专利名称：：自动导航小车的制作方法
技术领域：
：本实用新型自动导航小车属于运输车辆领域。
背景技术：
：2007年度，我国物流费用在GDP中约占18%，居于高位。制造业物流总额在社会物流总额中占到74.7%。而物料的装卸搬运是物流过程中发生频率高，耗用时间长，所需费用大的作业活动。为了降低制造业成本并提高效率，自动搬运技术将是一种很好的手段。另外，自主导航搬运车是当今柔性制造系统和自动化仓储系统中物流运输的有效手段。自主导航搬运车通过运用自动运输系统搬运货物，并能在互不干扰的情况下将货物高效可靠地送达目的地。自主导航搬运车的使用可以极大地减轻了人们的劳动强度，提高了物流运作效率和服务质量，降低了物流成本。目前，市场上具有视觉、激光以及GPS等导航方式的自动运行小车系统，这些产品的价格昂贵，性价比不高，不便于推广。采用磁条方式进行导航的自动运行小车系统成本低，性价比高，便于在各种行业普及。采用磁条方式进行导航自动运行小车进行系统控制时，通常采用在行走磁条的侧面敷设1条、2条、3条磁条进行辅助控制，这种方法具有信息量少，只能执行简单任务；而且敷设多条磁条，占用空间较大，导致定位精度低等缺陷。
发明内容本实用新型是针对现有技术中的不足之处，而提供一种自主导航自动引导小车，采用在地面上敷设磁条和RFID标签，中央控制器通过对模拟信息和数字信息混合处理并与无线数据传输技术相结合，实现复杂的自动运行小车灵活控制和多任务分配；可以储存多种控制信息，很好的符合各种系统的柔性需求以及复杂任务的控制。本实用新型的目的是通过以下措施来达到的，自动导航小车包含小车部分和引导部分，小车部分由车体、电控箱、中央控制器、电池组、驱动机构、悬挂机构、路面磁条信号传感器、路面RFID射频识别标签卡读写器、防撞机构等构成。引导部分由敷设在路面上的磁条和RFID射频识别标签卡组成。在车体上设置安装电控箱，中央控制器安装在电控箱内，在车体上安装电池组，在车体上安装驱动机构，在车体上安装悬挂机构，在车体上安装防撞机构，在车体上安装路面磁条信号传感器，在车体上安装路面RFID射频识别标签卡读写器，路面磁条信号传感器和路面RFID射频识别标签卡读写器安装在车体纵向对称剖面内的中心线上，而且路面磁条信号传感器安装在车体中驱动部分行驶方向的前方，路面RFID射频识别标签卡读写器安装在车体的头部或尾部。车体采用整体型构造，结构简洁；负载方式多样化，可以进行尾部牵引，背部直接负载等。中央控制器以基于微处理器为主体控制器，配备多种协议的接口与外接的各种功能模块进行连接。中央控制器对电池状态进行实时监控。路面磁条信号传感器与中央控制器的AD模块进行直接连接，将路面磁条信号传3感器输出的模拟信号进行过压保护以及信号滤波处理后送到微处理器的AD输入口，由微处理器转换为数字信号中进行处理。微处理器不定时对路面磁条信号传感器进行复位，使路面磁条信号传感器工作稳定。RFID射频识别标签卡读写器通过RS232串口协议与中央控制器进行连接，中央控制器内部采用MAX232进行电平转换处理。系统的多级安全装置通过10点与中央控制器进行连接，中央控制器内部对10点电平上拉处理，消除外界的干扰信号。无线局域网控制器通过RS485串口协议与中央控制器进行连接，中央控制器内部采用MAX481进行RS485串口协议处理。无线数据通信模块通过RS485串口协议与中央控制器进行连接，中央控制器内部采用MAX481进行RS485串口协议处理。无线数据通信模块采用433MHz中频模块，采用调频技术进行抗干扰处理，使模块的数据传输具有很好的稳定性。EEPR0M存储器通过高速IIC数据协议与中央控制器进行连接。驱动电机通过DA模块以及10点与中央控制器进行连接，中央控制器内部对10点采用ULN2003进行电平变换，对驱动能力进行扩充。