一种无人导航智能电动平车的在线图形化实时导航与控制系统的制作方法

本发明涉及无人搬运智能导航小车（即AGV小车）技术领域，具体地说是涉及一种无人导航智能电动平车的在线图形化实时导航与控制系统。

背景技术：

传统的无人搬运智能导航小车（AGV小车）都是轻载式，通过提前编好行驶路线与行驶轨迹，使之能够按照既定的路线行驶，从而实现无人导航自动行驶。现有的AGV小车基本都是按照既定的路线行驶，较难以改变或在线控制AGV小车的运行路径，给AGV小车的在线导航与调度控制带来了不便，也不利于生产车间现场的所有AGV小车的整体调度控制。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种无人导航智能电动平车的在线图形化实时导航与控制系统，该系统整体结构设计巧妙，操作方便，可实现AGV小车的在线图形化实时导航与控制功能，为在线调度生产车间内所有AGV小车提供了基础，可极大提高所有AGV小车的在线调度管理的灵活性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为，一种无人导航智能电动平车的在线图形化实时导航与控制系统，包括若干台AGV小车、一个远程控制中心和若干条导航磁条，所有导航磁条铺设在生产车间的地面上形成AGV小车的导航轨迹，所有AGV小车在导航轨迹上行驶，所有AGV小车通过无线网络与远程控制中心通信连接；所述导航磁条上等距离铺设有若干个RFID电子标签，所述RFID电子标签上存储有表征AGV小车所处当前位置的地址坐标编码，所述AGV小车包括钢制载重车体、安装在载重车体底部的四组驱动轮组、磁导航传感器和RFID读写器、盖设在载重车体顶部的加厚钢制盖板、设置在盖板底部的承重横梁和加强筋以及设置在载重车体上的供电电源和PLC控制箱，所述供电电源分别为PLC控制箱、四组驱动轮组、磁导航传感器和RFID读写器提供电源，所述四组驱动轮组、磁导航传感器和RFID读写器均与PLC控制箱电连接，所述PLC控制箱内设有PLC控制模块、无线通信模块，所述PLC控制模块与无线通信模块相连。

作为本发明的一种改进， 所述四组驱动轮组包括聚胺脂车轮、动力驱动机构和伺服转向机构，所述动力驱动机构包括车轮转轴、联轴器和驱动三合一电机减速机，所述聚胺脂车轮套接在车轮转轴上，所述驱动三合一电机减速机通过联轴器与车轮转轴相连；所述伺服转向机构包括转向座、转向齿轮组、转向减速机和伺服电机，所述转向座连接在车轮转轴上，所述转向齿轮组套接在转向减速机的输出轴上，转向座作为转向齿轮组的支撑底座而与其相接触，所述伺服电机的输出轴与转向减速机法兰连接；所述驱动三合一电机减速机和伺服电机均通过导线与PLC控制箱电连接，所述PLC控制箱内还设有行驶控制模块和转向控制模块，所述行驶控制模块和转向控制模块均与PLC控制模块相连。

作为本发明的一种改进，所述磁导航传感器包括多个微型磁场检测传感器、与微型磁场检测传感器相对应的霍尔开关传感器、与霍尔开关传感器相对应的LED指示灯和控制芯片，所述微型磁场检测传感器、霍尔开关传感器和LED指示灯均与控制芯片电连接。

作为本发明的一种改进， 所述磁导航传感器的数量为2个，分别设置在载重车体的前端面底部中间位置和后端面底部中间位置，所述RFID读写器的数量为2个，其中一个设置在前端面磁导航传感器的后部，另一个设置在后端面磁导航传感器的前部。

作为本发明的一种改进，所有磁导航传感器与导航磁条之间的铅锤距离保持在30-50mm，所有RFID读写器与RFID电子标签之间的铅锤距离保持在30-50mm。

作为本发明的一种改进，所有磁导航传感器上设有至少3个LED指示灯，LED指示灯用于指示AGV小车在自动行驶过程中其行驶路线是否发生偏移，每个LED指示灯均对应一个位置开关信号，磁导航传感器将位置开关信号传输给PLC控制模块进行处理，并发出指令给行驶控制模块和转向控制模块使聚氨酯车轮差速转向，从而对AGV小车实现纠偏。

作为本发明的一种改进， 所有磁导航传感器上设有12个LED指示灯，分别标号1-12号LED指示灯，并且1-12号LED指示灯从左至右按顺序依次排列在磁导航传感器上，其中，1-4号LED指示灯用于指示AGV小车的行驶方向偏左，5-7号LED指示灯用于指示AGV小车的行驶方向正中，8-12号LED指示灯用于指示AGV小车的行驶方向偏右。

