工业AGV激光扫描避障系统的制作方法

本发明属于工业自动化技术领域，具体涉及一种工业agv激光扫描避障系统。

背景技术：

随着工业自动化程度的提升，自动化立体仓库、自动搬运装卸产线的广泛应用,agv(automaticguidedvehicle)即自动导引车作为联系和调节离散型物流系统以使其作业连续化的必要的自动化搬运装卸手段,其应用范围和技术水平得到了迅猛的发展。

为了保障agv运输途中行驶安全,防止意外事故造成对人员安全、工业设备的伤害，其避障功能是必不可少的核心功能之一。由于agv运输小车实际工作场所的不确定性、工作环境的复杂性，对避障装置的可靠性、柔性都有很大要求。在多数应用环境中要求避障装置能够有可调节的安全范围以及对障碍物识别的准确性，避免因为误判而致使agv小车不必要的停止重启，导致系统效率的降低、甚至人员和设备的损害。

现有agv小车的避障传感器有分布式超声波传感器、分布式红外传感器、激光雷达等。分布式超声传感器即在agv周围放置多个超声波传感器来检测agv的障碍状态，然而超声波传感器因易受工业环境的影响，可靠性较低，其本身的算法特性以及环境导致的回波和杂波的滤波算法会影响其实时响应的实效性，并且范围有限，各个传感器间的声波影响也是不可避免的；分布式红外传感器安装方式与分布式超声波传感器类似，但红外传感器感应距离与受光强度影响较大，并且其本身感应距离较小一般不可在线调整，配置柔性较差；激光雷达采用机械旋转的高速激光测量来监测agv周围的障碍状态，具有测量距离远、测量范围大、可靠性高、受环境影响小等优点，但价格昂贵，对于中低速agv来说成本太高。

技术实现要素：

本发明的发明目的是：为了解决现有技术存在的可靠性差、柔性差以及成本高等问题，本发明提出了一种工业agv激光扫描避障系统。

本发明的技术方案是：一种工业agv激光扫描避障系统，包括

至少一避障装置，用于在设定角度范围内进行周期扫描测距；所述避障装置包括舵机、云台和激光扫描器；所述激光扫描器用于采用激光传感器测量障碍距离数据，其安装在所述云台上；所述云台用于固定所述激光扫描器，其搭载在所述舵机的驱动轴上；所述舵机用于根据控制信号通过驱动轴驱动所述云台和激光扫描器在设定角度范围内进行周期性转动；

控制子系统，用于根据所述避障装置采集的数据生成控制信号对所述避障装置进行控制；所述控制子系统包括一agv主控制器和一agv从控制器，所述agv主控制器用于避障决策控制、对避障报警进行实时响应及对避障报警解除恢复处理；所述agv从控制器用于根据所述agv主控制器的避障决策控制指令控制所述避障装置的舵机在设定角度范围内进行周期性转动，同时接收所述避障装置的激光扫描器采集的距离数据并上传至agv主控制器。

进一步地，所述agv主控制器用于避障决策控制包括避障通道选择和避障参数更新；所述避障参数包括舵机扫描范围和安全距离阀值，所述舵机扫描范围包括舵机转动绝对角度的最大角度值和最小角度值。

进一步地，所述控制子系统与所述避障装置采用can总线、ethercat、串型通讯连接。

进一步地，所述控制子系统的agv从控制器通过至少一组激光扫描器通讯接口和pwm信号接口分别与每个所述避障装置的激光扫描器和舵机连接。

进一步地，所述控制子系统用于根据所述避障装置采集的数据生成控制信号对所述避障装置进行控制具体包括以下分步骤：

s1、利用agv主控制器选择使能一路避障通道，并将避障参数传输至agv从控制器；

s2、利用agv从控制器接收步骤s1中agv主控制器传输的避障参数，并进行拷贝更新；

s3、利用agv从控制器判断是否切换避障通道；若是，则切换避障通道，更新避障检测初始状态，进行下一步骤；若否，则进行下一步骤；

s4、利用agv从控制器对避障通道进行避障检测，同时更新报警状态并传输至agv主控制器。

进一步地，所述利用agv从控制器对避障通道进行避障检测具体为控制所述避障装置的舵机在设定角度范围内进行周期性转动，同时接收所述避障装置的激光扫描器采集的距离数据，根据距离数据进行避障报警。

进一步地，所述根据距离数据进行避障报警具体为

设定报警状态的初始状态为状态1，判断距离数据是否小于设定的安全阈值；若是，则更新报警状态为警报发生并传输至agv主控制器，同时记录当前阻挡周期并跳转至状态2；若否，则保持当前状态；

当处于状态2时，判断状态1中记录的阻挡周期是否结束；若是，则跳转至状态3；若否，则保持当前状态；

当处于状态3时，判断在阻挡周期内距离数据是否小于设定的安全阈值；若是，则跳转至状态2；若否，在下一次进入状态机时跳转至状态1。

本发明的有益效果是：本发明采用一agv主控制器和一agv从控制器组成控制子系统，对由舵机、云台和激光扫描器构成的至少一组避障装置实现避障控制，具有成本低、可靠性高、可动态调节避障范围的有点，适用于中低速agv小车在复杂的工业环境运行。

附图说明

图1是本发明的工业agv激光扫描避障系统的结构示意图。

图2是本发明的避障装置的结构示意图。

图3是本发明中agv从控制器与避障装置的连接方式示意图。

图4是本发明实施例中避障报警状态示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明的工业agv激光扫描避障系统的结构示意图。一种工业agv激光扫描避障系统，包括

