全方位移动AGV主控系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种适用于电子产品生产流水线中的全方位移动agv，尤其涉及该agv主控系统及其控制方法。

背景技术：

agv是(automatedguidedvehicle)的简称，是指装备有电磁或光学自动导引装置的“自动导引运输车”，能够按规定的导引路径行驶，同时，具有安全保护及各种移载功能；

目前，agv系统大多采用两轮差速驱动，导航方式主要分为有轨导航及自主导航，其中，自主导航方法主要以深度视觉和激光导航方式为主，基于深度视觉的自主导航成本较低，但存在动态干扰下的回环检测不稳定问题；而激光自主导航虽然稳定性较好，但大空间下的实施成本相对较高；

此外，目前工业环境中使用的agv主控系统集成度相对较低，检测、驱动模块与控制模块相对分散，给现场快速维护、检修带来不便。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种全方位移动agv主控系统，解决传统自主导航成本与稳定性相悖的问题。

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：全方位移动agv主控系统，包括障碍物检测单元、视觉导航单元、无刷轮毂电机驱动单元、工业舵机转向单元、驱动轮电磁制动单元、远程通信模块、电源管理模块、微处理器、工控pc机、车载人机交互模块(触摸显示屏)、远程监控中心；所述的微处理器与障碍物检测单元、无刷轮毂电机驱动单元、工业舵机转向单元、驱动轮电磁制动单元、电源管理模块和工控pc机连接；所述的视觉导航单元与所述的工控pc机连接；所述的工控pc机还通过远程通信模块与所述的远程监控中心连接；

所述的障碍物检测单元用于检测agv移动过程中遇到的障碍物信息，将检测到的信息上传至微处理器；

所述的视觉导航单元用于采集apriltag导航标签图像，并将该图像传送至工控pc机；

所述的无刷轮毂电机驱动单元用于驱动agv的轮毂电机；

所述的工业舵机转向单元用于控制agv驱动轮的运动方向；

所述的驱动轮电磁制动单元用于控制与轮毂电机连接的电磁刹车机构，实现及时停车；

所述的电源管理模块主要检测电源电量、温度及各驱动模块的电压、电流信息，并将相关信息上传至微处理器，并最终通过485接口上传至工控pc机；

所述的工控pc机包括图像采集模块和无线通讯模块，所述的无线通讯模块与所述的远程监控中心连接，接收远程监控中心下达的agv任务命令信息，并将任务命令解析发送至微处理器；所述的图像采集模块与所述的视觉导航单元连接，根据视觉导航单元采集的apriltag导航标签图像，计算出导航偏移量并发送给微处理器，微处理器将导航偏移量转化为转向控制量；

微处理器根据接收到的工控pc机发送的信息控制agv执行相应动作，同时，将接收的导航偏移量转化为转向控制量控制工业舵机转向单元调整各驱动轮运动方向；微处理器在控制agv执行相应动作的同时实时获取障碍物检测单元检测到的障碍物距离信息，判断运动方向障碍物分布情况；当障碍物处于干扰agv运动范围内时，发送控制信号至驱动轮电磁制动单元，并最终驱动与轮毂电机连接的电磁刹车机构产生闭合动作，从而实现及时停车。

进一步地，所述的微处理器主要包含运动控制模块、a\d采集模块和通信模块；所述的微处理器通过通信模块与所述的工控pc机连接，接收到的工控pc机发送的信息控制agv执行相应动作；所述的运动控制模块控制工业舵机转向单元调整各驱动轮运动方向；a\d采集模块与所述的障碍物检测单元连接，实时获取障碍物检测单元检测到的障碍物距离信息；所述的a\d采集模块接收电源管理模块的信息，并将该信息上传至工控pc机。

进一步地，所述的无刷轮毂电机驱动单元、工业舵机转向单元、驱动轮电磁制动单元、电源管理模块和微处理器设置于主控箱体内；所述的主控箱体内设置有四层结构，从上至下依次为系统控制层、电源管理层、电源转换层和驱动层；所述的驱动层包括功率驱动板和铝散热片，铝散热片设置于功率驱动板的下方；所述的电源管理层内设置有电源管理模块；所述的无刷轮毂电机驱动单元、工业舵机转向单元、驱动轮电磁制动单元和微处理器设置于系统控制层。

