CN113433554B - 一种无人搬运车自动缓冲防撞*** - Google Patents

一种无人搬运车自动缓冲防撞*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无人搬运车自动缓冲防撞***，设置调速模块，通过比较障碍物与无人搬运车当前距离与预期距离直接的偏差，调整调速模块的功率输出，将速度的变化过程分为若干阶段，避免了无人搬运车在高速运动时检测到障碍物迅速停车由于小车及小车上的物品运动过程中有惯性而带来的安全隐患。

Description

一种无人搬运车自动缓冲防撞***
技术领域
本发明属于无人搬运车设备技术领域，具体涉及一种无人搬运车自动缓冲防撞***。
背景技术
AGV无人搬运车在复杂的工厂进行自动搬运作业过程中，考虑到安全，要求AGV具有对障碍物能识别并且做出正确的反应防止相撞，市场上现有的AGV使用的障碍物检测方法中均是通过障碍物监测装置输出I/O状态来判断的，即方法检测中仅仅能判断有输出信号/没输出信号时对应前方有/无障碍物，而不能对障碍物距离进行量化。且一旦检测到障碍物，AGV控制***会立即停车，由此若AGV工作在较高速度下会由于小车及小车上的物品运动过程中有惯性在立即停止时没有缓冲而带来危险，在无人搬运车工作时安全性得不到保障，因此，现有技术还有待发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无人搬运车自动缓冲防撞***，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种无人搬运车自动缓冲防撞***，包括障碍物检测模块和与所述障碍物检测模块相连的调速模块；
所述障碍物检测模块包括依次连接的感知模块和测距模块；
所述感知模块用于检测障碍物并发射、接收超声波信号，当判定障碍物出现时，向障碍物发射超声波并接收障碍物返回的超声波信号然后将信号发送给所述测距模块；
所述测距模块用于对超声波信号进行处理，转化为量化的距离信息，并对距离信息进行误差校准，然后输出至调速模块；
所述测距模块与所述调速模块相连；
所述调速模块用于根据所述测距模块输出的量化信息对无人搬运车的行驶速度进行相应调整；
所述障碍物检测模块还包括速度检测模块和载重检测模块，所述速度检测模块和所述载重检测模块分别与所述调速模块相连；
所述速度检测模块用于检测当前无人搬运车的速度并进行量化处理，将量化处理后的数据信息传输给所述调速模块进行调速运算；
所述载重检测模块用于检测当前无人搬运车的载重并进行量化处理，将量化处理后的数据信息传输给所述调速模块进行调速运算；
所述感知模块还包括光学视觉感知模块和超声波传感器；
所述光学视觉感知模块包括依次连接的激光发射模块、光传感器、数据分析模块和图像绘制模块；
所述激光发射模块用于向无人搬运车的各个方向发射激光脉冲；
所述光传感器检测从无人搬运车周围物体和墙壁上反射的激光脉冲；
所述数据分析模块对接收到的激光脉冲进行分析；
所述图像绘制模块根据所述数据分析模块分析出的数据构建一个周围环境的三维地图，所述图像绘制模块可根据实时接收到的数据信息对地图实时更新；
所述数据分析模块还与所述测距模块相连；
所述数据分析模块将分析所得的距离数据实时传输给所述测距模块；
所述超声波传感器用于发射、接收超声波信号，再将得到的信号信息反馈给所述测距模块进行测距运算；
所述测距模块还包括误差报警模块，所述误差报警模块包括第一指示灯和第一蜂鸣器；
所述测距模块将所述数据分析模块传输来的距离数据与对所述超声波传感器传输来的信号信息进行运算后的数据进行对比，设定一个误差值，在计算的误差大于此数值时，所述误差报警模块报警，所述第一指示灯亮起，所述第一蜂鸣器蜂鸣，在计算的误差小于此数值时，得出两数值的平均值，将此值作为距离数据传输给所述调速模块；
所述调速模块包括依次连接的通信单元、运算单元、动力单元；
所述通信单元用于接收及传输数据，与其他模块保持通讯；
所述运算单元根据所述通信单元接收到的各项数据进行运算，使无人搬运车按照给出的预定值完成不同的加速或减速指令；
所述动力单元做功给所述无人搬运车提供动力。
进一步的，所述调速模块调整速度变化的方法包括以下步骤：
设定无人搬运车与障碍物间的预期距离值、中间距离值和停止距离值，所述预期距离值>所述中间距离值>所述停止距离值>0；