中央控制器内部采用DAC5573将8位串行数字信号转化为模拟信号，实现对驱动电机进行精确控制。人机信息装置通过RS485串口协议与中央控制器进行连接，中央控制器内部采用MAX481进行RS485串口协议处理。操作开关与报警装置通过10点与中央控制器进行连接，中央控制器内部对10点采用ULN2003进行电平变换，对驱动能力进行扩充。中央控制器还预留多个10点和RS485串口协议接口可与功能扩展模块进行连接。中央控制器内部对10点采用ULN2003进行电平变换，对驱动能力进行扩充；采用MAX481进行RS485串口协议处理。自动导航小车的导引方法小车在行驶过程中由电池组进行供电，由小车部分的路面磁条信号传感器检测敷设在路面上的磁条信号，并分解为左右两路模拟信号输送到中央控制器的AD模块中，中央控制器计算两路磁条信号的偏差量，然后经过模糊控制算法和PID控制算法进行处理，路面RFID射频识别标签卡读写器获取到路面RFID射频识别标签卡的信息输送到中央控制器，中央控制器读取RFID射频识别标签卡在航线表中对应的任务信息，综合后，中央控制器发出指令信号对驱动机构进行控制，使驱动电机按照预定轨迹进行行走，实现系统依据在路面上敷设的磁条和RFID射频识别标签卡两种模拟与数字的混合信号进行自主导航。在自主导航过程中，进行安全装置检测，碰撞安全装置有信号时，小车立即停车；非碰撞安全装置有信号，进行减速控制或停车控制等。自动导航小车多任务控制方法是在中央控制器上设置EEPR0M储存器，EEPR0M储存器通过IIC数据协议与微处理器进行连接，EEPROM储存器中存储航线表设置，用来记录小车执行的各项任务，航线表的栏目有RFID射频识别标签卡的序号，指令1，指令2，指令n，关联参数1，关联参数2，关联参数n。通过与中央控制器相连接的人机信息装置设置各条航线表的执行任务，并储存在中央控制器的EEPR0M存储器中。小车在行驶过程中，到达RFID射频识别标签卡处，读出RFID射频识别标签卡的序号，根据中央控制器的EEPROM存储器中储存的航线表中该RFID射频识别标签卡的序号所对应的指令、关联参数和目的地RFID射频识别标签卡的序号，执行该RFID射频识别标签卡的序号所赋予的任务。通过航线表的信息实现自动运行小车行使过程中加减速调整；满足执行的任务需要，进行路径选择。在中央控制器上通过RS485串口协议与无线局域网控制器连接，可以通过无线局域网功能实时接收外部系统的通信数据，进行动态调整航线表的设置，调整后的航线表设置根据需要可以在EEPROM存储器中覆盖小车中原始的航线表设置，也可以不覆盖原始的航线表设置。通过无线局域网实现在分支路口的优先通过、避让以及与其他相关系统进行同步调度等功能。在中央控制器上通过RS485串口协议与无线数据通信模块连接，可以通过无线数据传输模块实时接收外部系统的通信数据，进行动态调整航线表的设置，调整后的航线表设置根据需要可以在EEPROM存储器中覆盖小车中原始的航线表设置，也可以不覆盖原始的航线表设置。通过无线数据通信实现在分支路口的优先通过、避让以及与其他相关系统进行同步调度等功能。通过无线局域网控制器或无线数据通信模块控制自动导航小车提高系统的可靠性和稳定性，两种方法之间进行自动切换。自动导航小车悬挂机构由顶板、销轴、压縮弹簧、提升螺栓、内六角扳手、限位垫片、驱动轮、铰支座组成。内六角扳手安装在提升螺栓上，顶板连接在车体上，压縮弹簧安装在销轴上，限位垫片安装在铰支座上，驱动轮安装在限位垫片上，限位垫片沿铰支座中心旋转，使驱动机构离开地面。实现小车由人工干预进行全方位灵活移动。