一种基于RFID阵列的无轨自动导航小车系统的制作方法

本实用新型涉及一种智能机器控制设备，具体涉及一种基于RFID阵列的无轨自动导航小车系统。

背景技术：

自动导航小车(Automatic Guided Vehicle,AGV)系统是属工业机器人的分支之一，小车一般使用电池进行驱动，在一定的运行环境中可自主运行，被广泛应用在物流、柔性制造业、自动化仓储等领域，是制造业智能化的重要组成部分。目前，自动导航小车的导引技术可分为有轨导引和无轨导引两大类型。其中有轨导引需要在小车运行的路径上铺设磁条或色块等导引物，小车在固定运行路径内行驶，控制方便、定位较准确，可实现厘米级的定位精度，是目前AGV主要的导引方式。但小车的路径一旦铺设就难以变更，轨道铺设成本高，色块易摩损；另一种无轨导引一般是通过激光导引、超声波导引、红外线导引等，此类导引技术均通过信号传输距离与时间的关系的测距原理来进行导引，虽然无需布置运行轨道，但存在定位误差大、定位不精准的缺陷，市场应用尚未成熟。

随着科技的发展与进步，现有技术中出现了各种导引更为准确、系统运行更为稳定的自动导航小车，例如授权公告号为CN 201494328U的中国实用新型专利公开了一种自动导航小车，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。该结构的小车通过敷设在路面上的磁条作为小车行驶的轨道、并通过在路面上设置的RFID射频识别标签卡来实现对小车行驶动作(例如加速、减速、左转、右转、等待、避让、停止等)的导航，虽然小车自导航较为准确，但仍需要安装磁条等有轨设备，轨道铺设成本大且轨道维护成本高，同时小车轨道一旦铺设完成就难以变更。

技术实现要素：

针对上述的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于RFID阵列的无轨自动导航小车系统，其在使用时无需安装小车运行轨道、运行成本低廉、运行路线灵活。

为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种基于RFID阵列的无轨自动导航小车系统，包括车体和用于控制车体的控制装置，所述车体的两侧安装有车轮，在车体上安装有用于驱动车体行驶的驱动装置，所述控制装置包括从控制模块、主控制模块、用于感应车体当前行驶方向的电子罗盘和安装在车体的车头端的防碰撞模块，所述电子罗盘安装在车体上并与从控制模块的输入端连接，所述防碰撞模块与从控制模块的输入端连接，所述从控制模块安装在车体上并通过无线通信模块与主控制模块连接，还包括作为车体运行场地的RFID阵列地板，

所述RFID阵列地板主要由M块RFID地板砖依次铺设而成，每一块RFID地板砖按顺序对应设有一标识号且在每一块RFID地板砖内均安装有G*H块RFID卡，在车体的车头端设有用于读取RFID卡的RFID读卡阵列模块，所述RFID读卡阵列模块与从控制模块连接；所述主控制模块内存储有RFID阵列地板上的每一块RFID卡的RFID标签码，其中，M、G、H均是≥1的整数。

上述方案中，为了能够保证RFID读卡阵列模块每一次均能至少读取到一个RFID卡上的RFID标签码，使主控制模块对车体的导航定位更加准确，所述RFID读卡阵列模块主要由I*J个RFID读卡器依次排列而成，其中I、J均为≥1的整数。

上述方案中，每一块RFID地板砖包括地板砖底层和地板砖顶层，在地板砖底层和地板砖顶层之间安装所述RFID卡。

上述方案中，所述驱动装置可以包括直流电机和直流电机驱动模块，所述直流电机驱动模块的输入端与从控制模块连接、其输出端与直流电机连接，所述直流电机通过轴承与车轮转轴连接。

上述方案中，所述从控制模块可以为51单片机、MSP430单片机或ARM处理器中的任意一种。

上述方案中，所述主控制模块为上位机。

本实用新型的有益效果为：

1)本实用新型小车的运行轨道为开放式RFID阵列地板，所述RFID阵列地板由多块内部安装有RFID卡的RFID地板砖依次铺设而成，通过RFID读卡阵列模块实时获取车体所经过位置的RFID地板砖中RFID卡的RFID标签码、并发送给从控制模块，从控制模块再无线传输给上位机，上位机将该RFID标签码与内部存储的数据进行比对、处理后，快速得到小车的当前坐标，同时结合电子罗盘发来的小车运行方向，快速地规划出的小车下一步的行走路径，并实时发送控制信号到从控制模块，再由从控制模块控制车体行驶，实现了小车的自动导航行驶。与现有技术相比，本实用新型不需要安装磁条等有轨设备，系统的维护成本大大降低；同时根据运行需要可在特定的范围内随意变更路线，非常适合柔性制造车间、超市、仓库等场所。

2)对车体的定位采用RFID技术方式，系统的稳性高、抗干扰能力强，用于读取的RFID读卡阵列模块由多个RFID读卡器构成，能够保证车体运行期间实时均能读到RFID卡，小车行驶的定位精度高。

