具有自主巡线和避障功能的全方位移动平台车的制作方法

本发明属于航天器总装技术领域，具体涉及一种适用于厂区室内具有自主巡线和避障功能的全方位移动装置。

背景技术：

航天器总装配套库房是卫星总装物流的库管中心，负责卫星上的仪器、零部件、辅料、通用物料及大小型设备等所有物资的保存和管理，总装库房的管理模式与工作效率直接关系到卫星总装主线的工作效率。总装物资一直采用传统的人员到库房集中领取方式，占用型号总装主线时间，传统出入库模式效率低，且通常完全由人工完成，单机等产品集成度高，尺寸及重量不断增加，纯人工的搬运方式作业强度大，人员负荷重，作业方式无法适应航天任务的快速发展，因此设计一种适用于厂区室内具有自主巡线和避障功能的全方位移动平台车，作为库房配送的专业工具，使库房与工位之间通过全方位移动平台车衔接，革新传统的库房物资管理与配送模式，具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明涉及一台机电一体化全方位移动平台，该平台可以在厂区内部沿固定轨迹对卫星总装库房物料做自动配送。该平台基于麦克纳姆轮式全方位移动平台，利用彩色数字相机及磁导航传感器实现沿特定轨迹的跟踪巡迹，利用激光雷达与超声波传感器实现自主避障，基于车载计算机开发多传感器融合的自主巡线和避障的控制系统。可广泛用于大型厂区内货物无人化配送管理，旨在解决总装库房自动仓储系统与现场工位之间的物资配送衔接问题。

本发明的具有自主巡线和避障功能的全方位移动平台车，包括平台车的主车架、主车架上方设置的无线接收器、车载计算机、电机驱动器、自主导引及避障传感器组件、充电逆变器、蓄电池组、主车架侧板上设置的急停开关以及主车架底部四个角位置附近设置的麦克纳姆轮组件，主车架上的无线接收器、车载计算机与充电逆变器要保持一定距离，以防止信号干扰，充电逆变器用于将蓄电池组的直流输出变换为交流输出以对平台车上的所有电子器件供电；自主导引及避障传感器组件包括超声波传感器、数字相机、激光雷达、磁导航传感器、补充照明灯、磁地标传感器，它们分别设置在主车架的前后护板上，超声波传感器用于探测车体行进正前方2米内是否存在障碍；激光雷达用于探测车体行进正前方2米内是否存在障碍，车载计算机用于车体行进过程中数字相机、磁导航传感器、磁地标传感器、无线接收器等实时数据的监测与处理，并通过电机驱动器实现四个车轮的速度与转向控制，从而带动麦克纳姆轮组件移动。

全方位移动平台车的自动巡线通过磁导航传感器、数字相机联合工作实现。不同工位之间的车体行进路径预先铺设有导航磁条，行进路径的起始点与转弯处铺设有定位磁条，定位磁条与导航磁条极性相反，以避免反馈错误信息；厂区地面颜色选为浅色，导航磁条颜色选为深色，使用数字相机与磁导航传感器同时探测同一导航磁条，其中数字相机探测与提取导航磁条的边缘并拟合计算出车体方位与导航磁条规划路径方位的偏差，其中，磁导航传感器由一列磁场探测单元构成，每个磁场探测单元与导航磁条在一定距离范围内，磁场探测单元即可感应到导航磁条发出的磁场并反馈数据，超出该距离的磁场探测单元则感应不到，磁导航传感器在车体上的安装位置是固定的，根据磁导航传感器上感应到磁场信号的磁场探测单元数量与位置，同样可反馈一定范围内的车体方 位与导航磁条路径方位的偏差，综合数字相机与磁导航传感器的反馈数据，从而在下一控制周期进行方向与偏差的调整，实现视觉导航与磁导航的综合导引功能，使平台车能够沿着预设路径前进；磁地标传感器用于探测行进路径中起始点与转弯处贴设的定位磁条，用以提示该处即将停止或转向，停止和转向的策略需预先在车载计算机内规划好，使平台车能够完成预设路径上的起停和转弯动作。