本实用新型的有益效果采用敷设在路面上的磁条和RFID射频识别标签卡进行导航，可以灵活变更路线，可以很好的适用于柔性制造系统。采用无线局域网和无线数据通信技术配合航线表，具有很大的信息容量和很好的动态性能。采用悬挂机构，人工干预的情况下，小车可以全方位灵活移动。附图1是本实用新型的小车结构示意图。附图2是附图1的俯视示意图。附图3是本实用新型的引导部分示意图。附图4是本实用新型的悬挂机构示意图。附图5是本实用新型的中央控制器框架示意图。附图6是本实用新型的导航示意图。附图7是本实用新型的RFID射频识别标签卡布局示意图。附图8是本实用新型的中央处理器中路面磁条信号传感器和路面RFID射频识别标签卡读写器部分电路图。附图9是本实用新型的中央处理器中驱动电机部分电路图。附图10是本实用新型的中央处理器中EEPROM存储器部分电路图。附图11是本实用新型的中央处理器中RS485串行通信部分电路图。附图12是本实用新型的中央处理器中IO部分电路图。附图13是本实用新型的中央处理器中安全装置部分电路图。具体实施方式以下结合附图对本实用新型作进一步说明。如附图1、附图2、附图3所示，本实用新型包括小车部分和引导部分，小车部分由车体1、电控箱2、中央控制器3、电池组4、驱动机构5、悬挂机构6、路面磁条信号传感器7、路面RFID射频识别标签卡读写器8、防撞机构9等构成。引导部分由敷设在路面上的磁条10和RFID射频识别标签卡11组成。小车在行驶过程中由电池组4进行供电，在车体上设置安装电控箱，中央控制器安装在电控箱内，驱动机构安装在车体上，电池组安装在车体上，防撞机构安装在车体边缘，悬挂机构在安装在车体中部，路面磁条信号传感器和路面RFID射频识别标签卡读写器安装在车体纵向对称剖面内的中心线上，而且路面磁条信号传感器在车体中驱动部分行驶方向的前方，路面RFID射频识别标签卡读写器在车体的头部或尾部，路面RFID射频识别标签卡读写器与RFID射频识别标签卡之间距离35mm以上。磁条采用50mm宽，lmm厚的规格；RFID射频识别标签卡采用钉型，125KHz低频无源读写标签卡。RFID射频识别标签卡安装在磁条下放，具有易安装、防潮、防压功能。路面RFID射频识别标签卡读写器与RFID射频识别标签卡之间距离35mm以上。车体采用整体型构造，结构简洁；负载方式多样化，可以进行尾部牵引，背部直接负载等。如附图4所示，小车悬挂机构由顶板21、销轴22、压縮弹簧23、提升螺栓24、内六角扳手25、限位垫片26、驱动轮27、铰支座28组成。内六角扳手25安装在提升螺栓24上，压縮弹簧23安装在销轴22上，铰支座28安装在顶板21上，顶板21连接在车体上，驱动轮27连接在顶板21上，限位垫片26安装在提升螺栓24上，当需要人工移动小车时，用内六角扳手25，顺时针方向旋转提升螺栓24，限位垫片26被提起，整个驱动机构沿铰支座28中心旋转，小车的驱动轮27也随之离开地面，这样就可以使小车进行全方位移动；当需要正常运行时，再用内六角扳手25，逆时针方向旋转提升螺栓24，这时小车驱动轮27被放下，小车即进行正常工作。如附图5所示，中央控制器以基于PIC18F8527微控制器为主体控制器，配备有AD模块接口、RS485串口协议接口、IIC数据协议接口、DA模块接口以及10接口。路面磁条信号传感器与中央控制器的AD模块进行直接连接，RFID射频识别标签卡读写器通过RS232串口协议与中央控制器进行连接，中央控制器内部采用MAX481进行RS485串口协议处理。安全装置通过10点与中央控制器进行连接，中央控制器内部对10点采用ULN2003进行电平变换，并对驱动能力进行扩充。无线局域网控制器通过RS485串口协议与中央控制器进行连接，中央控制器内部采用MAX481进行RS485串口协议处理。