基于擺動單線激光雷達(dá)的倉庫巷道自動引導(dǎo)車導(dǎo)航裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種自動引導(dǎo)車車輛導(dǎo)航技術(shù)，具體地說，設(shè)計(jì)的是一種基于擺動單線激光雷達(dá)的倉庫巷道自動引導(dǎo)車導(dǎo)航裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]信息化時(shí)代下，隨著倉儲物流的快速發(fā)展，自動引導(dǎo)車(AGV)在工廠的物流生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作用。在工廠自動化程度不斷提高的背景下，AGV的廣泛應(yīng)用已經(jīng)成為目前的發(fā)展趨勢。無人值守的生產(chǎn)作業(yè)中應(yīng)用AGV不僅可以提高生產(chǎn)效率，還可以有效節(jié)省生產(chǎn)成本。而AGV之所以能夠?qū)崿F(xiàn)無人駕駛，自動導(dǎo)航對其起到了至關(guān)重要的最用。
[0003]經(jīng)檢索，發(fā)現(xiàn)了許多涉及AGV導(dǎo)航的專利，目前的專利以及實(shí)際應(yīng)用案例中，自動導(dǎo)航裝置一般基于電磁軌道，或者應(yīng)用感應(yīng)磁帶、攝像頭掃描標(biāo)簽帶的方式，亦或是依靠固定掃描面的單線激光掃描信標(biāo)來進(jìn)行AGV的導(dǎo)航過程。在電磁軌道方案中，電磁軌道黏貼在地板上或嵌入地面溝槽中，AGV依靠電磁軌道的信息行進(jìn)與定位，這種方案通常施工量比較大，且不易修改路線；傳感器感應(yīng)磁帶和攝像頭識別標(biāo)簽帶的方案中，磁帶和標(biāo)簽帶黏貼于地面，倉庫的長期頻繁使用條件下，很容易磨損，需要經(jīng)常的維護(hù)與檢查；現(xiàn)有的固定掃描面的單線激光掃描反光信標(biāo)來進(jìn)行導(dǎo)航的方案普遍都需要在AGV行走的路徑上或者倉庫環(huán)境中設(shè)置一定數(shù)量的反光標(biāo)簽進(jìn)行導(dǎo)航，成本及較高，另外，在倉庫環(huán)境中設(shè)置差異化的標(biāo)簽也存在設(shè)定困難、施工量大、擴(kuò)展更改路線不方便等問題。經(jīng)過對現(xiàn)有文獻(xiàn)的查閱，發(fā)現(xiàn)也有基于多線激光雷達(dá)的動態(tài)定位導(dǎo)航的方案，導(dǎo)航的效率、精度都比較高，但由于這種多線激光傳感器的實(shí)際價(jià)格成本比較高，這種方案應(yīng)用于普通工廠倉庫中不具有實(shí)際可行性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于對以上技術(shù)問題的分析，本發(fā)明的目的是提供一種低成本、靈活性好、易于移植、定位準(zhǔn)確的基于擺動單線激光雷達(dá)的倉庫巷道自動引導(dǎo)車導(dǎo)航裝置，利用擺動的單線激光雷達(dá)建立AGV車輛行進(jìn)方向的三維點(diǎn)云地圖，從而與倉庫全局地圖進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)AGV的定位和導(dǎo)航功能。
[0005]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下:
[0006]本發(fā)明提供一種基于擺動單線激光雷達(dá)的倉庫巷道AGV導(dǎo)航裝置，包括三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集模塊、激光雷達(dá)擺動控制模塊以及車輛導(dǎo)航控制模塊，其中:
[0007]所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集模塊，作為點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集設(shè)備，并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給車輛導(dǎo)航控制模塊；該模塊包括單線激光雷達(dá)、電機(jī)及轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，所述單線激光雷達(dá)用于采集AGV前方視野范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，即視野范圍內(nèi)的物體坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給車輛導(dǎo)航控制模塊；所述電機(jī)及轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，用于搭載單線激光雷達(dá)，并帶動單線激光雷達(dá)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動即擺動，該擺動的旋轉(zhuǎn)軸為與單線激光雷達(dá)的激光發(fā)射器的旋轉(zhuǎn)軸垂直的軸線；
[0008]所述激光雷達(dá)擺動控制模塊，用于接收車輛導(dǎo)航控制模塊發(fā)送的擺動狀態(tài)控制信號，并驅(qū)動三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集模塊中的電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)動；該模塊包括單片機(jī)和電機(jī)驅(qū)動部件，所述單片機(jī)接收車輛導(dǎo)航控制模塊的轉(zhuǎn)動控制指令(包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)信號)，向車輛導(dǎo)航控制模塊發(fā)送成功接收指令的信號，并發(fā)送脈寬調(diào)制PWM信號給所述電機(jī)驅(qū)動部件以驅(qū)動三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)模塊中的電機(jī)轉(zhuǎn)動；
[0009]所述車輛導(dǎo)航控制模塊，根據(jù)當(dāng)前的工作狀態(tài)向激光雷達(dá)擺動控制模塊發(fā)送擺動狀態(tài)控制命令，接收、處理三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集模塊采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并根據(jù)當(dāng)前視野點(diǎn)云計(jì)算得到自動引導(dǎo)車的位置，實(shí)現(xiàn)自動定位。