作为本发明的一种改进，所述远程控制中心上设有指示所有AGV小车行驶路径的实时路线图，所述实时路线图上标注有与RFID电子标签一一对应的路标点，所述路标点能够根据AGV小车的行驶路径实时显示红色或绿色。

作为本发明的一种改进，所述AGV小车还包括设置在载重车体上的称重传感器，所述称重传感器与PLC控制模块电连接。

作为本发明的一种改进，所有AGV小车的载重车体上均设有随车的启动/停止按钮，所述启动/停止按钮通过导线连接PLC控制模块，所述远程控制中心上设有虚拟的启动/停止按钮，并且随车的启动/停止按钮和虚拟的启动/停止按钮采用联动控制，其中的任一个启动/停止按钮均可控制AGV小车的启动与停止，从而可远程控制AGV小车的启动与停止。

相对于现有技术，本发明所提出的AGV小车控制系统整体结构设计巧妙，维护方便且维护成本较低，可有效实现对生产车间的所有AGV小车进行远程在线图形化实时导航与控制，可大大提高AGV小车的在线调度与管理的便利性，智能化程度高，从而极大地提高了生产效率与效益；2）该系统通过利用感知射频技术通过RFID电子标签和RFID读写器的结合使用，实现远程控制中心可远程实时获取所有AGV小车的当前地理位置，并通过实时路线图以图形化界面对AGV小车的行驶路径进行实时动态显示，相较于传统的AGV小车仅能够运输货物，本系统实现了AGV小车的在线图形化实时导航与控制，大大提高了AGV小车的管控效率及调度的智能化程度；3）AGV小车采用PLC控制箱作为下位机，可稳定高效控制AGV小车实现无人导航自动行驶的功能，同时以弱电控制强电的模式来实现对四轮动力控制+转向控制进行集合控制，更加安全、可靠；另外，通过采用钢制载重车体，将盖设在载重车体顶部的盖板进行加厚处理，并且在盖板的底部设置承重横梁和加强筋，同时还采用高强度聚氨酯车轮，使得AGV小车的载重量可达50吨，并且运行安全灵活可靠。

附图说明

图1为本发明系统的结构示意图。

图2为本发明系统中AGV小车的结构示意图。

图3为本发明系统中AGV小车驱动轮组的结构示意图。

图4为本发明系统的AGV小车与远程控制中心的工作原理图。

图5为本发明系统的AGV小车的工作流程图。

图6为本发明系统的远程控制中心的工作流程图。

图中：1-载重车体，2-驱动轮组，3-盖板，4-承重横梁，5-加强筋，6-供电电源，7-PLC控制箱，8-聚胺脂车轮，9-动力驱动机构，10-伺服转向机构，11-联轴器，12-驱动三合一电机减速机，13-车轮转轴，14-伺服电机，15-转向座，16-减速机，17-转向小齿轮，18-转向大齿轮，19-齿轮托盘。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图对本发明作进一步描述和介绍。

如图1-3所示，一种无人导航智能电动平车的在线图形化实时导航与控制系统，包括若干台AGV小车、一个远程控制中心和若干条导航磁条，其中AGV小车和导航磁条的数量根据实际生产需要进行设定，所有导航磁条铺设在生产车间的地面上形成AGV小车的导航轨迹，所有AGV小车在导航轨迹上行驶。所有AGV小车通过无线网络与远程控制中心通信连接，优选采用频率为177MHz的无线信号，该频率的无线信号具有传输距离远、抗干扰能力强等特点。所述导航磁条上等距离铺设有若干个RFID电子标签，所述RFID电子标签上存储有表征AGV小车所处当前位置的地址坐标编码。

所述AGV小车包括钢制载重车体1、安装在载重车体1底部的四组驱动轮组2、磁导航传感器和RFID读写器、盖设在载重车体1顶部的加厚钢制盖板3、设置在盖板3底部的承重横梁4和加强筋5以及设置在载重车体1上的供电电源6和PLC控制箱7。所述供电电源6分别为PLC控制箱7、四组驱动轮组2、磁导航传感器和RFID读写器提供电源，优选的，所述供电电源6采用蓄电池供电，蓄电池输出48V直流电压，经过开关电源转换后输出各模块所需要的24V直流电压。所述四组驱动轮组2、磁导航传感器和RFID读写器均与PLC控制箱7电连接，所述PLC控制箱7内设有PLC控制模块、无线通信模块，所述PLC控制模块与无线通信模块相连。所有RFID电子标签与RFID读写器射频通信连接，RFID读写器能够从每个RFID电子标签读取相应的地址坐标编码并传送给PLC控制模块，从而能够实时检测AGV小车的行驶路线，对每一台AGV小车的位置进行精准定位。PLC控制模块作为下位机，是AGV小车的控制核心，一方面实现AGV小车的无人导航自动行驶，另一方面实现AGV小车服从远程控制中心的实时调度控制。

