板和铜柱固定于一号舵机组(2)的顶部，所述一号舵机组(2)由两个小号舵机(14)上下搭建构成，所述一号舵机组(2)可完成挠性运动达到全方位转动，可令超声波发射探头(1)完成在定位范围内的与超声波自动跟随接收***(26)的对准；超声波发射探头(1)和一号舵机组(2)分别通过导线和主控单片机(8)相连；
所述避障检测单元包括位姿采集器(3)、无线通信模块(4)、扫描仪(5)、小绝缘固定底板(6)，所述位姿采集器(3)、无线通信模块(4)、扫描仪(5)固定在小绝缘固定底板(6)上，小绝缘固定底板(6)固定于AGV车体(12)上的中部距前部边缘13cm；
所述驱动控制单元包括串口-以太网转换模块(7)、主控单片机(8)、显示屏(9)，显示屏(9)由支架固定于AGV车体(12)上距后部边缘4cm处，主控单片机(8)位于显示屏(9)的下侧部，串口-以太网转换模块(7)位于显示屏(9)的下方、AGV车体(12)上面；
所述AGV车体(12)上的四周固定4个超声波传感器及6个红外传感器，在AGV车体(12)上前部和尾部分别固定2个超声波传感器及3个红外传感器，在AGV车体(12)上距前部边缘距左侧边缘向斜前方即正前方向左方向设置一红外传感器，在AGV车体(12)上距前部边缘距左侧向正前方设置一超声波传感器，在AGV车体(12)上距前部边缘距左侧向正前方设置一红外传感器，在AGV车体(12)上距前部边缘距右侧边缘向正前方设置一超声波传感器，在AGV车体(12)上距前部边缘距右侧边缘向斜前方即正前方向右方向设置一红外传感器；在AGV车体(12)上距尾部边缘距左侧边缘向斜后方即正后方向左角方向设置一红外传感器，在AGV车体(12)上距尾部边缘距左侧边缘向正后方设置一超声波传感器，在AGV车体(12)上距尾部边缘距左侧边缘向正后方设置一红外传感器，在AGV车体(12)上距尾部边缘距右侧边缘向正后方设置一超声波传感器，在AGV车体(12)上距尾部边缘距右侧边缘向斜后方即正后方向右偏转方向设置一红外传感器；
所述超声波自动跟随接收***(26)包括若干个单体超声波接收***，根据每个单体超声波接收***的接收范围布置在整个控制区域，单体超声波接收***包括从上向下依次相连的绝缘固定底板二(23)、二号舵机组(15)、超声波接收装置(25)，所述绝缘固定底板二(23)固定在仓库/室内的天花板上，二号舵机组(15)通过相应的支架固定在绝缘固定底板二(23)上，超声波接收装置(25)通过绝缘固定底板一(22)固定在二号舵机组(15)的下方，二号舵机组(15)可完成挠性运动，即以垂直地面向下建立z轴，使超声波接收***完成与z轴角度为45°构成曲面以下角度范围转动；所述二号舵机组(15)由两个中号舵机(24)方向相错位搭建构成；所述超声波接收装置(25)包括超声波接收探头(16)、滤波器(19)、计数器(20)、数值比较器(21)，超声波接收探头(16)、滤波器(19)、计数器(20)、数值比较器(21)均固定于绝缘固定底板一(22)面向地面的一面；所述超声波接收探头(16)为四个，正方形分布于绝缘固定底板一(22)四个角部的下面，每个超声波接收探头(16)都通过焊接分别与滤波器(19)串连，滤波器(19)通过焊接与计数器(20)串连，全部计数器(20)都以导线连接至数值比较器(21)，所述单片机(17)固定于绝缘固定底板一(22)的面向地面的一面，无线模块(18)固定于单片机(17)和超声波接收探头(16)之间，单片机(17)通过导线与无线模块(18)相连，单片机(17)控制无线模块(18)发出与无线通信模块(4)通信的信号，单片机(17)还通过导线与二号舵机组(15)相连并控制二号舵机组(15)所转角度，得到当前超声波自动跟随接收***(26)所在角度并对其进行定位；单片机(17)通过导线与超声波接收探头(16)相连，得到超声波接收探头(16)接收到的超声波信号。
2.如权利要求1所述的用于地面运输车的控制装置，其特征是，