[0010]優(yōu)選地，所述電機(jī)用于驅(qū)動轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)上安放單線激光雷達(dá)。
[0011]優(yōu)選地，所述電機(jī)驅(qū)動部件的輸出與電機(jī)的驅(qū)動信號線相連；所述電機(jī)驅(qū)動部件輸入PWM信號控制、方向控制信號，輸出電機(jī)的控制信號。
[0012]優(yōu)選地，所述激光雷達(dá)擺動控制模塊根據(jù)車輛導(dǎo)航控制模塊的轉(zhuǎn)動控制指令控制三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集模塊的電機(jī)轉(zhuǎn)換運(yùn)動方向，其中在不換向的期間，控制電機(jī)勻速轉(zhuǎn)動。
[0013]優(yōu)選地，所述車輛導(dǎo)航控制模塊通過向激光雷達(dá)擺動控制模塊中的單片機(jī)發(fā)送轉(zhuǎn)動控制指令，以觸發(fā)單片機(jī)驅(qū)動三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集模塊中的電機(jī)進(jìn)行反向轉(zhuǎn)動。
[0014]優(yōu)選地，所述車輛導(dǎo)航控制模塊接收到單片機(jī)已經(jīng)成功接收到指令并驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動的反饋信號后，接收通過USB串口獲取的單線激光雷達(dá)數(shù)據(jù)幀，對平面掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行連接形成三維空間點(diǎn)云地圖。
[0015]優(yōu)選地，所述車輛導(dǎo)航控制模塊將當(dāng)前獲取的點(diǎn)云地圖進(jìn)行濾波，并提取巷道貨架點(diǎn)云的網(wǎng)格特征與其存儲的工廠倉庫巷道空間地圖進(jìn)行匹配，從而得到精確的自身位置信息。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下有益效果:
[0017]1、本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單、安裝靈活，性價(jià)比高；
[0018]2、本發(fā)明不需要在工廠倉庫里安裝輔助定位的基礎(chǔ)性設(shè)施；
[0019]3、本發(fā)明因?yàn)椴捎每臻g點(diǎn)云數(shù)據(jù)與倉庫巷道空間地圖匹配進(jìn)行定位，定位精度高、定位穩(wěn)定性好；
[0020]4、導(dǎo)航定位實(shí)現(xiàn)自動化。
【附圖說明】
[0021]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所做的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯:
[0022]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖；
[0023]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集模塊中單線激光雷達(dá)擺動方式的原理圖；
[0024]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集模塊中單線激光雷達(dá)擺動方式的原理圖；
[0025]圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)三維示意圖；
[0026]圖中:I為車輛導(dǎo)航控制1?塊，2為單片機(jī)，3為電機(jī)驅(qū)動部件，4為單線激光雷達(dá)，5為電機(jī)，6為轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)軸，7為安裝激光雷達(dá)的轉(zhuǎn)動托架，8為裝置固定架。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0028]如圖1所示，本實(shí)施例提供一種基于擺動單線激光雷達(dá)的倉庫巷道AGV導(dǎo)航裝置，包括:激光雷達(dá)擺動控制模塊、三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集模塊以及車輛導(dǎo)航控制模塊1，其中:車輛導(dǎo)航控制模塊I與激光雷達(dá)擺動控制模塊之間通過通用異步收發(fā)傳輸器(UART)進(jìn)行通信，激光雷達(dá)擺動控制模塊包括單片機(jī)2 (MC9S12XS128-MAL)和電機(jī)驅(qū)動部件3，三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集模塊包括單線激光雷達(dá)4 (UTM-30LX)、電機(jī)5 (42HS4813A4)及轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)。本實(shí)施例中數(shù)據(jù)采集采用一個(gè)單線激光雷達(dá)4。
[0029]作為一種優(yōu)選方式，所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集模塊安裝在AGV的前端，單線激光雷達(dá)4 (本實(shí)施例中選用的是Hokuyo的UTM-30LX)的初始位置在圖2中的掃描上界或掃描下界。單線激光雷達(dá)4在掃描上、下界之間單向擺動(由上至下或由下至上)一次為一個(gè)擺動周期，每個(gè)擺動周期內(nèi)，單線激光雷達(dá)4將其每一掃描平面的各個(gè)掃描點(diǎn)位置數(shù)據(jù)通過USB2.0發(fā)送回車輛導(dǎo)航控制模塊I進(jìn)行處理，生成空間點(diǎn)云。
[0030]作為一種優(yōu)選方式，如圖4所示為三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)模塊中的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)三維示意圖，所述的電機(jī)5的轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動軸6 (即單線激光雷達(dá)4擺動的旋轉(zhuǎn)軸)相連；托架7由電機(jī)5提供轉(zhuǎn)動力，單線激光雷達(dá)4安裝在此托架7上；固定架8為固定該模塊到AGV上的固定底座。
[0031]作為一種優(yōu)選方式，所述的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集模塊可以用于環(huán)境的