其中，所述四组驱动轮组2包括聚胺脂车轮8、动力驱动机构9和伺服转向机构10，其中，所述动力驱动机构9包括车轮转轴13、联轴器11和驱动三合一电机减速机12，所述聚胺脂车轮8套接在车轮转轴13上，所述驱动三合一电机减速机12通过联轴器11与车轮转轴13相连。所述伺服转向机构10包括转向座15、转向齿轮组、转向减速机16和伺服电机14，所述转向座15连接在车轮转轴13上，所述转向齿轮组套接在转向减速机16的输出轴上，转向座15作为转向齿轮组的支撑底座而与其相接触，所述伺服电机14的输出轴与转向减速机16法兰连接。所述转向齿轮组与转向座15之间的接触部位上设有齿轮托盘19，所述齿轮托盘19上设有相互啮合的转向大齿轮18和转向小齿轮17，所述转向大齿轮18和转向小齿轮17组成转向齿轮组，所述转向大齿轮18的中轴线与转向座15的中轴线相重合，并且转向大齿轮18与转向座15传动连接，所述转向小齿轮17套设在转向减速机16的输出轴上。该AGV小车通过四组驱动轮组2结合导航磁条和磁导航传感器可实现全转向的功能，降低了车身自重，并在每组驱动轮组2上采用驱动三合一电机减速机12的动力驱动形式，大大提高了传动效率，各车轮的运动状态相互独立，从而实现四驱，抓地力更强，小车运行平稳可靠，具有较强的爬坡能力以及保证车辆承受住高的载重量。另外通过对AGV小车的车体结构进行改进，采用钢制载重车体1，将盖设在载重车体1顶部的盖板3进行加厚，并且在盖板3的底部设置承重横梁4和加强筋5，同时还采用高强度聚氨酯车轮，使得AGV小车的载重量可达50吨，以实现AGV小车的重载功能，从而使得AGV小车的载重车体1结构具有大型重载的特点。

所述驱动三合一电机减速机12和伺服电机14均通过导线与PLC控制箱7电连接，所述PLC控制箱7内还设有行驶控制模块和转向控制模块，所述行驶控制模块和转向控制模块均与PLC控制模块相连，将AGV小车的行驶速度和转向信号发送给PLC控制模块进行集中控制。其中，所述驱动三合一电机减速机12和行驶控制模块电连接，行驶控制模块为驱动三合一电机减速机12提供驱动信号，并且为了使得驱动三合一电机减速机12能够运行平稳可靠，可在行驶控制模块上设置变频器，从而对驱动三合一电机减速机12实现变频控制。所述伺服电机14和转向控制模块电连接，转向控制模块为伺服电机14提供驱动信号，控制AGV小车的转向。

优选的，所述磁导航传感器包括多个微型磁场检测传感器、与微型磁场检测传感器相对应的霍尔开关传感器、与霍尔开关传感器相对应的LED指示灯和控制芯片，所述微型磁场检测传感器、霍尔开关传感器和LED指示灯均与控制芯片电连接。控制芯片对微型磁场检测传感器所检测到的磁场信号进行处理，同时根据磁场信号来控制LED指示灯的亮灭。每个微型磁场检测传感器为检测导航磁条上磁场信号的一个采样点，每一个采样点都有一路信号对应输出至霍尔开关传感器，霍尔开关传感器发送高低电平信号至控制芯片的I/O口，控制芯片根据高低电平信号来对LED指示灯的亮灭进行控制，同时将该高低电平信号传输给PLC控制模块。

具体的，所述磁导航传感器的数量为2个，分别设置在载重车体1的前端面底部中间位置和后端面底部中间位置，所述RFID读写器的数量为2个，其中一个设置在前端面磁导航传感器的后部，另一个设置在后端面磁导航传感器的前部。对AGV小车中的磁导航传感器和RFID读写器进行成对设置，并分别放置在AGV小车的前后端部，这样可有效确保磁导航行进的精确程度，同时也能够对AGV小车的当前位置进行精确定位，有效提高对AGV小车的行驶路径实时检测精准性。另外，为了确保磁导航传感器和RFID读写器的检测精准性，将所有磁导航传感器与导航磁条之间的铅锤距离保持在30-50mm，并且所有RFID读写器与RFID电子标签之间的铅锤距离保持在30-50mm。