进一步地，所述的主控箱体上设置有散热风扇。

本发明提供一种全方位移动agv的控制方法，包括在线自主导航控制模式和离线手动运动控制模式；所述的在线自主导航控制模式和所述的手动运动控制模式可自由切换；常规在线自主导航控制模式下，agv接收远程监控中心下达的运输任务，沿固定轨迹自主导航，当agv产生脱离轨道、障碍急停等异常状态时，agv自动执行紧急停车，并报远程监控中心，此时，可通过操作远程监控中心或车载人机交互界面的“手动控制”按钮，使得agv进入手动运动控制模式；当agv回归轨道，或其他异常状态解除时，可通过操作远程监控中心或车载人机交互界面的“自主导航”按钮，使得agv切换至在线自主导航控制模式，继续执行未完成的运输任务；此外，当有其他非常规运输任务需要执行时，亦可通过远程监控中心或车载人机交互界面切换至手动运动控制模式。

进一步地，该控制方法具体如下：

首先将控制系统进行初始化，系统自检，是否运行正常，运行正常则启动该系统，然后选择在线自主导航控制模式或者手动控制模式；

当选择在线自主导航控制模式时，其控制方法如下：首先，远程监控中心通过远程网络通信模块给工控pc机下达任务；工控pc机将接收的任务信息解析，发送至微处理器，微处理器执行远程监控中心下达的任务，通过无刷轮毂电机驱动单元驱动轮毂电机，使agv移动；

然后，工控pc机基于视觉导航单元采集apriltag导航标签图像，获取标签中心与相机中心在轨道垂直方向的偏移量δl(规定左偏时δl为正，右偏时δl为负)，该偏移量输入给微处理器，微处理器计算出转向控制量u(t)，计算方式为：(dt为处理周期，kp、kd为调节参数)，经过微处理器控制工业舵机转向单元调整各驱动轮运动方向，从而实时改变机器人当前姿态，达到轨迹跟踪的目的；

在agv移动过程中微处理器实时获取当前障碍物检测单元检测到的障碍物距离信息，判断运动方向障碍物分布情况，当障碍物处于干扰agv运动范围内时，发送控制信号至微处理器，微处理器发送制动信息到驱动轮电磁制动单元，驱动与轮毂电机连接的电磁刹车机构产生闭合动作，agv及时刹车，处于紧急停车状态，急停结束后，继续运行；当障碍物处于干扰agv运动范围之外时，继续跟踪移动轨迹，直至agv进入站点，结束任务；

当agv需要转为手动运动控制模式时，其控制方法如下：

通过远程监控中心或车载人机交互界面下达急停命令，agv车速降为0，四只电磁制动器迅速闭合，车辆保持稳定停止；此时，通过操作人机交互界面的“左转”、“右转”、“前进”、“后退”、“左横行”、“右横行”、“原地顺时针回转”、“原地逆时针回转”、“停止”操作按钮，可实现agv手动模式下的姿态调整；通过人机交互界面的“速度”设定对话框，可实现agv车速的实时调整。此外，还可通过设定“前进方向角”参数，使得agv在不改变当前姿态的情况下，向设定方向直线移动。

进一步地，agv运行状态下的微处理器将接收到的agv速度、当前位置、障碍物距离、电压、电流、电池仓温度、控制箱温度信息实时上传至工控pc机，由工控pc机生成运行日志保存。

本发明的有益效果：本发明将检测单元、驱动单元和通信、运动控制单元集成为一体，在电子产品生产流水线中执行任务时，可通过快速更换主控系统的方式对agv控制系统进行维护或检修，从而不影响产线正常运行。

本发明4只独立驱动转向系统，使得agv运动姿态柔性化程度较高，狭小空间下运动更灵活；本发明基于apriltag定位方式的视觉导航系统，解决了传统视觉轨迹跟踪抗干扰性较差的问题。