根据所述测距模块实时传输的现有距离值与停止距离值之间的偏差，调整动力单元的功率输出，控制速度变化；
将控制速度变化的过程分为至少两个阶段，每个阶段实现不同的目标，使无人搬运车在达到停止距离值时速度降为0；
所述两个阶段分别为S1,S2；
在所述测距模块实时传输的现有距离值与所述预期距离值相等时，所述调速模块启动防撞模式，进行S1阶段；
S1阶段用于调整加速度，使无人搬运车的速度的变化由慢到快过渡；
在所述测距模块实时传输的现有距离值与所述中间距离值相等时，进行S2阶段；
S2阶段，所述运算单元根据所述中间距离值与所述停止距离值的差值以及现有的速度，给出一个确定的加速度，以使在所述测距模块实时传输的现有距离值等于所述停止距离值时，无人搬运车的速度减为0。
进一步的，控制速度变化的过程还包括S3阶段，当所述测距模块实时传输的现有距离值大于所述预期距离值时，设定无人搬运车正常搬运的预期速度值及预期时间；
当所述速度检测模块检测的当前速度低于所述预期速度值时，启动搬运模式，所述运算单元根据预期速度值和当前速度值，给出一个确定的加速度，在所述预期时间内将速度提升至预期速度值。
进一步的，还包括云端服务器和控制终端；
所述通信单元还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块还通过所述云端服务器与所述控制终端相连；
所述蓝牙模块用于将所述通信单元接收及发送的数据信息实时传输给所述控制终端。
进一步的，所述障碍物检测模块还包括定位模块，所述定位模块通过所述云端服务器与所述控制终端相连。
进一步的，所述感知模块还包括自检模块，所述自检模块用于进行检测以确定所述障碍物是否实际存在；
所述自检模块还包括噪声模块，所述噪声模块对噪声进行监控以确定噪声电平；
在所述噪声模块进行噪声监控时，所述超声波传感器不向外发射超声波，只从周围环境中接收超声波，对此超声波进行检测，检测得到的即为噪声电压电平；
当所述自检模块确定所述超声波传感器接收到的超声波相关的电压电平检测值大于噪声电压电平时，判定障碍物实际存在；
当电压电平检测值小于或等于噪声电压电平时，则判定障碍物实际不存在。
进一步的，所述障碍物检测模块还包括提示模块，所述提示模块与所述测距模块相连；
所述提示模块包括第二指示灯和第二蜂鸣器；
当无人搬运车工作时，所述第二指示灯频闪发出工作中提示；
设定一个预警值，当所述测距模块给出的实时距离数据值小于或等于预警值时，所述第二蜂鸣器蜂鸣警告。
进一步的，还包括与所述障碍物检测模块相连的电源模块；
所述电源模块包括供电装置和与所述供电装置相适配的无线充电模块。
进一步的，所述供电装置为可充电锂电池。
与现有技术相比，本发明提供了一种无人搬运车自动缓冲防撞***，具备以下有益效果：设置调速模块，通过比较障碍物与无人搬运车当前距离与预期距离直接的偏差，调整调速模块的功率输出，将速度的变化过程分为若干阶段，避免了无人搬运车在高速运动时检测到障碍物迅速停车由于小车及小车上的物品运动过程中有惯性而带来的安全隐患。
附图说明
图1为本发明实施例提供的无人搬运车自动缓冲防撞***的模块结构整体连接示意图；
图2为本发明实施例提供的无人搬运车自动缓冲防撞***的障碍物检测模块的模块结构示意图；
图3为本发明实施例提供的无人搬运车自动缓冲防撞***的误差报警模块和提示模块的模块结构示意图；
图4为本发明实施例提供的无人搬运车自动缓冲防撞***的电源模块的模块结构示意图；
图5为本发明实施例提供的无人搬运车自动缓冲防撞***的调速模块的模块结构示意图。
图中：1、障碍物检测模块；2、调速模块；3、云端服务器；4、控制终端；5、电源模块；11、感知模块；12、测距模块；13、提示模块；14、载重检测模块；15、速度检测模块；16、定位模块；21、通信单元；22、运算单元；23、动力单元；51、供电装置；52、无线充电模块；111、自检模块；112、光学视觉感知模块；113、超声波传感器；121、误差报警模块；131、第二指示灯；132、第二蜂鸣器；211、蓝牙模块；1111、噪声模块；1121、激光发射模块；1122、光传感器；1123、数据分析模块；1124、图像绘制模块；1211、第一指示灯；1212、第一蜂鸣器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例：如图1-图5所示，本发明提供了一种无人搬运车自动缓冲防撞***，包括障碍物检测模块1和与所述障碍物检测模块1相连的调速模块2，还包括云端服务器3和控制终端4；
