采用声音定位导航的自动导引运输装置的制作方法

本实用新型涉及一种自动导引运输装置。更具体地说，本发明涉及一种用采用声音定位导航的自动导引运输装置。

背景技术：

现有的自动导引运输装置用在运输物品情形中，主要采用的定位导航方法主要有GPS定位导航法、视觉定位导航法、激光反射定位导航法、感应线圈电磁导航法和超声波导航法等。

具体来说，通常包括以下结构：车体、驱动系统以及定位导航系统。车体和驱动系统根据不同的运输物品场景和物品性质会有不同的应用，定位导航系统则是安装在车体上，对运输的路线进行规划和控制。

但是在这种结构中，由于位导航方法的限制，上述常规的位导航方法都具有一定的局限性，不能做到全面的控制，例如：GPS定位导航法受限于民用GPS的定位精度(误差大于10米)难以实现较为精确的导航；视觉定位导航法因其图像处理数据量大、实时性差、视场受障碍物影响较大等因素难以在室内等光线较暗场合应用；激光定位导航法在烟雾、粉尘严重的环境中效果较差；而感应线圈导航法则具有线圈布设困难、路径修改不方便等缺陷。

目前尚未有适用于所有环境的自动导引运输装置。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题和缺陷，主要采用声音定位导航系统，提供适用于大部分环境下的自动导引运输装置，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种带有摄像头、超声波设备的自动导引运输装置，其能够辅助声音定位导航系统，进行实时的避障。

本发明还有一个目的是通过固定在车体上的两个不同的扬声器，以便获取自动导引运输装置的方向。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种采用声音定位导航的自动导引运输装置，包括：

运输车，其设有车体、导航控制系统和一对扬声器，所述导航控制系统由螺丝固定安装在所述运输车车体最高平面中央的位置，所述扬声器设置在由两根0.5米长的垂直细杆立起的平行于运输车车体最高平面且平行于车体前进方向的水平细杆的两端，所述扬声器与所述导航控制系统通过带PVC管外壳的电线连接；

定位控制器，其设有拾音器和定位控制模块，所述拾音器为四个设置成十字型的麦克风阵列使得四个拾音器等距离地固定于十字阵的四个角上，所述定位控制器布设在所述运输车运输范围的几何中心；以及

上位机，其为具有收发信息功能并具有显示屏幕的电子设备；

其中导航控制系统设有不锈钢可拆卸外壳、摄像头、超声波设备和导航控制模块，所述摄像头固定在所述导航控制器外壳中央的顶部，通过可以360度旋转的转轴连接，所述超声波设备设置在所述外壳外靠近边缘的一侧，所述导航控制模块设置在所述外壳内。

优选的是，其中，所述定位控制模块和所述导航控制模块都安装有NI myRIO嵌入式模块和LabVIEW虚拟仪器软件。

优选的是，其中，所述的定位控制模块，导航控制模块和上位机之间的采用WIFI网络实现远程连接。

优选的是，其中，所述WIFI为所述采用声音定位导航的自动导引运输装置以外的无线网络或所述定位控制模块或导航控制模块的其中一个NI myRIO嵌入式模块发出无线网络中的一种。

优选的是，其中，所述扬声器包括扬声器A和扬声器B，所述扬声器发射固定频率的声波，其中所述扬声器A和扬声器B位置固定不变的，两者之间的距离根据车体大小和结构可以进行设计，所述距离为0.6～1米。

优选的是，其中，所述垂直细杆与所述水平细杆均为实心不锈钢方管，所述垂直细杆焊接在所述车体最高平面的前后两端，所述水平细杆焊接在所述垂直细杆上，所述垂直细杆与所述水平细杆设有固定带，可以固定所述PVC管外壳的电线。

优选的是，其中，所述上位机为PC和iPad中的一种。

优选的是，其中，所述车体还包括驱动系统，所述驱动系统包括电机和驱动轮组，所述驱动轮组为双履带或两对实心橡胶轮胎，其中当所述驱动轮组为两对实心橡胶轮胎时，所述电机选择轮毂式电机，所述实心橡胶轮胎包括一对固定式驱动轮和一对旋转式随动轮，所述固定式驱动轮与所述轮毂式电机相连，安装在所述车体前进方向的后侧，所述旋转式随动轮安装在所述车体前进方向的前侧，不连接电机。