附图说明

图1为每一块RFID地板砖内部的剖面结构示意图。

图2为每一块RFID地板砖内的RFID卡的一种排列安装示意图。

图3为本无轨自动导航小车系统使用时的部分硬件安装结构示意图。

图4为RFID读卡阵列模块上的RFID读卡器一种排列结构示意图。

图5为RFID阵列地砖的一种铺设结构示意图。

图6为基于RFID阵列的无轨自动导航小车系统使用时的一种结构状态示意图。

图7为基于RFID阵列的无轨自动导航小车系统使用时的另一种结构状态示意图。

图中标号为：1、RFID地板砖，1-1、地板砖底层，1-2、地板砖顶层，2、RFID卡，3、RFID阵列地板，4、车体，5、车轮，6、直流电机，7、电子罗盘，8、直流电机驱动模块，9、从控制模块，10、电池，11、防碰撞模块，12、无线通信模块，13、RFID读卡阵列模块，14、上位机，15、RFID读卡器。

具体实施方式

如图3、图6、图7所示，一种基于RFID阵列的无轨自动导航小车系统，包括车体4、用于控制车体4的控制装置和作为车体4运行场地的RFID阵列地板3。所述车体4的两侧安装有车轮5，在车体4上安装有用于驱动车体4行驶的驱动装置。

所述控制装置包括从控制模块9、主控制模块、用于感应车体4当前行驶方向的电子罗盘7和安装在车体4的车头端的防碰撞模块11。本实施例中，所述防碰撞模块11具体为超声波测距模块。所述电子罗盘7安装在车体4上并与从控制模块9的输入端连接，本实施例中，所述电子罗盘7选用HMC5883L模块。所述防碰撞模块11与从控制模块9的输入端连接。所述从控制模块9安装在车体4上并通过无线通信模块12与主控制模块连接。所述主控制模块内存储有RFID阵列地板3上的每一块RFID卡2的RFID标签码。

所述驱动装置包括直流电机6和直流电机驱动模块8，所述直流电机驱动模块8的输入端与从控制模块9连接、其输出端与直流电机6连接，所述直流电机6通过轴承与车轮5转轴连接。即所述直流电机驱动模块8接收从控制模块9发来的控制信号后对直流电机6发送右转、左转、前进、后退等执行控制信号。在车体4上还安装有用于给从控制模块9供电的电池10。

所述从控制模块9用于接收电子罗盘7、超声波测距模块和RFID读卡阵列模块13发来的数据信息，并及时发送给主控制模块，同时从控制模块9还接收主控制模块发来的控制信号、实时地控制车体4上车轮5和车体4运行方向。本实施例中，所述从控制模块9具体可选用为51单片机、MSP430单片机或ARM处理器中的任意一种，当然也可以选用其他型号的嵌入式处理器。所述主控制模块作为车体4导航的控制核心，可选用处理数据能力强大的上位机14，具体可以是计算机、PC机、移动设备等。所述上位机14事先存储有RFID卡2的RFID地板阵列上的每一个RFID卡2的RFID标签码，在小车运行过程实时处理从控制模块9发来的读取到的RFID标签码，并处理得到小车目前的位置，同时为小车下一步的行驶作出规划，并发出小车左转右转、前进后退等具体行驶动作。

如图5所示，所述RFID阵列地板3主要由M块RFID地板砖1依次铺设而成。其中，M是≥1的整数，当然根据所选用的地板砖的面积大小(例如30cm*30cm、30cm*60cm、60cm*60cm、80cm*80cm等规格)和运行场地需求而对RFID地板砖1的数目进行选择。此外，由RFID地板砖1依次铺设而成的RFID阵列地板3的形状、大小根据实际需要而进行铺设，可以是矩形，如图6所示；也可以是其他形状，如图7所示。

每一块RFID地板砖1按顺序对应设有一标识号且在每一块RFID地板砖1内均安装有G*H块RFID卡2，其中G、H均是≥1的整数。G和H的值根据一块RFID地板砖1的大小和所要求的定位精度而进行选用：RFID地板砖1面积小可选择安装一个RFID卡2，由于要求的定位精度越高所要设置的RFID卡2越多。如图2所示，所述RFID地板砖1为60*60的规格，其内部的RFID卡2按3*3的规格安装在RFID地板砖1内。如图1所示，每一块RFID地板砖1包括地板砖底层1-1和地板砖顶层1-2，在地板砖底层1-1和地板砖顶层1-2之间安装所述RFID卡2。为了延长RFID卡2的使用寿命和保证RFID卡2的灵敏度，所述RFID卡2上包覆有透明防水薄膜。

在车体4的车头端设有用于读取RFID卡2的RFID读卡阵列模块13，所述RFID读卡阵列模块13与从控制模块9连接。RFID读卡阵列模块13具体是接在RS-485总线上，并通过TTL/485转换模块与从控制模块9的串口连接。所述RFID读卡阵列模块13主要由I*J个RFID读卡器15依次排列而成，其中I、J均为≥1的整数。本实施例中，如图4所示，所述I和J的值均为2。所述RFID读卡阵列模块13具体安装在车体4的车头端的下方，且与RFID阵列地板3的高度距离不超5cm，以保证RFID读卡器15能够读取到RFID卡2上的RFID标签码。

以上仅为说明本实用新型的实施方式，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。