无线数据通信模块通过RS485串口协议与中央控制器进行连接，中央控制器内部采用MAX481进行RS485串口协议处理。无线数据通信模块采用433MHz中频模块，采用调频技术进行抗干扰处理，使模块的数据传输具有很好的稳定性。EEPROM通过IIC数据协议与中央控制器进行连接，EEPROM存储器通过高速IIC数据协议与PIC18F8527微处理器进行连接。驱动电机通过10点以及DA模块与中央控制器进行连接，中央控制器内部对10点采用ULN2003进行电平变换，对驱动能力进行扩充。人机信息装置通过RS485串口协议与中央控制器进行连接，中央控制器内部采用MAX481进行RS485串口协议处理。操作开关与报警装置通过10点与中央控制器进行连接，中央控制器内部对10点采用ULN2003进行电平变换，对驱动能力进行扩充。中央控制器还预留多个10点和多路RS485串口协议接口可与功能扩展模块进行连接，中央控制器内部对10点采用ULN2003进行电平变换，并对驱动能力进行扩充；采用MAX481进行RS485串口协议处理。中央控制器也可以基于ARM7T匿I-S的高性能32位RISC微控制器LPC2131为主体控制器，配备多种协议的接口与外接的各种功能模块进行连接。[0043]如附图6示，小车行驶过程中，轨迹跟踪模块开始，由小车部分的路面磁条信号传感器检测敷设在路面上的磁条信号，进行两路磁带信号识别，并分解为左右两路模拟信号输送到中央控制器的AD模块中，磁带信号模数转换，中央控制器计算两路磁条信号的偏差量，确定轨迹偏差量，然后轨迹模糊控制算法处理，经过模糊控制算法和轨迹PID控制算法进行处理，判断是否有RFID标签信号，路面RFID射频识别标签卡读写器读取RFID卡序号，信息输送到中央控制器，中央控制器读取储存在EEPR0M存储器中航线表，判断指令是否读取完毕，读取指令，判断指令是否关联参数，有参数就进行读取关联参数，指令数加1，无参数就直接指令数加l，航线表读取完毕后，中央控制器经过驱动电机算法处理，发出指令信号对驱动电机执行控制，轨迹跟踪模块结束。在自主导航过程中，有碰撞安全装置信号时，发出指令信号对驱动电机执行控制，小车立即停车；非碰撞安全装置有信号，电机速度反馈信号，发出指令信号对驱动电机执行控制，进行减速控制或停车控制等。如附图7示，RFID射频识别标签卡敷设在路面上，在读到30#标签时，执行减速，减速后的速度为30m/min，运行到停止位，与生产系统联动进行装料，装料完成后，继续行驶。行驶到31#标签处，进行右转；当读到33#标签时，由于是左车优先，所以先通过无线侦听，判断左边是否有车辆，若没有车辆则通过；否则进行等待。行驶到34#标签处，进行直行，并进行加速，加速后的速度为50m/min;当读到36#标签时，执行减速，减速后的速度为20m/min，运行到停止位，与生产系统联动进行卸料，卸装料完成后，继续行驶。[0046]小车在投入使用时，在路面上敷设磁条和RFID射频识别标签卡，并通过小车自身人机信息装置通过RS485串口协议与中央控制器进行连接，输入设置航线表，航线表储存在EEPROM储存器，EEPROM储存器通过IIC数据协议与中央控制器进行连接，航线表用来记录小车执行的各项任务，航线表的栏目有RFID射频识别标签卡的序号，指令1，指令2，指令n，关联参数1，关联参数2，关联参数n。小车在行驶时，通过读取RFID标签卡的序号，根据航线表中对应的任务及参数执行各项任务。[0047]A小车航线表[0048]<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>在小车运行过程可以通过无线数据通信模块和无线局域网进行实时动态更改航线表。