所述磁导航传感器上设有至少3个LED指示灯，LED指示灯用于指示AGV小车在自动行驶过程中其行驶路线是否发生偏移，每个LED指示灯均对应一个位置开关信号（即霍尔开关传感器的高低电平信号），磁导航传感器将位置开关信号传输给PLC控制模块进行处理，并发出指令给行驶控制模块和转向控制模块使聚氨酯车轮差速转向，从而对AGV小车实现纠偏。当AGV小车运行时，磁导航传感器内部垂直于导航磁条上方的连续多个采样点输出信号，并依靠LED指示灯的亮灭来直观判断AGV小车相对于导航磁条的偏离位置。当AGV小车的行驶路径与导航磁条的导引轨迹一致时，由于磁导航传感器正好处于导航磁条的上方，传感器正中间的微型磁场检测传感器测得的磁场信号最大，控制芯片的I/O口采集到对应几路霍尔开关传感器的高低电平信号，并经处理发现当前AGV小车处于行驶路径中间，并点亮处于中间位置的几个LED指示灯进行位置指示作用，同时发送位置开关信号给PLC控制模块对该信号进行处理，AGV小车保持原行驶轨迹继续前行。而当AGV小车偏离导航磁条的轨迹时，由于磁导航传感器检测到最大磁感应强度信号不再处于磁导航传感器的中间，控制芯片I/O口采集到对应几路霍尔开关传感器的高低电平信号，并经处理发现当前AGV小车的位置与轨迹位置有所偏差而点亮相应位置的LED指示灯，同时传送位置开关信号给PLC控制模块对该信号进行处理，PLC控制模块发送相应控制指令给行驶控制模块和转向控制模块分别控制动力电机和伺服电机14进行差速纠偏控制，从而确保AGV小车沿导航磁条的轨迹前进。

更进一步的，在磁导航传感器上设置12个LED指示灯，分别标号1-12号LED指示灯，并且1-12号LED指示灯从左至右按顺序依次排列在磁导航传感器上。当磁导航传感器在导航磁条的正上方中间位置时，位于中间的5-7号LED指示灯被点亮，表示当前AGV小车未发生偏移。而在AGV小车自动行驶过程中，若AGV小车发生了偏移，则可通过1-4号LED指示灯是否点亮或8-12号LED指示灯是否点亮来判断AGV小车是偏左还是偏右。在当AGV小车发生偏移时，由PLC控制模块发出相应的控制指令给行驶控制模块和转向控制模块对AGV小车进行纠偏，并在当5-7号LED指示灯重新点亮时，表明车体已完成自动纠偏，此时停止负责转向的伺服电机14转动，而保持AGV小车的行驶轨迹继续前行。

另外，所述AGV小车还包括设置在载重车体1上的称重传感器，所述称重传感器与PLC控制模块电连接。称重传感器能够实时检测AGV小车上的载荷重量，当车上的载荷重量达到上限值，即视为满载，并发出满载信号给PLC控制模块，而当卸载时，车上的载荷重量为零时，即视为卸载完毕，并发出空载信号给PLC控制模块。从而通过称重传感器来实现AGV小车的装载控制、卸载控制、满载启动及卸载停止的功能。

进一步的，所有AGV小车的载重车体1上均设有随车的启动/停止按钮，所述启动/停止按钮通过导线连接PLC控制模块，所述远程控制中心上设有虚拟的启动/停止按钮，并且随车的启动/停止按钮和虚拟的启动/停止按钮采用联动控制，其中的任一个启动/停止按钮均可控制AGV小车的启动与停止，从而可远程控制AGV小车的启动与停止。并且可通过控制AGV小车的启动与停止与否来判断AGV小车的忙/空闲状态，即AGV小车启动时，则PLC控制模块反馈给远程控制中心一个忙的信号，表示AGV小车处于忙状态；而若AGV小车不被启动，则一定处于停止状态，则此时PLC控制模块就反馈给远程控制中心一个闲的信号，表示AGV小车处于空闲状态。

