一種基于溫室內(nèi)精確定位的單軌物流車及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域，尤其是一種基于溫室內(nèi)精確定位的單軌物流車， 用于日光溫室內(nèi)物流車精確定位與物料自動(dòng)化運(yùn)輸作業(yè)。 技術(shù)背景
[0002] 我國是設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，面積和產(chǎn)量穩(wěn)居世界第一。我國特有的日光溫室能充 分利用太陽光熱資源、節(jié)約能源和投入成本、減少環(huán)境污染，已成為我國設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中的 主體，是農(nóng)業(yè)種植中效益最高的產(chǎn)業(yè)之一。現(xiàn)有物流車大多采用人力推動(dòng)或駕駛掌握行進(jìn) 方向、速度和停靠位置，因此需人工干預(yù)，生產(chǎn)效率低，浪費(fèi)勞動(dòng)力，沒有合適的專用運(yùn)輸工 具，物料運(yùn)輸已成為溫室中最耗工費(fèi)力的生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一。
[0003] 經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的日光溫室運(yùn)輸機(jī)械種類少、功能少、效率 低，如中國發(fā)明專利"冬暖式大棚用軌道電動(dòng)運(yùn)輸車"專利申請(qǐng)?zhí)?01310023085.0,提供了 一種自行沿著導(dǎo)軌前進(jìn)的適合冬暖式大棚使用的運(yùn)輸車輛，該專利實(shí)現(xiàn)了溫室內(nèi)物料自動(dòng) 運(yùn)輸，但是只能單向自動(dòng)行駛，難以實(shí)現(xiàn)不同條件下溫室內(nèi)運(yùn)輸需要物流車來回行駛的目 的，而且智能化程度低，無法實(shí)現(xiàn)物流車在軌道上的精確定位和自動(dòng)行駛。
[0004] 受限于現(xiàn)階段我國設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展特點(diǎn)，在溫室內(nèi)工作的物流車技術(shù)一直未得到很 好的創(chuàng)新，特別是溫室地面不平整，可用于運(yùn)輸作業(yè)的空間狹小，目前國內(nèi)并沒有太多適合 自動(dòng)運(yùn)輸物料的物流車。因此，迫切需要發(fā)明一種輕便化、高效化、精確化和自動(dòng)化的軌道 物流車以完成日光溫室內(nèi)的運(yùn)輸工作，對(duì)減少日光溫室物流作業(yè)的工作量，降低生產(chǎn)成本， 降低勞動(dòng)力的使用，提高溫室作物的品質(zhì)，具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，解決日光溫室自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)缺乏、現(xiàn)有物流車工作 方式單一且低效的問題而發(fā)明了一種基于溫室內(nèi)精確定位的單軌物流車及其控制方法，具 有在單軌軌道導(dǎo)引下準(zhǔn)確定位物流車所在位置并標(biāo)示在電子地圖，遇障自動(dòng)停止并報(bào)警， 依據(jù)電子地圖發(fā)出控制指令，自動(dòng)運(yùn)行至指定工作地點(diǎn)等多種復(fù)合功能。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案：
[0007] -種基于溫室內(nèi)精確定位的單軌物流車，包括導(dǎo)向軌道、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和蓄 電池。所述的導(dǎo)向軌道用于支撐物流車并實(shí)現(xiàn)物流車的導(dǎo)向和輔助定位功能;所述的驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)用于驅(qū)動(dòng)物流車沿單軌軌道前進(jìn)、后退和停止;所述的控制系統(tǒng)用于物流車的精確定 位并上傳電子地圖、控制物流車自動(dòng)避障并報(bào)警、控制物流車自動(dòng)運(yùn)行至指定工作地。所述 的蓄電池為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)提供動(dòng)力能源。