附图说明

为了更清晰地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为四轮全方位移动agv主控系统结构图。

图2为四轮全方位移动agv主控系统框图。

图3为四轮全方位移动agv系统控制流程图。

具体实施方式

下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图2所示，本发明的全方位移动agv主控系统，包括障碍物检测单元（超声波障碍物检测传感器15）、视觉导航单元（高清红外彩色摄像机17）、无刷轮毂电机驱动单元（左前无刷电机驱动器2、左后无刷电机驱动器4、右前无刷电机驱动器6、右后无刷电机驱动器8；左前无刷电机驱动器2驱动左前无刷轮毂电机3；左后无刷电机驱动器4驱动左后无刷轮毂电机3；右前无刷电机驱动器6驱动右前无刷轮毂电机6、右后无刷电机驱动器8驱动右后无刷轮毂电机9）、工业舵机转向单元（左前转向单元10、左后转向单元11、右前转向单元12、左后转向单元13）、驱动轮电磁制动单元16、远程网络通信模块19、电源管理模块14、微处理器1、工控pc机18、车载人机交互模块(触摸显示屏)、远程监控中心；所述的微处理器1与障碍物检测单元、无刷轮毂电机驱动单元、工业舵机转向单元、驱动轮电磁制动单元、电源管理模块14和工控pc机18连接；所述的视觉导航单元与所述的工控pc机连接；所述的工控pc机还通过远程网络通信模块19与所述的远程监控中心连接；障碍物检测单元用于检测agv移动过程中遇到的障碍物信息，将检测到的信息上传至微处理器1；视觉导航单元用于采集apriltag导航标签图像，并将该图像传送至工控pc机18；无刷轮毂电机驱动单元用于驱动agv的轮毂电机；工业舵机转向单元用于控制agv驱动轮的运动方向；驱动轮电磁制动单元用于控制与轮毂电机连接的驱动轮电磁制动单元，实现及时停车；

电源管理模块主要检测电源电量、温度及各驱动模块的电压、电流信息，并将相关信息上传至微处理器，并最终通过485接口上传至工控pc机；当整车电源系统温度、电源输出电流超出设定监测警戒阈值，微处理器可以控制电源管理模块迅速关闭大功率电源，工控pc可监测该关闭动作是否有效完成，若未有效完成，可发送相关控制命令至微处理器，直到相关动作有效完成，同时将故障信息上传远程监控中心；当各大功率驱动模块的电压、电流产生欠压、过压、过流等状态时，工控pc及微处理器可以控制电源管理模块迅速关闭相应驱动模块的电源，并监测该关闭动作是否有效完成，同时将故障信息上传远程监控中心；当电源电压低于设定最小工作电压阈值时，工控pc及微处理器将该能量报警信息上传至远程监控中心，提示监控人员需要给agv充电，待远程监控中心确认信息后，能量报警信号解除。

工控pc机包括图像采集模块和无线通讯模块，所述的无线通讯模块与所述的远程监控中心连接，接收远程监控中心下达的agv任务命令信息，并将任务命令解析发送至微处理器；所述的图像采集模块与所述的视觉导航单元连接，根据视觉导航单元采集的apriltag导航标签图像，计算出导航偏移量并发送给微处理器，微处理器将导航偏移量转化为转向控制量。

微处理器主要包含运动控制模块、a\d采集模块和通信模块；所述的微处理器通过通信模块与所述的工控pc机连接，接收到的工控pc机发送的信息控制agv执行相应动作；所述的运动控制模块控制工业舵机转向单元调整各驱动轮运动方向；a\d采集模块与所述的障碍物检测单元连接，实时获取障碍物检测单元检测到的障碍物距离信息，判断运动方向障碍物分布情况；当障碍物处于干扰agv运动范围内时，发送控制信号至驱动轮电磁制动单元，并最终驱动与轮毂电机连接的电磁刹车机构产生闭合动作，从而实现及时停车；所述的a\d采集模块接收电源管理模块的信息，并将该信息上传至工控pc机。

如图1所示，本发明的无刷轮毂电机驱动单元、工业舵机转向单元、驱动轮电磁制动单元、电源管理模块和微处理器设置于主控箱体1内；所述的主控箱体内设置有四层结构，从上至下依次为系统控制层107、电源管理层106、电源转换层105和驱动层104；所述的驱动层104包括功率驱动板和铝散热片103，铝散热片103设置于功率驱动板的下方；所述的电源管理层内设置有电源管理模块；所述的无刷轮毂电机驱动单元、工业舵机转向单元、驱动轮电磁制动单元和微处理器设置于系统控制层。