此外，所述远程控制中心采用联网的计算机，在该计算机上设有远程控制中心交互软件系统，远程控制中心的主要功能包括实时监测所有AGV小车的动态（包括忙/空闲状态、行驶路线、车速、载重、地址坐标位置信息等）。在所述远程控制中心交互软件系统中设有指示所有AGV小车行驶路径的实时路线图，实时路线图是根据每一台AGV小车所走的路线进行提前规划好的，然后通过绘图的方式设置在远程控制中心交互软件中。并且在所述实时路线图上标注有与RFID电子标签一一对应的路标点，所述路标点能够根据AGV小车的行驶路径实时显示红色或绿色。当AGV小车沿着导航磁条行驶时，由RFID读写器读取RFID电子标签内部的地址坐标编码，并由PLC控制模块发送给远程控制中心交互软件系统，然后远程控制中心交互软件系统将地址坐标编码编译出来，并将实时路线图上的相应路标点由原来的绿色修改显示成红色，从而利用一连串的红色的路标点表示AGV小车走过的路线，从而以图形化界面显示生产车间的所有AGV小车的当前实时位置信息。

如图4和5所示，通过随车的启动/停止按钮和虚拟的启动/停止按钮中的任一启动/停止按钮当中的任一按钮来启动某一台AGV小车，AGV小车的PLC控制模块先进行自检初始化后等待远程控制中心的控制指令。在通过无线通信模块接收到控制指令后，PLC控制模块对控制指令进行编译并生成需要驶向的目标生产工位调度终端以及满载后需要到达的最终卸载目的地，然后发送控制信号给行驶控制模块控制驱动三合一电机减速机进行正常行驶。同时PLC控制模块获取车速、载重及地址坐标位置信息，并启动无线通信模块中的无线通信子程序通过无线串口发送车速、载重及位置等信息给远程控制中心。另外，还分别通过磁导航传感器和RFID读写器实时监测AGV小车的行驶轨迹偏移情况和当前地址坐标位置信息，磁导航传感器实时位置开关信号给PLC控制模块，PLC控制模块通过位置开关信号来判断AGV小车是否偏离导航磁条行驶，在当PLC控制模块检测到AGV小车偏离导航磁条时，通过发送控制信号给行驶控制模块和转向控制模块分别控制动力电机和伺服电机进行差速纠偏控制，从而通过伺服电机来使聚氨酯车轮进行转向，同时实时检测AGV小车行驶方向是否已纠偏，若未纠偏则一直进行转向控制直至行驶方向纠偏完成为止，在AGV小车的行驶方向已纠偏后PLC控制模块停止对转向控制模块的控制，从而沿着导航磁条的轨迹继续正常行驶。在AGV小车行驶至目标生产工位调度终端后停车并等待配载，在装载的过程中通过载重车体上的称重传感器进行实时称量载荷重量，并在车上的载荷重量已达到上限值时，即视为满载，并发出满载信号给PLC控制模块，从而驱动AGV小车朝向最终卸载目的地行驶，在行驶过程中，一方面对AGV小车的行驶方向进行纠偏并实时检测AGV小车的当前位置信息，另一方面通过无线通信模块将车速、载重及地址坐标位置信息发送给远程控制中心。在当AGV小车到达最终卸载目的地时停车并等待卸载，并在卸载过程中，当车上的载荷重量为零时，即视为卸载完毕，并发出空载信号给PLC控制模块，PLC控制模块控制AGV小车原地等待远程控制中心的控制指令。

如图1和6所示，远程控制中心启动后，远程控制中心交互软件系统完成自检初始化，然后一方面等待AGV小车传输过来的车辆信息（包括车速、载重及位置等），另一方面也等待生产工位调度终端传输过来的调度指令。当有AGV小车的车辆信息传输过来时，该系统对接收到的车辆信息进行解析并提取车速、载重及位置三个重要信息，同时驱动图形化引擎以图形化界面显示AGV小车的相关信息，最重要的是启动实时路线图以采用图形化的界面来显示AGV小车的实时行驶路线。此外，该系统还会对AGV小车的车辆信息进行实时刷新，以将AGV小车的实时位置动态显示在实时路线图上，从而能使用户直观地观察每个AGV小车的行驶状态。而当有生产工位调度终端传输过来调度指令时，该系统接收并解析该调度指令从而根据调度指令中所包含的信息来查询生产车间内所有当前处于空闲状态的AGV小车，并生成调度控制指令通过无线通信子程序发送给距离该生产工位调度终端最近的、且处于最外部的、处于空闲状态的AGV小车。该系统在与AGV小车进行无线通信数据传输时，先要对通信程序进行初始化，然后编译调度控制指令生成通信信号，在系统与AGV小车的无线通信协议已完成握手后，系统通过无线串口将包含有调度控制指令的通信信号发送给AGV小车，在当AGV小车的PLC控制模块成功接收到通信信号后，系统结束对AGV小车的调度控制。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。