所述障碍物检测模块1包括依次连接的感知模块11和测距模块12；
所述感知模块11用于检测障碍物并发射、接收超声波信号，当判定障碍物出现时，向障碍物发射超声波并接收障碍物返回的超声波信号然后将信号发送给所述测距模块12；
所述测距模块12用于对超声波信号进行处理转化为量化的距离信息，并对距离信息进行误差校准，然后输出至调速模块2；
所述测距模块12与所述调速模块2相连；
所述调速模块2用于根据所述测距模块12输出的量化信息对无人搬运车的行驶速度进行相应调整；
所述障碍物检测模块1还包括速度检测模块15和载重检测模块14，所述速度检测模块15和所述载重检测模块14分别与所述调速模块2相连；
所述速度检测模块15用于检测当前无人搬运车的速度并进行量化处理，将量化处理后的数据信息传输给所述调速模块2进行调速运算；
所述载重检测模块14用于检测当前无人搬运车的载重并进行量化处理，将量化处理后的数据信息传输给所述调速模块2进行调速运算；
所述感知模块11还包括自检模块111，所述自检模块111用于进行检测以确定所述障碍物是否实际存在；
所述自检模块111还包括噪声模块1111，所述噪声模块1111对噪声进行监控以确定噪声电平；
所述感知模块11还包括光学视觉感知模块112和超声波传感器113；
在所述噪声模块1111进行噪声监控时，所述超声波传感器113不向外发射超声波，只从周围环境中接收超声波，对此超声波进行检测，检测得到的即为噪声电压电平A0；
当所述自检模块111确定所述超声波传感器113接收到的超声波相关的电压电平检测值A1大于噪声电压电平A0时，即A1﹥A0，则判定障碍物实际存在；
当电压电平检测值A1小于或等于噪声电压电平A0时，即A1≤A0则判定障碍物实际不存在；
所述光学视觉感知模块112包括依次连接的激光发射模块1121、光传感器1122、数据分析模块1123和图像绘制模块1124；
所述激光发射模块1121用于向无人搬运车的各个方向发射激光脉冲；
所述光传感器1122检测从无人搬运车周围物体和墙壁上反射的激光脉冲；
所述数据分析模块1123对接收到的激光脉冲进行分析；
所述图像绘制模块1124根据所述数据分析模块1123分析出的数据构建一个周围环境的三维地图，所述图像绘制模块1124可根据实时接收到的数据信息对地图实时更新；
所述数据分析模块1123还与所述测距模块12相连；
所述数据分析模块1123将分析所得的距离数据实时传输给所述测距模块12；
所述超声波传感器113用于发射、接收超声波信号，再将得到的信号信息反馈给所述测距模块12进行测距运算；
所述测距模块12还包括误差报警模块121，所述误差报警模块121包括第一指示灯1211和第一蜂鸣器1212；
所述测距模块12将所述数据分析模块1123传输来的距离数据D1与对所述超声波传感器113传输来的信号信息进行运算后的数据D2进行对比，设定一个误差值Δd，在计算的误差大于等于此数值时，即：
|D1-D2|≥Δd
所述误差报警模块121报警，所述第一指示灯1211亮起，所述第一蜂鸣器1212蜂鸣，在计算的误差小于此数值时，即：
|D1-D2|＜Δd得出两数值的平均值D，即：
D＝(D1+D2)/2
将此值作为距离数据传输给所述调速模块2；
所述调速模块2包括依次连接的通信单元21、运算单元22、动力单元23；
所述通信单元21用于接收及传输数据，与其他模块保持通讯；
所述运算单元22根据所述通信单元21接收到的各项数据进行运算，使无人搬运车按照给出的预定值完成不同的加速或减速指令；
所述动力单元23做功给所述无人搬运车提供动力；
所述调速模块2调整速度变化的方法包括以下步骤：
设定无人搬运车与障碍物间的预期距离值M、中间距离值N和停止距离值Q，所述预期距离值M＞所述中间距离值N＞所述停止距离值Q＞0；
根据所述测距模块12实时传输的现有距离值L与停止距离值Q之间的偏差，调整动力单元23的功率输出，控制速度变化；
将控制速度变化的过程分为至少两个阶段，每个阶段实现不同的目标，使无人搬运车在达到停止距离值Q时速度降为0；
所述两个阶段分别为S1,S2；
在所述测距模块12实时传输的现有距离值L与所述预期距离值M相等时，所述调速模块2启动防撞模式，进行S1阶段，初始化各参数值：