[0008] 所述的導(dǎo)向軌道是通過多段角鐵和多個(gè)固定定位錨組成的單軌軌道。所述的角鐵 選用等邊角鐵，其幾何形狀為直線形和四分之一圓形兩種。通過組合不同形狀的角鐵形成 直線型、彎道型，甚至是封閉型單軌軌道;所述的固定定位錨由中間固定定位錨、角鐵聯(lián)接 定位錨和端部固定定位錨組成。所述的中間固定定位錨是通過角鐵兩邊下緣沿垂直于角鐵 長度方向?qū)⒔氰F固定錨片上，進(jìn)而通過兩側(cè)錨片固定在溫室地面上。所述的角鐵聯(lián)接定位 錨是通過角鐵兩邊下緣將兩段角鐵沿垂直于角鐵長度方向?qū)⒔氰F固定錨片上，進(jìn)而通過兩 側(cè)錨片固定在溫室地面上。所述的端部固定定位錨是通過角鐵兩邊下緣和端部在角鐵長度 方向和垂直于長度方向?qū)⒔氰F固定錨片上，進(jìn)而通過兩側(cè)錨片固定在溫室地面上。
[0009 ]所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括底盤、驅(qū)動(dòng)輪、行走電機(jī)、差速橋、鼓式制動(dòng)器、繼電器開關(guān)、U 型螺栓和隨動(dòng)導(dǎo)向輪裝置。所述的底盤分上下兩層用于固定和支撐控制系統(tǒng)和蓄電池;所 述的差速橋?yàn)楣氖街苿?dòng)差速橋，通過U型螺栓固定在底盤下層底部的中間位置，差速橋兩端 分別安裝有鼓式制動(dòng)器;所述的鼓式制動(dòng)器兩端的外殼上分別安裝有驅(qū)動(dòng)輪;所述的行走 電機(jī)固定在差速橋中央;所述的繼電器開關(guān)固定在底盤下層底部，控制鼓式制動(dòng)器緊急制 動(dòng);所述的隨動(dòng)導(dǎo)向輪裝置為兩個(gè)并分別布置在底盤前后部，隨動(dòng)導(dǎo)向輪裝置由導(dǎo)向輪、固 定架、連接螺栓、鎖緊螺母、減震彈簧、滾珠軸承和固定軸組成;所述的固定架為兩個(gè)并通過 連接螺栓和鎖緊螺母分別固定在底盤下部前后兩端的支撐管下方;所述的支撐管內(nèi)部安裝 有減震彈簧，支撐管的上下兩端分別安裝有滾珠軸承;所述的滾珠軸承為兩個(gè)并固定在連 接螺栓上;所述的固定軸安裝在固定架內(nèi)，固定軸下端安裝有導(dǎo)向輪。所述的導(dǎo)向輪設(shè)計(jì)有 三角形內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，依靠自重壓在導(dǎo)向軌道上。
[0010] 所述的控制系統(tǒng)包括控制箱、無線路由器、單片機(jī)、Wi-Fi模塊、行走電機(jī)控制器、 超聲波傳感器、接近開關(guān)、光電編碼器、警示燈、支架和智能手機(jī);所述的控制箱固定安裝在 底盤內(nèi)部，用于放置單片機(jī)、Wi-Fi模塊和行走電機(jī)控制器;無線路由器固定在溫室后墻上； 所述的行走電機(jī)控制器接收單片機(jī)PWM信號(hào)控制行走電機(jī)的啟動(dòng)、停止和運(yùn)轉(zhuǎn)速度;所述的 超聲波傳感器為兩個(gè)并分別固定在底盤前后沿兩側(cè)，超聲波傳感器串接到單片機(jī)的模擬量 信號(hào)輸入接口，檢測(cè)物流車行進(jìn)前方是否有障礙信號(hào)，若有障礙時(shí)，單片機(jī)輸出高電平將警 示燈打開;所述的接近開關(guān)為兩個(gè)并分別安裝在底盤左右兩側(cè)對(duì)應(yīng)于固定定位錨的錨片位 置，接近開關(guān)串接到單片機(jī)上，用于檢測(cè)固定定位錨錨片的金屬信號(hào);所述的光電編碼器為 兩個(gè)并分別安裝在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪輪轂內(nèi)側(cè)，光電編碼器串接到單片機(jī)上，用于確定驅(qū)動(dòng)輪的 轉(zhuǎn)動(dòng)角度，進(jìn)而計(jì)算物流車的當(dāng)前位置;所述的警示燈布置在底盤前端的支架上;所述的 Wi-Fi模塊串接到單片機(jī)，與無線路由器進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)與智能手機(jī)信號(hào)的收發(fā)功能。
