CN109213172B - 一种基于光学导航器件的多传感物流导航*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于光学导航器件的多传感物流导航***，包括设置在道路中央且沿着道路传播的激光束、行驶在道路上的物流小车以及设置在两条道路交叉处的射频模组，所述物流小车包括车体、设置在车体底部的车轮、设置在车体四个侧壁上用于感应激光束与车体偏离角度的光学导航传感器、设置在车体顶部的射频模块以及与光学导航传感器、车轮、射频模块均连接的中央处理器。与现有技术相比，本发明采用的光学导航传感器其具有低误差的特点，并且区别于惯性导航，不会产生较大的累积误差，光学导航传感器采用透明采光栅格结构保证了一条直线上多个物流小车的通行，降低了导航配套设施搭建的复杂度，提高了导航***承载力。

Description

一种基于光学导航器件的多传感物流导航***

技术领域

本发明涉及物流导航技术领域，具体涉及一种基于光学导航器件的多传感物流导航***。

背景技术

随着科技的不断前进，工业4.0的提出，物流***越来越制约着社会工业化进程的发展。物流运输体现在生产生活的许多方面，无论是工厂车间还是产品储藏仓库以及快递物件的运输和分类等诸多领域都对物流导航***提出了越来越高的要求。目前物流导航领域中路标、磁钉以及惯性导航较为常见，但由于磁钉和路标的架设需要前期规划不适合后期改造，另外惯性导航其累计误差较大，需要间隔一端距离消除累积误差，仍有诸多不足。

目前急需一种新型的物流导航***，其具有较高精度，同时抗干扰能力强，对周围硬件配套设施要求不高方便推广使用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种导航精准且成本低的基于光学导航器件的多传感物流导航***。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于光学导航器件的多传感物流导航***，该导航***包括设置在道路中央且沿着道路传播的激光束、行驶在道路上的物流小车以及设置在两条道路交叉处的射频模组，所述物流小车包括车体、设置在车体底部的车轮、设置在车体四个侧壁上用于感应激光束与车体偏离角度的光学导航传感器、设置在车体顶部的射频模块以及与光学导航传感器、车轮、射频模块均连接的中央处理器。

首先，本发明通过射频模组和射频模块，可以对每个物流小车进行射频通讯，以确定货物信息以及导航信息，并通过射频模块将相关导航信息传递给中央处理器，通过中央处理器控制车轮的方向，从而从大体上选择物流小车的前进方向。

在小车的行驶过程中，激光束从小车某一侧壁的光学导航传感器中射入，并从与该侧壁相对的一个侧壁的光学导航传感器中射出，两个光学导航传感器可以检测到激光束射入时处于光学导航传感器的位置，然后通过中央处理器分析两个位置，可以得到物流小车的前进方向与激光束方向是否产生偏差，若有偏差，则中央处理器控制车轮进行调整，直至物流小车的前进方向与激光束方向重合。除了上述车体校直的功能外，还可以进行车***姿的调整。如当车体偏离道路的中心前进时，激光束照射在非正中心的一根透明采光栅格上，例如，每个光学导航传感器有13根透明采光栅格，只有当激光束从第7根透明采光栅格射入，才表明车体是沿着道路中心前进的，若激光束从其他透明采光栅格射入时，中央处理器会调整车轮，使车体逐渐移动至道路中心。

位于车体两个相对侧面上的两个光学导航传感器在与这两个侧面平行的平面上的投影重合。

所述的光学导航传感器包括传感器架、并列且竖直设置在传感器架中的透明采光栅格、设置在透明采光栅格顶部的光学探头，所述光学探头与中央处理器连接，当激光束照射在透明采光栅格上，部分透过透明采光栅格继续向前传播，部分向上衍射被光学探头感应并检测光强度。激光束射入透明采光栅格时，在透明采光栅格内发生衍射，一部分按原路线离开透明采光栅格，剩余部分沿着透明采光栅格向上传播并被光学探头感应，由于多根透明采光栅格并列分布，相互之间的间隙忽略不计，所以激光束必定照射在某一根透明采光栅格上，并被该透明采光栅格对应的光学探头检测到，而且即使激光束射入时在透明采光栅格的位置不同，光学探头检测到的光强也是不同的，因此当两个相对侧面上位于同一位置的光学探头检测到相同光强的激光时，证明小车前进的方向与激光束方向完全相同，否则就有偏差。透明采光栅格根据分辨率确定其厚度，且采用透明材料制作而成，且制作采用多层镀膜工艺制作，保证激光入射光线与出射光线光路基本保持不变。