本发明至少包括以下有益效果：

由于两个扬声器0.5米长细杆立起，因此发声效果好，受周边环境和装载货物的影响小，可以保证定位的准确，可以在多种环境中使用；

由于导航控制系统由螺丝固定安装在所述运输车车体最高平面中央的位置，因此摄像头以及超声波设备的探测范围比价开阔，因此避障效果佳；

由于定位控制器布设在所述运输车运输范围的几何中心，因此可以在整个运输区域中对运输车上的声音信号进行良好的接收，保证定位的准确，在多种环境中使用的可能性；

由于上位机为具有收发信息功能并具有显示屏幕的电子设备，因此可以将导航控制器以及定位控制器发回的信号进行整合，通过画面的形式直观的体现，便于监控和控制运输装置。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型的一个实施例的系统结构图；

图2为本实用新型的一个实施例中运输车的结构示意图；

图3为本实用新型的一个实施例中导航控制系统的结构示意图；

图4为本实用新型的一个实施例中运输车姿态辨别示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明/实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1示出了根据本实用新型的一种实现形式，其中包括：

运输车，其设有车体101、导航控制系统和一对扬声器104，所述导航控制系统由螺丝固定安装在所述运输车车体最高平面中央的位置，所述扬声器104设置在由两根0.5米长的垂直细杆106立起的平行于运输车车体最高平面且平行于车体前进方向的水平细杆104的两端，所述扬声器104与所述导航控制系统通过带PVC管外壳的电线连接。该运输车的作用是提供一个可以发射声音信号并可以控制导航的运输装置，车体101的作用是提供运输的空间和其他构件的容置空间，扬声器104的作用是发射声音信号，垂直细杆106与水平细杆104的作用是作为扬声器的支架。

定位控制器，其设有拾音器108和定位控制模块109，所述拾音器为四个设置成十字型的麦克风阵列使得四个拾音器等距离地固定于十字阵的四个角上，所述定位控制器布设在所述运输车运输范围的几何中心。定位控制器的作用是提供一个可以接受运输车声音信号，并对信号进行处理和定位控制的构件，拾音器108的作用是接受声音信号，定位控制模块109的作用为处理声音信号。

上位机110，其为具有收发信息功能并具有显示屏幕111的电子设备，该构件的作用是对数据进行可视化的处理，提供一个人机互动的装置。

其中导航控制系统设有不锈钢可拆卸外壳103、摄像头102、超声波设备107和导航控制模块，所述摄像头102固定在所述导航控制器外壳103中央的顶部，通过可以360度旋转的转轴连接，所述超声波设备107设置在所述外壳103外靠近边缘的一侧，所述导航控制模块设置在所述外壳103内。不锈钢可拆卸外壳103的作用是保护导航控制模块并提供其他构件附着的条件；摄像头102的作用是拍摄运输车行进方向前方以及周边的环境，超声波设备107的作用是通过发出超声波来感知运输车周边的环境状况，

在这种技术方案中：运输车上的导航控制系统控制扬声器发出声音信号，定位控制器接受到声音信号，对声信号进行处理计算，得到运输车的坐标信息，将所述坐标信息通过wifi信号发送到上位机上，同时运输车在运动过程中摄像头开启，获得周边环境的图像，通过超声波设备发出超声波，根据反射情况，得到和障碍物之间的距离信息，将图像信息和距离信息通过wifi信号发送到上位机。上位机通过自动导航规划路线或者人工进行路线的调整，并将路线信息发送到运输车上相应的运输车的路线变化，实现障碍的躲避。