V：无人搬运车正常搬运的速度，由经验得到，本实施方案中设定为初始速度V0＝5m/s；
t：时间，由经验得到，本实施方案中设定初始时间为0；
Kv：速度随时间变化曲线的斜率，根据设定公式参考数据计算得到；
L：现有距离值，经测量所得；
M：预期距离值，由经验得到，本实施方案中设定为10m；
N：中间距离值，由经验得到，本实施方案中设定为5m；
Q：停止距离值，由经验得到，本实施方案中设定为1m；
S1阶段用于调整加速度K，使无人搬运车的速度的变化由慢到快过渡，本实施例中参考以下公式得到Kv：
Kv＝-t2；
对此数据进行积分得到S1阶段时速度V与时间t的关系：
Figure GDA0003690150710000101
在所述测距模块12实时传输的现有距离值L与所述中间距离值N相等时，进行S2阶段；
S2阶段，所述运算单元22根据所述中间距离值N(即5m)与所述停止距离值Q(即1m)的差值以及现有的速度V，给出一个确定的加速度K0，以使在所述测距模块12实时传输的现有距离值L等于所述停止距离值Q(即1m)时，无人搬运车的速度减为0：
Figure GDA0003690150710000102
控制速度变化的过程还包括S3阶段，当所述测距模块12实时传输的现有距离值L大于所述预期距离值M时，设定无人搬运车正常搬运的预期速度值及预期时间；
当所述速度检测模块15检测的当前速度低于所述预期速度值时，启动搬运模式，所述运算单元22根据预期速度值和当前速度值，给出一个确定的加速度，在所述预期时间内将速度提升至预期速度值；
所述通信单元21还包括蓝牙模块211，所述蓝牙模块211还通过所述云端服务器3与所述控制终端4相连；
所述蓝牙模块211用于将所述通信单元21接收及发送的数据信息实时传输给所述控制终端4；
所述障碍物检测模块1还包括定位模块16，所述定位模块16通过所述云端服务器3与所述控制终端4相连；
所述障碍物检测模块1还包括提示模块13，所述提示模块13与所述测距模块12相连；
所述提示模块13包括第二指示灯131和第二蜂鸣器132；
当无人搬运车工作时，所述第二指示灯131频闪发出工作中提示；
设定一个预警值，当所述测距模块12给出的实时距离数据值小于或等于预警值时，所述第二蜂鸣器132蜂鸣警告；
还包括与所述障碍物检测模块1相连的电源模块5；
所述电源模块5包括供电装置51和与所述供电装置51相适配的无线充电模块52；
所述供电装置51为可充电锂电池。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的设计构思之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无人搬运车自动缓冲防撞***，其特征在于：包括障碍物检测模块和与所述障碍物检测模块相连的调速模块；
所述障碍物检测模块包括依次连接的感知模块和测距模块；
所述感知模块用于检测障碍物并发射、接收超声波信号，当判定障碍物出现时，向障碍物发射超声波并接收障碍物返回的超声波信号然后将信号发送给所述测距模块；
所述测距模块用于对超声波信号进行处理转化为量化的距离信息，并对距离信息进行误差校准，然后输出至调速模块；
所述测距模块与所述调速模块相连；
所述调速模块用于根据所述测距模块输出的量化信息对无人搬运车的行驶速度进行相应调整；
所述障碍物检测模块还包括速度检测模块和载重检测模块，所述速度检测模块和所述载重检测模块分别与所述调速模块相连；
所述速度检测模块用于检测当前无人搬运车的速度并进行量化处理，将量化处理后的数据信息传输给所述调速模块进行调速运算；
所述载重检测模块用于检测当前无人搬运车的载重并进行量化处理，将量化处理后的数据信息传输给所述调速模块进行调速运算；
所述感知模块还包括光学视觉感知模块和超声波传感器；
所述光学视觉感知模块包括依次连接的激光发射模块、光传感器、数据分析模块和图像绘制模块；
所述激光发射模块用于向无人搬运车的各个方向发射激光脉冲；
所述光传感器检测从无人搬运车周围物体和墙壁上反射的激光脉冲；
所述数据分析模块对接收到的激光脉冲进行分析；
所述图像绘制模块根据所述数据分析模块分析出的数据构建一个周围环境的三维地图，所述图像绘制模块可根据实时接收到的数据信息对地图实时更新；
所述数据分析模块还与所述测距模块相连；
所述数据分析模块将分析所得的距离数据实时传输给所述测距模块；