所述的透明采光栅格顶部与光学探头之间设有聚光镜，且光学探头设置在聚光镜的焦点处。设置聚光镜，可以将光聚集到光学探头上，避免光强无法被光学探头感应。

所述光学导航传感器包括设置在传感器架顶部的压盖、固定设置在压盖底部的光收集框架，所述光收集框架的底部与传感器架的顶部抵接，所述聚光镜和光学探头设置在光收集框架的底部。

所述光收集框架底部中央向上设有多个锥形凹槽，所述聚光镜和光学探头设置在锥形凹槽内。该设置是将聚光镜和光学探头设置在一个相对密闭的空间内，使之检测到的光全部来自于激光束，避免杂光对本导航***产生干扰。

所述车轮为万向轮。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几方面：

(1)本发明巧妙的采用前后两个新型光学导航器件配合实现车***姿的调整，配合射频实现多传感物流导航***。降低了物流导航***配套设施搭建的复杂性，消除了累积误差提高了导航***的稳定性，设计的新型光学导航器件实现了精准测量车体倾角以及偏移距离，在导航方面具有突破性进展。

(2)本发明巧妙的采用了前后两个光学导航传感器进行车***姿矫正，采用的透明采光栅格结构配合其上方的聚光镜和光电探头进行高分辨率的位置判断。

(3)本发明采用的透明采光栅格结构保证了一条直线上多个物流小车的通行，降低了导航配套设施搭建的复杂度，提高了导航***承载力。

(4)本发明将光学导航传感器配合射频，提高了***的稳定性和无误性，确保了***的稳定运转。

附图说明

图1为本发明一种基于新型光学导航器件的多传感物流导航***整体示意图。

图2为本发明一种基于新型光学导航器件的多传感物流导航***的物流小车等轴测视图。

图3为本发明一种基于新型光学导航器件的多传感物流导航***的光学导航传感器等轴测视图。

图4为本发明一种基于新型光学导航器件的多传感物流导航***的光学导航传感器主视图。

图5为本发明的物流小车车体倾斜摆正示意图。

图6为本发明的物流小车车***姿矫正示意图。

图7为本发明的导航***控制流程图。

图8为本发明的导航***框图。

其中，1为场地；2为激光束；3为射频模组；4为物流小车，41为车体；42为光学导航传感器；43为车轮；44为射频模块，421为压盖；422为光收集框架；423为透明采光栅格；424为传感器架；425为光电探头；426为聚光镜。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1-8所示，一种基于新型光学导航器件的多传感物流导航***，包括激光束2、射频模组3、物流小车4和中央处理器，其中，在场地1的每条道路中心处都平行于道路方向安设有激光束2，激光束2用于物流小车4的车***姿矫正；射频模组3安设于每个道路交叉路口处，以便于对每个物流小车4进行射频通讯，以确定货物信息以及导航信息。

如附图2所示为物流小车4，物流小车4包括车体41、光学导航传感器42、车轮43以及射频模块44，其中，

射频模块44安装于车体41顶部位置，中央处理器通过射频模块44与射频模组3通讯连接；

如附图2，光学导航传感器42共有4个，且两两成对并相对的对称设置在车体41上，光学导航传感器42对其内部激光束2的光强位置进行检测；

中央处理器分别判断处于相对位置的两个光学导航传感器42的内部的光强位置来判断小车的位姿偏转和偏移情况，以便于对物流小车的位姿进行校正。

如附图3和图4所示，为光学导航传感器42。光学导航传感器42包括压盖421、光收集框架422、透明采光栅格423、传感器架424、光电探头425和聚光镜426；其中，若干个透明采光栅格423平行的分布安装于传感器架424内部；位于传感器架424的上部开口处对应于透明采光栅格423的上方安设有光收集框架422；光收集框架422的下方对应每个透明采光栅格423的中轴线处安装有聚光镜426和光电探头425，激光束由聚光镜426进行聚光后由光电探头425探测每个透明采光栅格423的光强，以确定激光照射位置；传感器架424上位于光收集框架422的上方连接设置有压盖421。

为了保证了一条直线上多个物流小车的通行，降低了导航配套设施搭建的复杂度，提高了导航***承载力，透明采光栅格423根据分辨率确定其厚度，且采用透明材料制作而成，且透明采光栅格423镀膜对激光光路无影响。

如图5、6所示，本***的中央处理器根据激光束2照射在透明采光栅格423的不同位置来判断车身偏转和偏移的程度，以控制物流小车4进行车***姿矫正。

如图3、4，光收集框架422的下方对应每个透明采光栅格423的中轴线处开有锥形窗口，聚光镜426和光电探头425对应设置在锥形窗口的入口处。传感器架424与压盖421之间采用螺钉或者螺栓连接在一起。