其中，主车架上方还设置有开关控制面板和触摸屏，开关控制面板上布置有蓄电池电源开关、逆变器开关、充电开关、以及手动自动控制切换开关，并留有充电插座插孔，触摸屏用于设置移动平台自动运行控制参数。

其中，在触摸屏上将运行模式切换为手动模式可替换手持遥控器。

其中，逆变器为充电逆变一体机。

其中，麦克纳姆轮组件包括伺服电机、减速器、麦克纳姆轮组件安装支架、麦克纳姆轮、用于连接传动轴与车轮的联轴器一、传动轴、轴承、轴承支架、用于连接传动轴与减速器输出轴的联轴器二、减速器安装支架。连接关系为：伺服电机输出轴与减速器输入轴连接，减速器通过减速器安装支架固定到麦克纳姆轮组件安装支架上，减速器输出轴与联轴器二连接，联轴器二与传送轴的一端连接，传动轴通过两个轴承与轴承支架固定到麦克纳姆轮组件安装支架上，麦克纳姆轮组件安装支架通过螺接固定到平台车车架上，传动轴的另一端与联轴器一连接，联轴器一与麦克纳姆轮连接，实现伺服电机带动麦克纳姆轮转动，并整体固定到平台车车架上。

其中，超声波传感器在车体四角附近布置4个，用于探测车体行进正前方2米内是否存在障碍；数字相机于车体中心线前后布置2台，用于探测选定行进路径上贴设的导航磁条；激光雷达于车体前后中心线位置共布置2台，用于探 测车体行进正前方2米内是否存在障碍；磁导航传感器于车体前后中心线位置共布置2个，用于探测选定行进路径上贴设的导航磁条；补充照明灯供数字相机工作时的补充照明；磁地标传感器用于探测选定行进路径上贴设的定位地标磁条。

其中，车体上表面从主车架向上依次覆盖有防滑铝板和防静电胶垫。

其中，急停开关用于在车体不受控制时紧急切断电源，使平台车停下。

其中，平台车的主车架前后设置护板，在前后护板上开有供安装自主导引及避障传感器组件中各部分的安装孔。

其中，蓄电池为铅酸蓄电池。

本发明的基于麦克纳姆轮的全方位移动车，可以实现如横行、斜行、以零回转半径的方式原地旋转任意角度的运动，并且可点动式位置微调，以全方位移动车为基础，采用工控机、数字相机、避障雷达等设备，开发自动巡线控制、自动避让控制等功能模块，实现物料从总装配套库房到总装工位的自动配送。总装生产中通过引入总装现场物料自动巡线配送系统，将能有效降低型号班组的领料时间，提升总装物料发放的效率和准确性。

附图说明

图1为具有自主巡线和避障功能的全方位移动平台车组成示意图。1-1为主车架；1-2为急停开关；1-3为麦克纳姆轮组件；1-4为伺服电机驱动器；1-5为无线接收器；1-6为车载计算机；1-7为蓄电池组；1-8为自主导引及避障传感器组件；1-9为充电逆变一体机；1-10为车体侧板；1-11为车体电源开关面板；1-12为触摸屏；1-13为车体前后护板。

图2为主车架及仪器板上设备布置示意图。2-1为全向移动轮组套件安装板；2-2为设备安装板；2-3为传感器安装板；

图3为主车架上传感器布置示意图。3-1为超声波传感器；3-2为数字相机；3-3为激光雷达；3-4为磁导航传感器；3-5为补充照明灯；3-6为磁地标传感器；

图4为主车架上麦克纳姆轮组件安装布置示意图。

图5为麦克纳姆轮组件组成示意图。5-1为伺服电机；5-2为减速器；5-3为麦克纳姆轮组件安装支架；5-4为麦克纳姆轮；5-5为联轴器；5-6为传动轴；5-7为轴承；5-8为轴承支架；5-9为联轴器；5-10为减速器安装支架；