以下为一次导航的全过程：

1、将定位控制器放置放置于作业环境中，且置于同一平面。在上位机110上对运输车设置一个目标坐标1203，并通过WIFI信号将指示传达给定位控制器和导航控制模块。

2、导航控制模块通过控制扬声器使得扬声器震动制造单频声源，控制方式为通过导航控制模块的NI-myRIO从I/O口输出一定频率方波，经放大后驱动扬声器A、B依次发出固定频率的声波。同时，通过WIFI信号告知定位控制器，触发定位控制器进行工作始。

3、定位控制器中的麦克风阵列上的拾音器108采集声音信号并传送给NI-myRIO，在NI-myRIO程序里将声音信号进行滤波，互相关和定位算法计算处理，求出坐标信息。滤波采用巴特沃斯带通滤波；互相关采用广义互相关法求出时延。同时，通过WIFI信号告知导航控制模块，运输车导航开始。

4运输车开始移动时，车上自带的摄像头102和超声波传感器107开始工作。摄像头102对运输车周边的环境进行光学处理，先用摄像头102进行图像信息采集，将采集的信息进行压缩。超声波传感器107的发射探头发射出超声波，超声波在介质中遇到障碍物而返回到接收装置。通过接收自身发射的超声波反射信号，根据超声波发出及回波接收时间差及传播速度，计算出传播距离S，就能得到障碍物到运输车的距离，并通过WIFI信号将障碍物到车的距离信息发送到上位机上。

5、定位控制器将运输车的坐标信息传送到上位机110，在上位机110实时显示运输车相对于麦克风阵列的坐标信息，同时三维显示运输车位置，历史数据表存储坐标信息。

6、导航控制模块将摄像头102采集的视频信息和超声波的测距信息实时反映在上位机110上。

7、运输车遇到障碍1101，通过超声波测距和视频信息，在上位机上反映结果，工作人员在导航点1201处进行调整路线，使得运输车安全通过障碍1101，同理在遇到障碍1102时在导航点1202处进行调整，最终使得运输车可以安全并准确移动到预设的目标位置1203，并告知上位机，已经到达目的地。

如图2所示，上述方案中的运输车的一种实现方式为：运输车200，其设有车体201、导航控制系统204和一对扬声器203，所述导航控制系统由螺丝固定安装在所述运输车车体最高平面中央的位置，所述扬声器203设置在由两根0.5米长的垂直细杆205立起的平行于运输车车体201最高平面且平行于车体前进方向的水平细杆202的两端，所述扬声器203与所述导航控制系统通过带PVC管外壳的电线连接，所述车体201为具有一个较高平面和一个较低平面的运输车。采用这种方案，将扬声器203与车体201架空并举高，使得扬声器发射声音信号的高度比较高，降低声音信号传播的阻碍，防止扬声器的声信号在车体201上进行反射衍射而降低了声信号的质量；车体201为具有一个较高平面和一个较低平面，并将导航控制系统设置在最高平面上，确保避障和导航的视野的开阔。其工作方式为：通过导航控制系统控制扬声器203发出声信号，向上位机导航控制系统中获得的图像和位置信息并接收上位机发出的指示，进行运输车方向和速度的调整。

如图3所示上述方案中的导航控制系统的一种实现方式为：所述导航控制系统设有不锈钢可拆卸外壳307、摄像头305、超声波设备308和导航控制模块306，所述摄像头305固定在所述导航控制器外壳307中央的顶部，通过可以360度旋转的转轴连接，所述超声波设备308设置在所述外壳307外靠近边缘的一侧，所述导航控制模块306设置在所述外壳307内。采用这种方案，摄像头305固定在所述导航控制器外壳307中央的顶部，通过可以360度旋转的转轴连接，摄像头的视野开阔，并且可以多方位的观察周边环境，超声波设备308设置在所述外壳307外可以确保超声波信号的发射的通畅，防止超声波被外壳阻挡。其工作方式为：通过导航控制系统上的摄像头进行图像的拍摄，通过超声波设备发出超声波控制扬声器203发出超声波信号，根据反射情况，计算障碍物距离，通过导航控制模块向上位机发送图像和位置信息并接收上位机发出的指示。