[0011] 本發(fā)明還提供了一種基于溫室內(nèi)單軌物流車的精確定位方法，具體方法如下：
[0012] 1)溫室單軌物流車直線運(yùn)行時(shí)精確室內(nèi)定位:物流車在軌運(yùn)動(dòng)過程中，接近開關(guān) 一直檢測(cè)軌道兩側(cè)固定定位錨的金屬錨片信號(hào)，將檢測(cè)到的信號(hào)發(fā)送到單片機(jī)進(jìn)行處理并 記錄檢測(cè)到的信號(hào)數(shù)η;當(dāng)物流車正向行走時(shí)，一側(cè)接近開關(guān)檢測(cè)金屬錨片信號(hào)的上升沿， 反向行走時(shí)檢測(cè)金屬錨片信號(hào)的下降沿。此時(shí)，單片機(jī)記錄光電編碼器的旋轉(zhuǎn)角度作為物 流車的當(dāng)前位置，再利用光電編碼器記錄物流車行走產(chǎn)生的脈沖增量，以獲得角位移Θ，從 而可得物流車在單位時(shí)間內(nèi)行走的距離，計(jì)算出物流車的當(dāng)前位置的坐標(biāo)XSI:
[0014] 式中，r為驅(qū)動(dòng)輪半徑，L為固定定位錨的間距；單片機(jī)將該坐標(biāo)通過Wi-Fi模塊與 智能手機(jī)通信，標(biāo)示在智能手機(jī)顯示的溫室平面電子地圖上。
[0015] 2)溫室單軌物流車彎道運(yùn)行時(shí)精確室內(nèi)定位:溫室內(nèi)軌道在四分之一圓弧起點(diǎn)和 終點(diǎn)處各設(shè)有固定定位錨和金屬錨片;溫室單軌物流車在軌運(yùn)動(dòng)過程中，當(dāng)接近開關(guān)檢測(cè) 到圓弧起點(diǎn)處的金屬錨片信號(hào)時(shí)，單片機(jī)控制光電編碼器開始工作，光電編碼器記錄下兩 個(gè)驅(qū)動(dòng)輪上光電編碼器在彎道的轉(zhuǎn)彎角度與行走距離，計(jì)算獲得單軌物流車中心在彎道位 置的坐標(biāo)(X^t，Y^t):
[0017] 式中，ri、r；^別為轉(zhuǎn)彎近側(cè)和遠(yuǎn)側(cè)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)彎半徑，別為轉(zhuǎn)彎近側(cè)和遠(yuǎn) 側(cè)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)彎角度;單片機(jī)將該坐標(biāo)通過Wi-Fi模塊與智能手機(jī)通信，標(biāo)示在智能手機(jī)顯 示的溫室平面電子地圖上。
[0018] 本發(fā)明還提供了一種基于溫室內(nèi)單軌物流車的自動(dòng)化物流控制方法，具體方法如 下：
[0019] 1)溫室單軌物流車開始工作控制：當(dāng)Wi-Fi模塊接受到智能手機(jī)發(fā)來的作業(yè)指令 時(shí)，由單片機(jī)控制物流車的行走電機(jī)運(yùn)動(dòng)到作業(yè)起始位置;在物流車在軌運(yùn)動(dòng)過程中，通過 單片機(jī)控制行走電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)物流車行進(jìn)速度。
[0020] 2)溫室單軌物流車自動(dòng)避障控制:溫室單軌物流車在軌運(yùn)動(dòng)過程中，當(dāng)超聲波傳 感器檢測(cè)到障礙物信號(hào)并將其傳遞到單片機(jī)，單片機(jī)控制行走電機(jī)使物流車減速至停止， 并同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，直至處理完障礙物后，超聲波傳感器檢測(cè)不到障礙物信號(hào)后，單片機(jī) 控制行走電機(jī)使物流車?yán)^續(xù)運(yùn)動(dòng)。
[0021 ] 3)溫室單軌物流車的精確定位控制:溫室單軌物流車在軌運(yùn)動(dòng)過程中，單片機(jī)通 過接近開關(guān)和光電編碼器記錄溫室單軌物流車行走距離以精確定位，形成溫室單軌物流車 位置坐標(biāo)并上傳到溫室電子地圖。
[0022] 4)溫室單軌物流車工作位置轉(zhuǎn)換控制:溫室單軌物流