所述AGV车体(12)上的四周固定4个超声波传感器及6个红外传感器，在AGV车体(12)上前部和尾部分别固定2个超声波传感器及3个红外传感器，在AGV车体(12)上距前部边缘1cm距左侧边缘1cm向斜前方即正前方向左偏转45°角方向设置一红外传感器，在AGV车体(12)上距前部边缘1cm距左侧边缘8cm向正前方设置一超声波传感器，在AGV车体(12)上距前部边缘1cm距左侧边缘16cm向正前方设置一红外传感器，在AGV车体(12)上距前部边缘1cm距右侧边缘8cm向正前方设置一超声波传感器，在AGV车体(12)上距前部边缘1cm距右侧边缘1cm向斜前方即正前方向右偏转45°角方向设置一红外传感器；在AGV车体(12)上距尾部边缘1cm距左侧边缘1cm向斜后方即正后方向左偏转45°角方向设置一红外传感器，在AGV车体(12)上距尾部边缘1cm距左侧边缘8cm向正后方设置一超声波传感器，在AGV车体(12)上距尾部边缘1cm距左侧边缘16cm向正后方设置一红外传感器，在AGV车体(12)上距尾部边缘1cm距右侧边缘8cm向正后方设置一超声波传感器，在AGV车体(12)上距尾部边缘1cm距右侧边缘1cm向斜后方即正后方向右偏转45°角方向设置一红外传感器。
3.如权利要求1所述的用于地面运输车的控制装置，其特征是，
所述AGV车体(12)的后端面上还设有充电接口(10)和AGV开关(11)；充电接口(10)设在AGV开关(11)的左侧，充电接口(10)与AGV车体(12)内的电源控制装置相连，为电源控制装置中设有的锂电池充电；
所述位姿采集器(3)和无线通信模块(4)均通过导线和主控单片机(8)相连，扫描仪(5)通过信号线与无线通信模块(4)相连，无线通信模块(4)再与主控单片机(8)相连，显示屏(9)直接与主控单片机(8)相连。
4.如权利要求1所述的用于地面运输车的控制装置，其特征是，
所述超声波自动跟随接收***(26)的超声波接收装置(25)正对超声波发射点所在方向，即令超声波发射探头(1)对准四个超声波接收探头(16)构成平面图形的几何中心，使得超声波发射探头(1)到每个超声波接收探头(16)的直线距离相等；
所述无线通信模块为结构简单、运行稳定的单芯片型射频收发机NRF24L01来实现主控单片机与上位机的通信；
所述位姿采集器选用三轴加速度计三轴MPU6050六轴模块，由其陀螺仪功能来确定AGV的姿态；
所述超声波发射探头为TCT40-16T/R超声波探头，所述一号舵机组由两台M90舵机组成一个二维云台，可以使超声波发射探头指向空中任一角度，实现在接收方方向上信号的最大强度传播；
所述超声波自动跟随接收***26中单体超声波接收***的个数可根据仓库/室内场所的大小计算得出,若室内高度为h，所选用超声波发射/接收探头的信号探测距离为s，则理论上每个单体超声波接收***的最大探测范围为以一个单体超声波接收***为顶点，底面半径为的锥形内的范围；单体超声波接收***的个数根据任务覆盖范围和控制范围大小以单体超声波接收***探测范围为单位划分得到个数，以垂直地面向下建立z轴，设置单体超声波接收***旋转角度为与z轴角度为θ＝45°构成曲面以下角度，则根据计算实际单体超声波接收***的最大探测范围为以一个单体超声波接收***为顶点，底面半径为l＝h·tanθ＝h·tan45°＝h的锥形内的范围。
5.如权利要求1所述的用于地面运输车的控制装置，其特征是，
所述超声波接收装置中的接收探头选用基于CX20106a的超声波接收模块，无线模块选用NRF24L01射频模块，所述滤波器由低通RC环节和高通RC环节组成的有源带通滤波器，其中电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4均为1.2kΩ，电容C1与电容C2均为3300pF，所述计数器为CD4518双BCD加法计数器，所述数值比较器为74LS85BCD数值比较器，每个超声波接收探头分别串联一个有源滤波器，每个超声波接收头的INT端口分别与对应的有源带通滤波器的Ui端口连接；每个有源滤波器分别串联一个计数器，每个有源带通滤波器的Uo端口与对应的计数器的CP1端口连接；每个计数器的EN1端口与外接5V直流电源连接；全部计数器中，和第一个超声波探头连接的计数器的1A、1B、1C端口分别与数值比较器的A3、A2、A1端口相连，与其他3个超声波探头相连的计数器分别由三个计数器的1A、1B、1C端口与数值比较器的B3、B2、B1端口连接，自动跟随超声波接收***中的单片机采用STM32F407VET6单片机，自动跟随超声波接收***中的单片机的引脚P1B2～4分别和超声波接收探头组中数值比较器的三个OAGTB引脚相连；PW1、PW2分别和1号舵机组、2号舵机组的信号线相连；单片机的PG6～7和PB3～5引脚依次和射频模块的NRF CE、NRF CS、NRF IRQ、NRF SCK、NRF MOSI、NRF SCK引脚相连。