如图2、图5、图6所示，光学导航传感器42共四个，且分别对称的布设在车体41的前后、左右位置，中央处理器分别判断前后两个光学导航传感器42、或者左右两个光学导航传感器42的内部的感光位置来判断小车的位姿偏转和偏移情况，以便于对物流小车的位姿进行校正。

此外，本实施例提供了一种基于光学导航器件的多传感物流导航***的物流小车导航方法，其采用上述提供的基于光学导航器件的多传感物流导航***，如附图7和图8所示为本发明控制***流程图和控制***框图。

该方法使用光学导航传感器42确定物流小车4的车体41位姿，进行车体41摆正后前进，当遇到路口后，进行射频通讯确定导航方向后进行下步导航流程。多传感物流导航***由射频通讯进行导航方向确定，由中央处理器将信号发送至每个路口的射频模组3，再由射频模组3对经过路口的每个物流小车4进行信息确定；在物流小车4导航行进的过程中，由外部的激光束2通过车体同一方向前后的两个光学导航传感器进行车***姿判断，以控制小车调整位姿保证直线行驶。

如图5、6，其对物流小车的位姿进行校正方法具体如下：

假设同一方向前后的两个光学导航传感器A和B均设置有N个透明采光栅格423，其中，N为大于等于2的整数，在本实施例中N为大于13的整数；

假设某时刻同一方向前后的两个光学导航传感器A和B的理论的光强位置分别为A13和B13，即激光束照射在光学导航传感器A和B的第13个透明采光栅格位置处；

当前方的光学导航传感器A检测的位置在A13的左侧，后方的光学导航传感器B检测的位置在B13的右侧，此时说明车体整体绕轴线中心点逆时针偏转了，需要进行调整；

当前方的光学导航传感器A检测的位置在A13的左侧，后方的光学导航传感器B检测的位置在B13的左侧，此时需要具体检测前后两个光学导航传感器A和B的光照位置，这里假设分别照射于A4和B5位，说明车体在整体倾斜的同时发生了偏移，具体分析为绕其轴线中心点逆时针偏转，并且车体整体向右侧偏移，需要进行调整；

同理通过分别判断前后两个光学导航传感器A和B对应光强的位置、或者左右两个光学导航传感器对应光强的位置来判断小车的位姿偏转和偏移情况，对物流小车的位姿进行校正。

本发明巧妙的采用前后两个光学导航器件配合实现车***姿的调整，配合射频实现多传感物流导航***。降低了物流导航***配套设施搭建的复杂性，消除了累积误差提高了导航***的稳定性，设计的光学导航器件实现了精准测量车体倾角以及偏移距离，在导航方面具有突破性进展。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于光学导航器件的多传感物流导航***，其特征在于，该导航***包括设置在道路中央且沿着道路传播的激光束(2)、行驶在道路上的物流小车(4)以及设置在两条道路交叉处的射频模组(3)，所述物流小车(4)包括车体(41)、设置在车体(41)底部的车轮(43)、设置在车体(41)四个侧壁上用于感应激光束(2)与车体(41)偏离角度的光学导航传感器(42)、设置在车体(41)顶部的射频模块(44)以及与光学导航传感器(42)、车轮(43)、射频模块(44)均连接的中央处理器；

位于车体(41)两个相对侧面上的两个光学导航传感器(42)在与这两个侧面平行的平面上的投影重合；

所述的光学导航传感器(42)包括传感器架(424)、并列且竖直设置在传感器架(424)中的透明采光栅格(423)、设置在透明采光栅格(423)顶部的光学探头(425)，所述光学探头(425)与中央处理器连接，当激光束(2)照射在透明采光栅格(423)上，部分透过透明采光栅格(423)继续向前传播，部分向上衍射被光学探头(425)感应并检测光强度。

2.根据权利要求1所述的一种基于光学导航器件的多传感物流导航***，其特征在于，所述的透明采光栅格(423)顶部与光学探头(425)之间设有聚光镜(426)，且光学探头(425)设置在聚光镜(426)的焦点处。

3.根据权利要求2所述的一种基于光学导航器件的多传感物流导航***，其特征在于，所述光学导航传感器(42)包括设置在传感器架(424)顶部的压盖(421)、固定设置在压盖(421)底部的光收集框架(422)，所述光收集框架(422)的底部与传感器架(424)的顶部抵接，所述聚光镜(426)和光学探头(425)设置在光收集框架(422)的底部。

4.根据权利要求3所述的一种基于光学导航器件的多传感物流导航***，其特征在于，所述光收集框架底部中央向上设有多个锥形凹槽，所述聚光镜(426)和光学探头(425)设置在锥形凹槽内。

5.根据权利要求1所述的一种基于光学导航器件的多传感物流导航***，其特征在于，所述车轮(43)为万向轮。

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