至少一避障装置，用于在设定角度范围内进行周期扫描测距；所述避障装置包括舵机、云台和激光扫描器；所述激光扫描器用于采用激光传感器测量障碍距离数据，其安装在所述云台上；所述云台用于固定所述激光扫描器，其搭载在所述舵机的驱动轴上；所述舵机用于根据控制信号通过驱动轴驱动所述云台和激光扫描器在设定角度范围内进行周期性转动；

控制子系统，用于根据所述避障装置采集的数据生成控制信号对所述避障装置进行控制；所述控制子系统包括一agv主控制器和一agv从控制器，所述agv主控制器用于避障决策控制、对避障报警进行实时响应及对避障报警解除恢复处理；所述agv从控制器用于根据所述agv主控制器的避障决策控制指令控制所述避障装置的舵机在设定角度范围内进行周期性转动，同时接收所述避障装置的激光扫描器采集的距离数据并上传至agv主控制器。

如图2所示，为本发明的避障装置的结构示意图。本发明的避障装置包括舵机、云台和激光扫描器，在实际适用过程中装置安装保护外壳也是必不可少的。激光扫描器安装在所述云台上，云台搭载在所述舵机的驱动轴上，舵机根据控制信号通过驱动轴驱动所述云台和激光扫描器在设定角度范围内进行周期性转动，从而实现实现激光传感器在平台上按照控制要求角度范围内进行周期扫描测距。

舵机转动角度以及最大速度由具体舵机结构决定，一般舵机转动角速度为0.2秒每60°，满足在中低速的agv小车的避障反应要求；最大可实现360°范围内转动，可根据具体的避障范围的要求选择合适的舵机；并且搭载激光测距传感器的舵机，对其扭矩要求很低，成本不高。激光传感器记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离。其测量量程大，一般激光传感器可达厘米级到几百米范围内，其测量范围完全满足避障距离要求；并且激光传感器对反射物体的表面要求不高，能够很好的适应工业环境；由其测量原理可知，激光传感器的测量速度极快，在舵机平台旋转过程中测量距离丝毫不会受影响。

本发明的控制子系统采用主从分布式系统，包括一agv主控制器和一agv从控制器。控制器间的通讯可以根据agv小车整体系统的通讯复杂度采用can总线、ethercat、串型通讯(uart、spi、i2c等)。

agv主控制器agv主控制器负责整车的决策控制，与避障相关的控制主要包括，行驶过程中对避障决策的实时更新，对避障报警进行及时的响应以及对避障报警解除的系统恢复处理。避障决策控制包括避障通道选择和避障参数更新；所述避障参数包括舵机扫描范围和安全距离阀值，所述舵机扫描范围包括舵机转动绝对角度的最大角度值和最小角度值。

agv从控制器用于根据避障要求范围，将角度信息转换成对应的pwm信号，控制舵机在一定角度范围内周期性转动。agv从控制器在舵机来回扫描的同时读取激光传感器传回来的距离信息，并与安全阀值比较，并将结果实时上传给主控。在具体行驶要求中，可能不仅仅需要一套避障装置，例如在agv小车的向前向后行驶过程中，分别需要两套避障装置，避障装置是分别在不同时间段使用。agv从控制器通过至少一组激光扫描器通讯接口和pwm信号接口分别与每个所述避障装置的激光扫描器和舵机连接，通过开关开断的方式对一套mcu外设硬件采用分时复用的方式进行控制和信息读取。如图3所示，为本发明中agv从控制器与避障装置的连接方式示意图。

本发明的控制子系统根据所述避障装置采集的数据生成控制信号对所述避障装置进行控制具体包括以下分步骤：

s1、利用agv主控制器选择使能一路避障通道或者关闭所有，并将避障参数传输至agv从控制器；

s2、利用agv从控制器接收步骤s1中agv主控制器传输的避障参数，并进行拷贝更新；

s3、利用agv从控制器判断是否切换避障通道；若是，则切换避障通道，更新避障检测初始状态，可能在切换通道前避障控制器以及检测到障碍物，发生了报警通知，但是切换通道后不需要对先前通道进行避障检测及处理，所以此时会对先前的避障报警进行解除；进行下一步骤；若否，则进行下一步骤；从而能够根据场地和应用要求对参数进行实时的更新，增加了避障的柔性度；

s4、利用agv从控制器对避障通道进行避障检测，同时更新报警状态并传输至agv主控制器。

在步骤s4中，利用agv从控制器对避障通道进行避障检测具体为控制所述避障装置的舵机在设定角度范围内进行周期性转动，同时接收所述避障装置的激光扫描器采集的距离数据，根据距离数据进行避障报警；本发明中的扫描周期定义为舵机从一个极限角度转到另一个极限角度称为一个周期，例如控制参数中舵机的扫描范围为10°到90°，舵机从10°转到到90°就为一个周期，从90°转到10°也称为为一个周期。如果当前扫描周期发生障碍报警，报警解除需在下一个扫描周期内都没有发现障碍则解除。

如图4所示，为本发明实施例中避障报警状态示意图。根据距离数据进行避障报警，具体为

设定报警状态的初始状态为状态1，判断距离数据是否小于设定的安全阈值；若是，则更新报警状态为警报发生并传输至agv主控制器，同时记录当前阻挡周期并跳转至状态2；若否，则保持当前状态；

当处于状态2时，判断状态1中记录的阻挡周期是否结束；若是，则跳转至状态3；若否，则保持当前状态；

当处于状态3时，判断在阻挡周期内距离数据是否小于设定的安全阈值；若是，则跳转至状态2；若否，在下一次进入状态机时跳转至状态1。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。