6.如权利要求1所述的用于地面运输车的控制装置，其特征是，
所述AGV车体(12)经由电机控制装置控制并由电源控制装置供电完成运动；所述AGV车体(12)包括车架和位于车架下面的全向轮；所述电机控制装置包括与全向轮数目对应的驱动器、电机、编码器，所述驱动器置于AGV车体(12)内部中心，电源控制装置固定于AGV车体(12)内部的后端，每个车轮通过传动轴分别连有一个电机，电机另一端安装编码器，驱动器分别与电源控制装置、电机、编码器相连；所述驱动器将主控单片机传输的运动命令解码成各全向轮的转速，转速通过CAN总线传输至各全向轮的电机，电机带动全向轮运动控制AGV运动速度与方向；电机驱动器的驱动电压、电机的转速、编码器所测转速组成了一个闭环，若所述编码器测量到的各全向轮实际速度与运动命令解码成的各全向轮的转速有所偏差，则将速度信息反馈至驱动器与原命令比较，驱动器根据速度差作出调整，再次将正确的速度值传输至电机；所述电源控制装置包括锂电池及电源总线接口电路，锂电池与电源总线接口电路相连，电源总线接口电路与充电接口、主控单片机以及超声波发送***、避障***、AGV运动***相连；锂电池经由电源总线接口电路调压至主控单片机所需压值后，对主控单片机以及超声波发送***、避障***、AGV运动***进行供电。
7.如权利要求1所述的用于地面运输车的控制装置，其特征是，
所述主控单片机采用支持多功能的STM32F407VET6单片机，单片机的PA2、PA3引脚与串口-WIFI模块相连，完成主控单片机与上位机的通讯，单片机的PC10、PC11引脚与串口-WIFI模块相连，完成主控单片机与SICK_TIM_351扫描仪的数据传输，单片机的PA0、PA1引脚与M6050六轴模块相连，使主控单片机接收AGV的位姿数据，单片机的PB10、PB11引脚与一号舵机组中两个舵机相连，使主控单片机控制超生波发射的方向，单片机的PC6、PC7引脚与超声波发射探头相连，使主控单片机控制发射超声波信号，单片机的PB8、PB9引脚通过CAN总线向AGV运动***的驱动器发送命令，单片机的PA5～7、PA12引脚与无线通信模块相连，接收超声波定位数据至主控单片机。
8.如权利要求1所述的用于地面运输车的控制装置，其特征是，
所述AGV运动***中电机选用进口直流减速电机，驱动器为四轴驱动器，车轮选用可实现位姿不变移动的QMA10全向轮，通过四个轮子速度配合完成AGV位姿不变情况下任意角度转向，设定的AGV运动速度为0.1(m·s－1)，负载能力为20kg。
9.如权利要求1所述的用于地面运输车的控制装置，其特征是，
车体尺寸为370×320×114mm，QMA-10全向轮直径为101.6mm，车身最小离地间隙为23mm。
10.使用权利要求1所述用于地面运输车的控制装置的控制方法，其特征是，包括以下具体步骤：
a.在上位机设定电子地图的大小、障碍物的排布和起止位置的数值，设置目标任务个数与AGV个数，上位机根据数据得出全局栅格电子地图并完成改进粒子群算法计算得出最优任务分配以及通过改进蚁群算法的计算得出全局最优路线，任务分配结果和每个AGV对应的全局最优路线显示在上位机界面；将AGV运动速度设定为0.1(m·s－1)；
b.在上位机配置接口参数，设置AGV上对应的接收数据的串口，将任务及路径信息通过无线通信模块(4)发送至AGV对应的串口，接收到的数据被传送至主控单片机(8)，各AGV接收到全局最优路线；
c.AGV***先确认各单体AGV是否在所设置的起点位置，超声波自动跟随接收***(26)中的无线模块(18)向AGV上的无线通信模块(4)发出一列数据信号；
d.无线通信模块(4)接收到信号后主控单片机(8)开启超声波发射定时器，并令超声波发射探头(1)以每秒(10)次的频率发射超声波信号；同时超声波自动跟随接收***(26)中的无线模块(18)自动应答，超声波自动跟随接收***(26)中的单片机(17)开启其中定时器的计时功能进行超声波接收计时；