图6为全方位移动平台车结构示意图(俯视)。6-1为车体覆盖铝板与防静电胶垫；

图7为全方位移动平台车结构示意图(底面仰视)。

图8为全方位移动平台车巡线和避障功能示意图。其中，8-1为全向移动平台车；8-2为避障传感器探测盲区；8-3为避障传感器探测区域；8-4为导航磁条；8-5为定位地标磁条；3-3为激光雷达；3-4为磁导航传感器；3-1为超声波雷达；3-2为数字相机；3-6为磁地标传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具有自主巡线和避障功能的全方位移动平台车作进一步的说明。

图1为具有自主巡线和避障功能的全方位移动平台车结构示意图。图中，

本发明的具有自主巡线和避障功能的全方位移动平台车，包括上面覆盖有防滑铝板及防静电胶垫的主车架1-1、主车架1-1上方设置的无线接收器1-5、车载计算机1-6、伺服电机驱动器1-4、自主导引及避障传感器组件1-8、充电逆变器1-9、蓄电池组1-7、主车架1-1的车体侧板1-10上设置的急停开关1-2以及主车架底部四个角位置附近设置的麦克纳姆轮组件1-3，主车架1-1上的无 线接收器1-5、车载计算机1-6与逆变器1-9(例如充电逆变一体机)要保持一定距离，以防止信号干扰，逆变器1-9用于将铅酸蓄电池1-7的直流输出变换为交流输出以供给伺服电机；车载计算机1-6用于通过伺服电机驱动器1-4控制伺服电机的转速和转向，从而带动麦克纳姆轮组件1-3移动；自主导引及避障传感器组件1-8包括超声波传感器3-1、数字相机3-2、激光雷达3-3、磁导航传感器3-4、补充照明灯3-5、磁地标传感器3-6，平台车的主车架前后设置护板，在前后护板上开有供安装自主导引及避障传感器组件中各部分的安装孔，通过安装孔将自主导引及避障传感器组件1-8中的各部分分别设置在主车架1-1的前后护板1-13上，超声波传感器3-1用于探测车体行进正前方2米内是否存在障碍；数字相机3-2用于探测与提取行进路径上贴设的导航磁条的边缘并反馈给车载计算机1-6；激光雷达3-3用于探测车体行进正前方2米内是否存在障碍；磁导航传感器3-4用于探测行进路径上贴设的同一导航磁条的磁场；磁地标传感器3-6用于探测行进路径上起始点与转弯处贴设的定位磁条，全方位移动平台车的自动巡线通过磁导航传感器3-4、数字相机3-2反馈车身偏移量，同时数字相机实时采集并提取导航磁条的边线，车载计算机根据边线与标定中心线的偏移量，综合两种传感器的返回数值，对车身方位进行实时调整，使平台车能够完成起停、沿着预设导航磁条前进、转弯等动作。

在一具体实施方式中，主车架上方还设置有开关控制面板1-11和触摸屏1-12，开关控制面板1-11上布置有蓄电池电源开关、逆变器开关、充电开关、以及手动自动控制切换开关，并留有充电插座插孔，触摸屏1-12用于设置移动平台自动运行控制参数，触摸屏切换为手动模式替换为手持遥控器。

图2为主车架及仪器板上各部分的布置示意图。可直观看出，全向移动轮组套件安装位置，电源及控制设备的安装位置，以及导航及避障传感器的安装 位置，其中伺服电机驱动器1-4、无线接收器1-5、车载计算机1-6、蓄电池组1-7、逆变器1-9安装在设备安装板2-2上。

图3为本发明的以实施方式中主车架上传感器布置示意图。四个超声波传感器3-1设置在车体四角附近，用于探测车体行进正前方2米内是否存在障碍；两台数字相机设置在车体中心线前后，用于探测选定行进路径上贴设的导航磁条8-4；两台激光雷达3-3设置在车体前后中心线位置，用于探测车体行进正前方2米内是否存在障碍；磁导航传感器3-4设置于车体前后中心线位置，用于探测选定行进路径上贴设的导航磁条；补充照明灯3-5，供数字相机3-2工作时的补充照明；磁地标传感器3-6用于探测选定行进路径上贴设的定位地标磁条8-5。

