一种基于2D-SLAM导航的智能AGV叉车的制作方法

本发明涉及agv领域，特别涉及一种基于2d-slam导航的智能agv叉车。

背景技术：

随着工厂自动化、计算机集成制造系统技术的逐步发展以及柔性制造系统、自动化立体仓库的广泛应用，移动机器人设备如agv(automaticguidedvehicle)自动导引车，其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，其应用范围和应用规模越来越大；叉车是工业搬运车辆，是指对成件托盘货物进行装卸、堆垛和短距离运输作业的各种轮式搬运车辆。将agv与叉车结合形成的无人驾驶agv叉车也随着工业生产的需要出现。

目前，对于无人驾驶的agv叉车的引导通常是采用磁性导航或者激光导航技术。但是，磁性导航存在易受电磁环境影响的缺点，而且路径难以扩展，不适于复杂路径上使用，这对于agv叉车的性能最大化发挥影响较大。尤其是在室外环境中，agv叉车的行走路线通常既远又多变，因此在地面上铺设磁条则既浪费又耗时。

激光导航则相对更加实用一些，只需要在环境中设置一些激光反射板即可，agv叉车通过识别激光反射板反射的激光束确定自身位置和周围环境，进而做出正确的相应。

但是，这两种导航方式均需要事先在环境中设置能够被agv叉车识别的“路径”或者“路标”；因此，当在陌生环境下，“路径”和“路标”均不存在时，现有的agv叉车则难以继续进行自主工作。

基于此，目前出现了一种技术，slam(simultaneouslocalizationandmapping),也称为cml(concurrentmappingandlocalization),即时定位与地图构建，或并发建图与定位。问题可以描述为：将一个机器人放入未知环境中的未知位置，是否有办法让机器人一边移动一边逐步描绘出此环境完全的地图，所谓完全的地图(aconsistentmap)是指不受障碍行进到房间可进入的每个角落。

目前，slam主要分为激光slam和视觉slam，其中，激光slam又分为激光2d-slam和激光3d-slam。由于激光3d-slam在获取环境信息以及构建地图过程的复杂性，因此，在实际应用中，激光2d-slam的应用更加广泛。

在实际使用中，由于激光3d-slam的数据计算量大、计算过程更加复杂，因此通常采用的是激光2d-slam技术，通过单线激光逐次扫描环境中的各个平面，再以扫描到的信息建立3维地图并定位自身在3维地图中的位置，从而实现导航的基础。

技术实现要素：

针对现有技术存在的agv叉车难以在陌生环境下自主工作的问题，本发明的目的在于提供一种基于2d-slam导航的智能agv叉车。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于2d-slam导航的智能agv叉车，包括车体和安装在所述车体上的货叉，所述车体上安装有方向陀螺仪和里程计；所述车体顶部安装有定位导航装置，所述定位导航装置包括转动连接在车体上的底座、固定安装在所述底座上的支架以及转动连接在所述支架上的俯仰转轴，所述俯仰转轴垂直于所述底座的转动轴线，所述俯仰转轴上安装有单线激光雷达；所述车体上还安装有用于驱动所述底座转动的旋转驱动装置，所述支架上安装有用于驱动所述俯仰转轴转动的俯仰驱动装置；所述定位导航装置还包括用于检测所述底座旋转角度的第一角度检测装置、用于检测所述俯仰转轴转动角度的第二角度检测装置、用于存储单线激光雷达扫描数据的存储器和用于对所述扫描数据进行处理的处理器；所述处理器与所述存储器、所述方向陀螺仪、所述里程计、所述旋转驱动装置、所述俯仰驱动装置、所述第一角度检测装置、所述第二角度检测装置电连接。

优选的，所述俯仰驱动装置包括第一步进电机，所述第一步进电机通过齿轮或者同步带与所述俯仰转轴连接。

优选的，所述旋转驱动装置包括第二步进电机，所述第二步进电机通过齿轮或者同步带与所述底座连接。

优选的，所述单线激光雷达有若干个，所述若干个单线激光雷达沿垂直于所述俯仰转轴的方向间隔分布。

优选的，所述若干个单线激光雷达呈一列均匀分布。

优选的，所述第一角度检测装置、所述第二角度检测装置均为角度传感器。

本发明的导航过程如下：首先旋转驱动装置带动底座转动，使底座上的单线激光雷达采集一个平面360°范围内的数据信息，该数据信息由处理器处理，生成一个二维平面地图并存入存储器中，该二维平面地图上显示有单线激光雷达自身的位置；再通过俯仰驱动装置带动俯仰转轴转动一个角度，使单线激光雷达的激光束落在另一个平面内，旋转后得到该平面360°范围内的数据信息，生成另一个二维平面地图；通过使俯仰转轴转动不同的角度，单线激光雷达测得不同层面的二维平面地图，处理器将这些二维平面地图进行匹配与叠加后即可得到三维地图，同时也能够定位自身所在的位置；