在中央控制器上通过RS485串口协议与无线局域网控制器连接，可以通过无线局域网功能实时接收外部系统的通信数据，进行动态调整航线表的设置，调整后的航线表设置根据需要可以在EEPROM中覆盖小车中原始的航线表设置，也可以不覆盖原始的航线表设置。通过无线局域网实现在分支路口的优先通过、避让等功能，与其他相关系统进行同步调度功能。在中央控制器上通过RS485串口协议与无线数据通信模块连接，可以通过无线数据传输模块实时接收外部系统的通信数据，进行动态调整航线表的设置，调整后的航线表设置根据需要可以在EEPROM中覆盖小车中原始的航线表设置，也可以不覆盖原始的航线表设置。通过无线数据通信实现在分支路口的优先通过、避让等功能，与其他相关系统进行同步调度功能。[0052]小车在行驶时，通过读取RFID标签卡的序号，根据航线表中对应的任务及参数执行各项任务。2台自动运行小车，8张RFID标签卡，2台自动运行小车的航线表配置，在运行过程中，A小车在读到30#标签时，执行减速，减速后的速度为30m/min，运行到停止位，与生产系统联动进行装料，装料完成后，继续行驶。行驶到31#标签处，进行右转；当读到33#标签时，由于是左车优先，所以先通过无线侦听，判断左边是否有车辆，若没有车辆则通过；否则进行等待。行驶到34#标签处，进行直行，并进行加速，加速后的速度为50m/min;当读到36#标签时，执行减速，减速后的速度为20m/min，运行到停止位，与生产系统联动进行卸料，卸装料完成后，继续行驶；。由于是本车优先，直接通过完成一个任务循环。B小车的运行类似A小车。下面给出一个实例进行描述—个多台自动运行小车系统，包含2台自动运行小车，8张RFID标签卡，2台自动运行小车的航线表配置如A小车航线表、B小车航线表所示。在运行过程中，A小车在读到30#标签时，执行减速，减速后的速度为30m/min，运行到停止位，与生产系统联动进行装料，装料完成后，继续行驶。行驶到31#标签处，进行右转；当读到33#标签时，由于是左车优先，所以先通过无线侦听，判断左边是否有车辆，若没有车辆则通过；否则进行等待。行驶到34#标签处，进行直行，并进行加速，加速后的速度为50m/min;当读到36#标签时，执行减速，减速后的速度为20m/min，运行到停止位，与生产系统联动进行卸料，卸装料完成后，继续行驶；。由于是本车优先，直接通过完成一个任务循环。B小车的运行类似A小车。[0055]以上所述实例，只是本实用新型的具体实施的一种。本领域的技术人员在本实用新型技术方案内进行的通常变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。[0056]如附图8所示，路面磁条信号传感器与中央控制器的AD模块进行直接连接，将路面磁条信号传感器J26输出的模拟信号进行过压保护以及信号滤波处理后送到PIC18F8527微处理器的输AD入口，由PIC18F8527微处理器转换为数字信号中进行处理。PIC18F8527微处理器不定时对路面磁条信号传感器进行复位，使路面磁条信号传感器工作稳定。RFID射频识别标签卡读写器J16通过RS232串口协议与中央控制器进行连接，中央控制器内部采用MAX232进行电平转换处理。电池电压信号进行过压保护以及信号滤波处理后送到PIC18F8527微处理器的AD输入口，进行电池状态监控。如附图9所示，驱动电机通过DA模块以及10点与中央控制器进行连接，中央控制器内部对10点采用ULN2003进行电平变换，对驱动能力进行扩充。中央控制器内部采用DAC5573将8位串行数字信号转化为模拟信号，实现对驱动电机进行精确控制。如附图10所示，EEPROM存储器通过高速IIC数据协议与PIC18F8527微处理器进行连接。