e.超声波接收装置(25)接收超声波发射探头(1)发射的超声波信号，超声波信号传输至单片机(17)，单片机(17)中的定时器完成计时，超声波接收探头(16)接收到的超声波信号经超声波接收装置(25)中的有源带通滤波器(19)滤波，在超声波定位中，超声波发射探头(1)发出的超声波的频率为38kHz～40kHz，通过有源带通滤波器(19)去除不在超声波发送***发射的40kHz超声波阈值内的杂波，并且通过每个超声波接收探头组(28)中的计数器(20)对每秒所接收到的超声波个数进行计数，每个超声波接收探头(16)接收到的超声波个数被传送到数值比较器(21)中进行比较，全部计数器(20)中，和第一个超声波接收探头(16)连接的计数器(20)有三路输出信号A3、A2、A1，这三路输出信号相同，另外与其他3个超声波接收探头(16)相连的计数器(20)分别输出1路信号，分别由三个计数器(20)的B3、B2、B1端口输出，信号输出至数值比较器(21)，以与第一个超声波接收探头(16)相连的计数器(20)的3路输出信号为准，分别与和其余三个超声波接收探头(16)相连的计数器(20)输出的信号进行对比，若对比结果证明4个超声波接收探头(16)接收的波形数目相同，没有存在丢波，则这组信号判定为可靠信号，若4个超声波接收探头(16)接收的波形数目不相同，即存在丢波，则信号舍弃不进行操作；
f.可靠信号被传输至单片机(17)，单片机(17)根据可靠信号对应的定时器所计时间计算每个超声波接收探头(16)所测的距离；单片机(17)根据每个超声波接收探头(16)所测的距离判断当前超声波信号的可靠性，即根据每个超声波接收探头(16)所测距离是否相差不超过所设阈值来判断每个超声波接收探头(16)所接收到是否为同一列超声波信号，若不超过不超过所设阈值，即为可靠；
g.超声波自动跟随接收***(26)中单片机根据每个超声波接收探头(16)接收到的可靠距离数据结合当前二号舵机组(15)角度以及超声波自动跟随接收***(26)所处高度，通过三角几何计算得出AGV超声波定位数据，超声波接收装置(25)根据当前定位数据通过脉冲宽度调制控制超声波自动跟随接收***(26)中二号舵机组(15)的转向对准AGV；
h.超声波自动跟随接收***(26)通过无线模块发送超声波定位数据，无线通信模块(4)接收到超声波定位数据传送至AGV的主控单片机(8)，主控单片机(8)判断可靠性，若为0，则丢弃，并连续10次存储超声波定位数据，去掉其中最大值、最小值后取平均，得出最终超声波定位数据；
i.得到定位数据后主控单片机(8)确认AGV是否处于所设置的起点位置，若是，则根据上位机所发送的全局最优路线从当前点开始进行移动；若不是，则以定位得出的当前所在位置为局部起点以所设置的起点位置为局部目标点进行局部路径规划，主控单片机(8)根据所得数据将运动命令传输至电机控制装置，电机控制装置中驱动器将主控单片机(8)传输的运动命令由驱动器解码成各全向轮的转速，转速传输至各全向轮(13)的电机，电机带动全向轮运动决定AGV运动速度与方向，电机控制装置中编码器测速各全向轮实际速度，若与命令有所偏差，则将信息反馈至驱动器与原命令比较，并由驱动器再次输出命令作出调整，完成局部移动，到达起点再根据上位机所发送的全局最优路线从当前点开始进行移动；
j.同时，主控单片机(8)结合最终超声波定位数据以及位姿采集器(3)所传输当前AGV姿态数据处理得到超声波发送***中一号舵机组(2)需要转动的对准角度；超声波发送***中一号舵机组(2)完成转动，与超声波自动跟随接收***(26)完成对准；
k.在AGV移动过程中，主控单片机(8)设定避障***的局部避障范围为4m，主控单片机(8)采用A*算法进行局部避障，A*算法使用栅格电子地图，局部栅格电子地图的分度值为0.05m，局部栅格电子地图的总栅格数为25600个，主控单片机(8)将局部环境检测命令经串口-以太网转换模块(7)转化成以太网格式输出给扫描仪(5)，扫描仪(5)将局部环境探测结果经串口-以太网转换模块(7)转化成串口格式输出给主控单片机(8)，红外传感器(29)探测距离为3-80cm，超声波传感器(30)探测距离为2cm-400cm，红外传感器(29)和超声波传感器(30)探测障碍物信息将局部环境探测结果传输至主控单片机(8)，主控单片机(8)运行优化的贝叶斯估计算法将局部环境探测结果进行信息融合，主控单片机(8)将融合结果生成局部栅格电子地图；
l.在构建出局部栅格电子地图的基础上，运行A*算法进行快速局部路径规划；根据规划路径，确定AGV的运动方向，通过步骤(h)中对电机控制装置控制，完成环境中局部障碍物的躲避；
m.将AGV到达的当前所在点当做起点，重复步骤c到m，直到AGV到达的所在点为所设置的终止点。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180330 |