图4、图5示出了主车架上麦克纳姆轮组件安装布置示意图及麦克纳姆轮组件组成示意图。5-1为伺服电机；5-2为减速器；5-3为麦克纳姆轮组件安装支架；5-4为麦克纳姆轮；5-5为联轴器，用于连接传动轴与车轮；5-6为传动轴；5-7为轴承；5-8为轴承支架；5-9为联轴器，用于连接传动轴与减速器输出轴；5-10为减速器安装支架；其中，伺服电机5-1输出轴与减速器5-2输入轴连接，减速器5-2通过减速器安装支架5-10固定到麦克纳姆轮组件安装支架5-3上，减速器5-2输出轴与联轴器5-9连接，联轴器5-9与传送轴5-6的一端连接，传动轴5-6通过两个轴承5-7与轴承支架5-8固定到麦克纳姆轮组件安装支架5-3上，麦克纳姆轮组件安装支架5-3通过螺接固定到平台车主车架1-1上，传动轴5-6的另一端与联轴器5-5连接，联轴器5-5与麦克纳姆轮5-4连接，实现伺服电机5-1带动麦克纳姆轮5-4转动，实现主车架1-1的全方位移动行进功能。

图6、图7为全方位移动平台车结构示意图(俯视底面仰视)。6-1为车体 覆盖铝板与防静电胶垫，车体上表面从主车架向上依次覆盖有防滑铝板、防静电胶垫；图7示出了仰视平台车底部示意图，示出了传感器、麦克纳姆轮组件等部件的底部总体装配示意图。

图8为全方位移动平台车巡线和避障功能示意图。库房与工位之间预先沿规划路径铺设导航磁条8-4，全方位移动平台车的自动巡线通过磁导航传感器、数字相机联合工作实现，磁导航传感器通过感应传感器相对于磁条的位置，向车载计算机反馈车身偏移量，同时数字相机实时采集导航磁条边线，计算边线与理论标定中心线的偏移量，综合两种传感器的返回数值，对车身方位进行实时调整，使平台车能够沿着预设磁条前进。转弯处预先铺设转向定位地标磁条8-5，通过两个磁地标传感器探测到的反馈信号，确定转弯动作的位置。全方位移动平台车的自动避障通过激光雷达与超声波探头联合工作实现，以激光雷达探测为主，部分盲区通过超声波探头弥补，形成车体正前方8-3区域为避障可探测区域，8-2为避障传感器探测盲区。

其中，蓄电池为铅酸蓄电池。

本发明中的自主巡线和避障功能的全方位移动平台车的使用方法，主要包括以下步骤：

手动操作工况下：

1)整车开机，控制系统上电；

2)在车身控制面板上，将控制模式切换至手动控制模式；

3)遥控器开机；

4)调节速度按钮至合适档位；

5)推动方位调节摇杆，即实现车身的全方位移动控制；

自动运行工况下：

1)整车开机，控制系统上电；

2)在车身控制面板上，将控制模式切换至自动控制模式；

3)触摸屏自动上电，双击“自动控制”桌面图标，打开程序操作界面，此时“添加”按钮与“取消”按钮可使用，专用于任务配置。此时“配送”按钮、“继续”按钮与“暂停”按钮均暂时为灰色，为不可点击状态；

4)等待程序初始化，然后“配送”按钮可以进行点击操作；

5)选择一条路径，依次点击当前位置和目标位置，程序将自动生成一条路径，同时自动生成相应的任务文件；

6)单击“添加”按钮可添加一个任务，单击“取消”按钮则可取消所有任务；

7)单击“配送”按钮，则可启动配送功能；

8)单击“继续”按钮，可自动完成下一个任务；

9)单击“暂停“按钮，可暂停任务；

10)单击“启动“按钮，可继续执行任务。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。