如图3所示上述方案中的扬声器的一种实现方式为：所述扬声器包括扬声器A302和扬声器B301，所述扬声器发射固定频率的声波，其中所述扬声器A302和扬声器B301位置固定不变的，两者之间的距离根据车体大小和结构可以进行设计，所述距离为0.6～1米。采用这种方案，通过导航控制模块，可以控制扬声器发出与环境本地声音频率区分度比较大的声波，并控制扬声器A302和扬声器B301的发生时间，使得扬声器B的发出时间上有一定的延迟，因此可以根据两者的不同来辨别车辆的方向，如图4所示，根据定位控制器接受到的声信号的差别来辨别扬声器A302和扬声器B301，通过不同的坐标位置来确定车辆的运动方向。其工作方式为：通过导航控制系统上对扬声器进行控制使其发出固定频率的声波信号。

如图3所示上述方案中的细杆的一种实现方式为：所述垂直细杆304与所述水平细杆303均为实心不锈钢方管，所述垂直细杆304焊接在所述车体最高平面的前后两端，所述水平细杆焊接在所述垂直细杆304上，所述垂直细杆304与所述水平细杆设有固定带，可以固定所述PVC管外壳的电线。采用这种方案可以稳定的固定扬声器和连接扬声器和导航控制系统的电线。其工作方式为：焊接固定，作为扬声器和连接电线的支架。

上述方案中的定位控制模块和导航控制模块的一种实现方式为：所述定位控制模块和所述导航控制模块都安装有NI myRIO嵌入式模块和LabVIEW虚拟仪器软件。采用这种方案，由于NI myRIO嵌入式模块，其本身配备有音频接口、摄像头、数据采集、WIFI热点等功能，并采用LabVIEW进行图形化编程，使得即使是没有学习过操作系统和硬件描述语言的初学者，也能轻松地设计和开发嵌入式系统；而LabVIEW系列虚拟仪器软件提供了功能强大的信号处理函数库，包含了数字滤波、时频域分析、图像识别、系统辨识、控制与仿真，声音与振动分析、RF分析等多个软件包，并且，LabVIEW基于数据流的编程方式和图形化的编程界面，大大简化了信号处理与分析软件的开发难度。其工作方式为：通过NI myRIO嵌入式模块进行编程调用LabVIEW虚拟仪器软件中所需要的功能。

上述方案中定位控制模块，导航控制模块和上位机之间信息输送的一种实现方式为：采用WIFI网络实现远程连接。在这种方案中，由于采用WIFI连接，可以在WIFI信号范围内进行控制，破除了限制，扩大了运输范围。

上述方案中的WIFI的一种实现方式为：所述WIFI为所述采用声音定位导航的自动导引运输装置以外的无线网络。在这种方案中，由于采用外界的无线网络，信号强度和范围有更大的保障。工作方式为：作为信息传输的介质，覆盖整个作业范围。

上述方案中的WIFI的另一种实现方式为：由所述定位控制模块或导航控制模块的其中一个NI myRIO嵌入式模块发出无线网络中。在这种方案中，充分利用了NI myRIO嵌入式模块的功能，可以在没有外界无线网络的情况下实现运输。工作方式为：作为信息传输的介质，根据需要由所述定位控制模块或导航控制模块的其中一个NI myRIO嵌入式模块发出无线网络并覆盖整个作业范围。

上述方案中的上位机的一种实现方式为：PC，所述PC带有无线网卡。在这种方案中，PC作为信息接受和处理的中枢以及人机互动的界面，处理数据能力更强。工作方式为：接受定位控制模块或导航控制模块发出的信息，并进行处理，根据处理结果自动进行路线的规划调整或者根据使用者进行工人干涉，对导航控制模块发出指令。

上述方案中的上位机的另一种实现方式为：iPad。在这种方案中，iPad作为信息接受和处理的中枢以及人机互动的界面，更加的便于携带。工作方式为：接受定位控制模块或导航控制模块发出的信息，并进行处理，根据处理结果自动进行路线的规划调整或者根据使用者进行工人干涉，对导航控制模块发出指令。