本发明的主控箱体上设置有散热风扇102。

本发明提供一种全方位移动agv的控制方法，包括在线自主导航控制模式和离线手动运动控制模式；所述的在线自主导航控制模式和所述的手动运动控制模式可自由切换，常规在线自主导航控制模式下，agv接收远程监控中心下达的运输任务，沿固定轨迹自主导航，当agv产生脱离轨道、障碍急停等异常状态时，agv自动执行紧急停车，并报远程监控中心，此时，可通过操作远程监控中心或车载人机交互界面的“手动控制”按钮，使得agv进入手动运动控制模式；当agv回归轨道，或其他异常状态解除时，可通过操作远程监控中心或车载人机交互界面的“自主导航”按钮，使得agv切换至在线自主导航控制模式，继续执行未完成的运输任务；此外，当有其他非常规运输任务需要执行时，亦可通过远程监控中心或车载人机交互界面切换至手动运动控制模式。

本发明的控制方法具体如下：首先将控制系统进行初始化，系统自检，是否运行正常，运行正常则启动该系统，然后选择在线自主导航控制模式或者手动控制模式；

当选择在线自主导航控制模式时，其控制方法如下：首先，远程监控中心通过远程网络通信模块给工控pc机下达任务；工控pc机将接收的任务信息解析，发送至微处理器，微处理器执行远程监控中心下达的任务，通过无刷轮毂电机驱动单元驱动轮毂电机，使agv移动；

然后，工控pc机基于视觉导航单元采集apriltag导航标签图像，取标签中心与相机中心在轨道垂直方向的偏移量δl(规定左偏时δl为正，右偏时δl为负)，该偏移量输入给微处理器，微处理器计算出转向控制量u(t)，计算方式为：(dt为处理周期，kp、kd为调节参数)，经过微处理器控制工业舵机转向单元调整各驱动轮运动方向，从而实时改变机器人当前姿态，达到轨迹跟踪的目的；

在agv移动过程中微处理器实时获取当前障碍物检测单元检测到的障碍物距离信息，判断运动方向障碍物分布情况，当障碍物处于干扰agv运动范围内时，发送控制信号至微处理器，微处理器发送制动信息到驱动轮电磁制动单元，驱动与轮毂电机连接的电磁刹车机构产生闭合动作，agv及时刹车，处于紧急停车状态，急停结束后，继续运行；当障碍物处于干扰agv运动范围之外时，继续跟踪移动轨迹，直至agv进入站点，结束任务；

当agv需要转为手动运动控制模式时，其控制方法如下：

通过远程监控中心或车载人机交互界面下达急停命令，agv车速降为0，四只电磁制动器迅速闭合，车辆保持稳定停止；此时，通过操作人机交互界面的“左转”、“右转”、“前进”、“后退”、“左横行”、“右横行”、“原地顺时针回转”、“原地逆时针回转”、“停止”操作按钮，可实现agv手动模式下的姿态调整；通过人机交互界面的“速度”设定对话框，可实现agv车速的实时调整。此外，还可通过设定“前进方向角”参数，使得agv在不改变当前姿态的情况下，向设定方向直线移动。

agv运行状态下的微处理器将接收到的各数据实时上传至工控pc机，由工控pc机生成运行日志保存。

本发明的基于apriltag定位方式的视觉导航系统如下：该视觉导航系统主要包括由同一apriltag标签沿轨道方向排列组成的导航标签带、由不同apriltag标签组成的站点标签、高清红外彩色摄像机、apriltag标签信息识别与解码软件组成。系统正常运行状态下，高清红外彩色摄像机采集当前图像并上传至工控pc，apriltag标签信息识别与解码软件识别当前图像中的apriltag标签，并解码标签包含的站号信息、标签与摄像机中心的位姿信息；工控pc将当前识别的apriltag标签与摄像机中心的位姿信息实时上传至微处理器，微处理器根据该信息执行自主导航下的位姿调整；工控pc将当前识别的apriltag标签包含的站号信息实时上传至微处理器，微处理器根据该信息控制相应单元执行站点任务。

上面所述的实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进均应落入本发明的保护范围，本发明的请求保护的技术内容，已经全部记载在技术要求书中。