在搭建地图和定位的过程中，如车体有移动，则处理器能够通过方向陀螺仪和里程计的实时检测数据准确的计算得到，从而得出单向激光雷达的实时运动状态和运动轨迹，进而在建图和定位过程中将单线激光雷达的位移变化状态计算在内。在完成场景地图搭建和定位后，agv叉车则能够根据任务，依照地图和定位指引自行工作。

采用上述技术方案，由于方向陀螺仪和里程计的设置，使得建图和定位过程中，单线激光雷达自身发生的位移变化能够被准确的测量出来，有助于提高测量精度；同时，方向陀螺仪和里程计还能够用于确定车体的行进轨迹，进而能够由于验证建图和定位的准确度。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图；

图2为本发明实施例二的结构示意图。

图中:1-车体、2-货叉、3-方向陀螺仪、4-里程计、5-定位导航装置、51-底座、52-支架、53-俯仰转轴、54-第一角度检测装置、55-第二角度检测装置、56-存储器、57-处理器、6-单线激光雷达、7-旋转驱动装置、8-俯仰驱动装置、9-承载体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，一种基于2d-slam导航的智能agv叉车，包括车体1和安装在车体1上的货叉2，车体1上安装有方向陀螺仪3和里程计4；当然，作为智能agv叉车，还包括其他功能性部件，例如车轮驱动装置、车轮转向机构、货叉控制机构、车辆控制系统等，但是这些功能性部件及构造并不是本发明的设计点，因此不在赘述。

本发明的车体1顶部安装有定位导航装置5，定位导航装置5包括转动连接在车体1上的底座51、固定安装在底座51上的支架52以及转动连接在支架52上的俯仰转轴53，俯仰转轴53垂直于底座51的转动轴线，俯仰转轴53上安装有单线激光雷达6；

车体1上还安装有用于驱动底座51转动的旋转驱动装置7，支架52上安装有用于驱动俯仰转轴53转动的俯仰驱动装置8；

定位导航装置5还包括用于检测底座51旋转角度的第一角度检测装置54、用于检测俯仰转轴53转动角度的第二角度检测装置55、用于存储单线激光雷达6扫描数据的存储器56和用于对扫描数据进行处理的处理器57。

处理器57与存储器56、方向陀螺仪3、里程计4、旋转驱动装置7、俯仰驱动装置8、第一角度检测装置54、第二角度检测装置55电连接。

本实施例中，俯仰驱动装置8包括第一步进电机，第一步进电机通过齿轮或者同步带或者联轴器与俯仰转轴53连接，步进电机具有精确控制角位移量的特点，因此能够在一定程度上代替和验证第二角度检测装置55。

同理，本实施例中，旋转驱动装置7包括第二步进电机，第二步进电机通过齿轮或者同步带或者联轴器与底座51连接，这里也利用步进电机具有精确控制角位移量的特点，在一定程度上代替和验证第一角度检测装置54。

本实施例中，第一角度检测装置54、第二角度检测装置55均为角度传感器。

本实施例中，由于定位导航装置5是处于不断的旋转中的，因此根据需要，将处理器57和存储器56设置在车体1上，以方便安装和维护，处理器57与单线激光雷达6之间的数据传输通过无线方式传输，例如蓝牙或者wifi。

本发明的导航过程如下：首先旋转驱动装置7带动底座51转动，使底座51上的单线激光雷达6采集一个平面360°范围内的数据信息，该数据信息由处理器57处理后，生成一个二维平面地图并存入存储器56中，该二维平面地图上显示有单线激光雷达6自身(近似于车体1)的位置；再通过俯仰驱动装置8带动俯仰转轴53转动一个角度，使单线激光雷达6的激光束落在另一个平面内，旋转后得到该平面360°范围内的数据信息，生成另一个二维平面地图；通过使俯仰转轴53转动不同的角度，单线激光雷达6测得不同层面的二维平面地图，处理器57将这些二维平面地图进行匹配与叠加后即可得到三维地图，同时也能够定位agv叉车自身所在的位置；

在搭建地图和定位的过程中，如车体1有移动，则处理器57能够通过方向陀螺仪3和里程计4的实时检测数据准确的计算得到，从而得出单向激光雷达6的实时运动状态和运动轨迹，进而在建图和定位过程中将单线激光雷达6的位移变化状态计算在内。在完成场景地图搭建和定位后，agv叉车则能够根据任务，依照地图和定位指引自行工作。

实施例二

其与实施例一的区别在于：单线激光的扫描速度毕竟较慢，为了提高建图速度，本实施例中，如图2所示，单线激光雷达6有若干个，若干个单线激光雷达6沿垂直于俯仰转轴53的方向间隔分布，且所有的单线激光雷达6的激光束互相平行。若干个单线激光雷达6通过一个承载体9安装在俯仰转轴53上。

为了降低二维平面地图匹配叠加时的计算量，本实施例中，若干个单线激光雷达6呈一列均匀分布。

上述结构的设置，使得俯仰转轴53调整一次即可得到多个二维平面的激光扫描数据，有利于快速建图和定位。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。