上述方案中的车体的一种实现方式为：所述车体还包括驱动系统，所述驱动系统包括电机和驱动轮组，所述驱动轮组为两对实心橡胶轮胎，所述电机选择轮毂式电机，所述实心橡胶轮胎包括一对固定式驱动轮和一对旋转式随动轮，所述固定式驱动轮与所述轮毂式电机相连，安装在所述车体前进方向的后侧，所述旋转式随动轮安装在所述车体前进方向的前侧，不连接电机。在这种方案中，运输车可以的方向转换更加灵活，动力损失少。工作方式为：轮毂式电机带动固定式驱动轮转动提供动力，旋转式随动轮根据指令进行改变方向。

上述方案中的车体的一种实现方式为：所述车体还包括驱动系统，所述驱动系统包括电机和驱动轮组，所述驱动轮组为双履带。在这种方案中，使用履带，大幅减少路况对载重车辆的限制，确保在路况条件差的情况下的工作。的工作方式为：电机转动提供动力，双履带通过齿轮或者皮带带动驱动运输车前进。

显而易见的是，本领域的技术人员可以从根据本发明的实施方式的各种结构中获得根据不麻烦的各个实施方式尚未直接提到的各种效果。

如上所述，根据本发明，由于扬声器设置在由两根0.5米长的垂直细杆立起的平行于运输车车体最高平面且平行于车体前进方向的水平细杆的两端，因此具有传播声音信号稳定不受干扰并且传播范围广的效果；

由于述扬声器与所述导航控制系统通过带PVC管外壳的电线连接，因此具有保护电线，并起到额外的支撑的效果；

由于拾音器为四个设置成十字型的麦克风阵列使得四个拾音器等距离地固定于十字阵的四个角上，因此具有四个方位接受信号，确定三维坐标界面保证声信号接收后可以获得位置坐标的效果；

由于上位机，其为具有收发信息功能并具有显示屏幕的电子设备，因此具有人机交互以及计算处理能力，确保自动导航的准确性和人的观察和参与的效果；

由于摄像头固定在所述导航控制器外壳中央的顶部，通过可以360度旋转的转轴连接，因此具有全方位高角度拍摄周边环境，确保图像信息有效性和清晰度的效果；

由于超声波设备设置在所述外壳外靠近边缘的一侧，因此具有超声波信号不被阻挡，准确的获得障碍物信息的效果；

由于所述定位控制模块和所述导航控制模块都安装有NI myRIO嵌入式模块和LabVIEW虚拟仪器软件，由于NI myRIO嵌入式模块，其本身配备有音频接口、摄像头、数据采集、WIFI热点等功能，并采用LabVIEW进行图形化编程；而LabVIEW系列虚拟仪器软件提供了功能强大的信号处理函数库，包含了数字滤波、时频域分析、图像识别、系统辨识、控制与仿真，声音与振动分析、RF分析等多个软件包，并且，LabVIEW基于数据流的编程方式和图形化的编程界面，因此使得即使是没有学习过操作系统和硬件描述语言的初学者，也能轻松地设计和开发嵌入式系统，具有大大简化了信号处理与分析软件的开发难度的效果；

由于定位控制模块，导航控制模块和上位机之间的采用WIFI网络实现远程连接，因此具有可以覆盖整个作业范围确保各个模块之间的沟通交流无障碍的效果；

由于所述上位机为PC和iPad中的一种，因此具有高效处理数据并实时进行人机互动的效果；

由于所述车体还包括驱动系统，所述驱动系统包括电机和驱动轮组，所述驱动轮组为双履带或两对实心橡胶轮胎，其中当所述驱动轮组为两对实心橡胶轮胎时，所述电机选择轮毂式电机，所述实心橡胶轮胎包括一对固定式驱动轮和一对旋转式随动轮，所述固定式驱动轮与所述轮毂式电机相连，安装在所述车体前进方向的后侧，所述旋转式随动轮安装在所述车体前进方向的前侧，不连接电机，因此具有在不同路况下选择合适的驱动系统，确保可行的同时最大化资源利用的效果；

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。