所述超声波传感器用于发射、接收超声波信号，再将得到的信号信息反馈给所述测距模块进行测距运算；
所述测距模块还包括误差报警模块，所述误差报警模块包括第一指示灯和第一蜂鸣器；
所述测距模块将所述数据分析模块传输来的距离数据与对所述超声波传感器传输来的信号信息进行运算后的数据进行对比，设定一个误差值，在计算的误差大于此数值时，所述误差报警模块报警，所述第一指示灯亮起，所述第一蜂鸣器蜂鸣，在计算的误差小于此数值时，得出两数值的平均值，将此值作为距离数据传输给所述调速模块；
所述调速模块包括依次连接的通信单元、运算单元、动力单元；
所述通信单元用于接收及传输数据，与其他模块保持通讯；
所述运算单元根据所述通信单元接收到的各项数据进行运算，使无人搬运车按照给出的预定值完成不同的加速或减速指令；
所述动力单元做功给所述无人搬运车提供动力。
2.根据权利要求1所述的一种无人搬运车自动缓冲防撞***，其特征在于：所述调速模块调整速度变化的方法包括以下步骤：
设定无人搬运车与障碍物间的预期距离值、中间距离值和停止距离值，所述预期距离值>所述中间距离值>所述停止距离值>0；
根据所述测距模块实时传输的现有距离值与停止距离值之间的偏差，调整动力单元的功率输出，控制速度变化；
将控制速度变化的过程分为至少两个阶段，每个阶段实现不同的目标，使无人搬运车在达到停止距离值时速度降为0；
所述两个阶段分别为S1,S2；
在所述测距模块实时传输的现有距离值与所述预期距离值相等时，所述调速模块启动防撞模式，进行S1阶段；
S1阶段用于调整加速度，使无人搬运车的速度的变化由慢到快过渡；
在所述测距模块实时传输的现有距离值与所述中间距离值相等时，进行S2阶段；
S2阶段，所述运算单元根据所述中间距离值与所述停止距离值的差值以及现有的速度，给出一个确定的加速度，以使在所述测距模块实时传输的现有距离值等于所述停止距离值时，无人搬运车的速度减为0。
3.根据权利要求2所述的一种无人搬运车自动缓冲防撞***，其特征在于：控制速度变化的过程还包括S3阶段，当所述测距模块实时传输的现有距离值大于所述预期距离值时，设定无人搬运车正常搬运的预期速度值及预期时间；
当所述速度检测模块检测的当前速度低于所述预期速度值时，启动搬运模式，所述运算单元根据预期速度值和当前速度值，给出一个确定的加速度，在所述预期时间内将速度提升至预期速度值。
4.根据权利要求1所述的一种无人搬运车自动缓冲防撞***，其特征在于：还包括云端服务器和控制终端；
所述通信单元还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块还通过所述云端服务器与所述控制终端相连；
所述蓝牙模块用于将所述通信单元接收及发送的数据信息实时传输给所述控制终端。
5.根据权利要求4所述的一种无人搬运车自动缓冲防撞***，其特征在于：所述障碍物检测模块还包括定位模块，所述定位模块通过所述云端服务器与所述控制终端相连。
6.根据权利要求1所述的一种无人搬运车自动缓冲防撞***，其特征在于：所述感知模块还包括自检模块，所述自检模块用于进行检测以确定所述障碍物是否实际存在；
所述自检模块还包括噪声模块，所述噪声模块对噪声进行监控以确定噪声电平；
在所述噪声模块进行噪声监控时，所述超声波传感器不向外发射超声波，只从周围环境中接收超声波，对此超声波进行检测，检测得到的即为噪声电压电平；
当所述自检模块确定所述超声波传感器接收到的超声波相关的电压电平检测值大于噪声电压电平时，判定障碍物实际存在；
当电压电平检测值小于或等于噪声电压电平时，则判定障碍物实际不存在。
7.根据权利要求1所述的一种无人搬运车自动缓冲防撞***，其特征在于：所述障碍物检测模块还包括提示模块，所述提示模块与所述测距模块相连；
所述提示模块包括第二指示灯和第二蜂鸣器；
当无人搬运车工作时，所述第二指示灯频闪发出工作中提示；
设定一个预警值，当所述测距模块给出的实时距离数据值小于或等于预警值时，所述第二蜂鸣器蜂鸣警告。
8.根据权利要求1所述的一种无人搬运车自动缓冲防撞***，其特征在于：还包括与所述障碍物检测模块相连的电源模块；
所述电源模块包括供电装置和与所述供电装置相适配的无线充电模块。
9.根据权利要求8所述的一种无人搬运车自动缓冲防撞***，其特征在于：所述供电装置为可充电锂电池。
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