如附图11所示，无线局域网控制器通过RS485串口协议与中央控制器进行连接，中央控制器内部采用MAX481进行RS485串口协议处理。无线数据通信模块通过RS485串口协议与中央控制器进行连接，中央控制器内部采用MAX481进行RS485串口协议处理。无线数据通信模块采用433MHz中频模块，采用调频技术进行抗干扰处理，使模块的数据传输具有很好的稳定性。人机信息装置通过RS485串口协议与中央控制器进行连接，中央控制器内部采用MAX481进行RS485串口协议处理。预留RS485串口协议接口可与功能扩展模块进行连接。[0060]如附图12所示，操作开关与报警装置通过I0点与中央控制器进行连接，中央控制器内部对10点采用ULN2003进行电平变换，对驱动能力进行扩充。预留多个10点与功能扩展模块进行连接，预留的10点具有采用继电器输出和电平输出的两种模式。[0061]如附图13所示，系统的多级安全装置通过I0点与中央控制器进行连接，中央控制器内部对10点电平上拉处理，消除外界的干扰信号。权利要求一种自动导航小车，由车体、电控箱、中央控制器、电池组、驱动机构、悬挂机构、路面磁条信号传感器、防撞机构构成，在车体上设置安装电控箱，中央控制器安装在电控箱内，在车体上安装电池组，在车体上安装驱动机构，在车体上安装悬挂机构，在车体上安装防撞机构，在车体上安装路面磁条信号传感器，其特征是在车体上安装路面RFID射频识别标签卡读写器。2.根据权利要求1所述的自动导航小车，其特征是路面RFID射频识别标签卡读写器安装在车体纵向对称剖面内的中心线上，路面RFID射频识别标签卡读写器安装在车体的头部或尾部。3.根据权利要求1所述的自动导航小车，其特征是中央控制器以微控制器为主体控制器，路面磁条信号传感器与中央控制器的AD模块进行直接连接，RFID射频识别标签卡读写器通过RS232串口协议与中央控制器进行连接，安全装置通过IO点与中央控制器进行连接，无线局域网控制器通过RS485串口协议与中央控制器进行连接，无线数据通信模块通过RS485串口协议与中央控制器进行连接，EEPROM存储器通过IIC数据协议与中央控制器进行连接，驱动电机通过DA模块以及10点与中央控制器进行连接，人机信息装置通过RS485串口协议与中央控制器进行连接，操作开关与报警装置通过10点与中央控制器进行连接。4.根据权利要求1所述的自动导航小车，其特征是中央控制器具有多个10点和多路RS485串口协议接口的扩展功能。5.根据权利要求1所述的自动导航小车，其特征是悬挂机构由顶板、销轴、压縮弹簧、提升螺栓、内六角扳手、限位垫片、驱动轮、铰支座组成，内六角扳手安装在提升螺栓上，压縮弹簧安装在销轴上，铰支座安装在顶板上，顶板连接在车体上，驱动轮连接在顶板上，限位垫片安装在提升螺栓上。专利摘要本实用新型自动导航小车属于运输车辆领域，自动导航小车包含小车部分和引导部分，小车部分由车体、电控箱、中央控制器、电池组、驱动机构、悬挂机构、路面磁条信号传感器、路面RFID射频识别标签卡读写器、防撞机构等构成。引导部分由敷设在路面上的磁条和RFID射频识别标签卡组成，在车体上安装路面磁条信号传感器，在车体上安装路面RFID射频识别标签卡读写器，路面磁条信号传感器与中央控制器的AD模块进行直接连接，将路面磁条信号传感器输出的模拟信号进行处理。采用敷设在路面上的磁条和RFID射频识别标签卡进行导航，可以灵活变更路线，可以很好的适用于柔性制造系统。文档编号G01C21/00GK201494328SQ20092005942公开日2010年6月2日申请日期2009年6月23日优先权日2009年6月23日发明者周正军申请人:广州市井源机电设备有限公司