一种智能搬运小车的控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种控制系统，特别是涉及一种智能搬运小车的控制系统，还涉及一种控制方法，特别是涉及一种智能搬运小车的控制方法，属于工业机器人技术领域。

背景技术：

就目前来说，法国的研究人员正在研发新一代的agv系统，理论条件下它的运行时速可以在350km\h之上，这在世界上可以说是一大挑战，除此之外，国外的其他国家正在深入地将agv小车向视觉方面进行靠拢，在传统地基础上添加视觉的效果，大大的提高小车的适应能力以及安全系数，应人工智能时代的到来，agv搬运系统也从以往的普通搬运车逐步地转变为智能机器人，越来越智能化，劳动成本逐步降低，生产效率同时也在稳步上升。

目前国内在agv技术方面的应用主要可以分成两大类，第一类应用属于趋向于整个工作过程全程自动化实现，人工在一旁完全不需要参与到工作过程中，搬运小车可以适应各种路径的规划和适应生产流程的多变性，可以非常有效的运用在各种工厂搬运场合，在导引方式上也拥有多样性，更换导引形式方便快捷，适应力效果非常可观，但是，这一类的装置价格较为昂贵，适用于大中型企业。

第二类更加趋向于硬件简单并且实用，主要在于成本相对较低，可以让用户在极短的时间内可以将装置的成本收回，这是与第一类装置最大的区别，这种类型的装置主要根据单一的路径以及相对设定的工作流程来进行工作，适应性方面相对较差，工作的需求也比较简单，在确性上也不作太大的要求，面向不同的工作场合需要对装置重新编辑路线以及规划，正因为在成本方面的投资相对少许多，很多小型企业会优先选择这一类的装置，因此在很多中小型企业上可以很清晰地看到它们的工作身影。

因此可知现有技术中还没有成本较低而功能更加全面小车能够进行精准定位以及视觉方面和机械臂的有机组合实现工业机器人与智能搬运小车之间的优化结合，为此需要设计一种智能搬运小车的控制系统及其控制方法来解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的是为了提供一种智能搬运小车的控制系统及其控制方法，能实现自动地将物体成功放置到指定位置，生成成本低。本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：

一种智能搬运小车的控制系统，包括单片机、位置判别避障模块、电机驱动模块、视觉模块和物件夹取模块，所述位置判别避障模块，用于实时检测周围环境中是否存在障碍物，并将检测信息发送至所述单片机内；所述单片机，用于获取控制信息以及位置判别避障模块信息并执行内置相应算法后发送出相应的控制指令；所述电机驱动模块，用于驱动搬运小车的运行以及驱动物件夹取模块进行对物件的夹取；所述视觉模块，用于获取周围环境情况并将信息发送至所述单片机内；所述物件夹取模块，用于接收所述电机驱动模块输出的驱动能并执行相应的操作对物件进行夹取；所述位置判别避障模块通过实时检测周围环境并将信息发送至所述单片机内，通过所述单片机内相应的算法后输出相应的命令，通过所述电机驱动模块获取相应的命令并执行相应的操作，所述单片机内自置控制程序通过所述位置判别避障模块运行巡航功能，所述单片机获取的视觉模块发送的信息进行控制所述电机驱动模块运行，通过电机驱动模块驱动物件夹持模块实现对物件的夹持。

优选的，所述位置判别避障模块包括psd位置传感器、超声波传感器和五路红外探测寻迹光电传感器；所述psd位置传感器，用于采集并提供连续位置数据的各向信息至所述单片机内；所述超声波传感器，用于采集周围障碍物信息并发送至单片机内；所述红外探测寻迹光电传感器，用于辅助所述psd位置传感器进行智能搬运小车的循迹运行。

优选的，所述psd位置传感器包括横向效应位置传感器、象限位置传感器和立方体位置传感器；所述横向效应位置传感器采用型号为pdp90a，所述象限位置传感器采用型号为pdq80a和pdq30c。

优选的，所述物件夹取模块采用二自由度机械爪，所述单片机采用型号为stm32。

优选的，所述电机驱动模块包括舵机和步进电机驱动器，所述舵机用于驱动所述二自由度机械爪运行；所述步进电机驱动器用于驱动所述智能搬运小车的位置运行。

优选的，所述舵机采用的型号为mg995，所述步进电机驱动器的型号为tb6560。

优选的，所述单片机还连接有蓝牙模块，所述蓝牙模块，用于在智能搬运小车脱机运行时进行无线通讯。

一种智能搬运小车的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：启动智能搬运小车单片机初始化和蓝牙模块初始化；

步骤2：单片机获取psd位置传感器、超声波传感器和红外探测寻迹光电传感器采集的信息；

步骤3：单片机进行控制程序分析并输出控制指令至电机驱动模块；

步骤4：步进电机驱动器运行并通过步进电机驱动智能搬运小车按指定轨迹循环运行；

步骤5：舵机驱动二自由度机械爪上下运行以及夹取物件；

步骤6：二自由度机械爪夹取物件后通过单片机控制按指定轨迹运行至需放置位置；

步骤7：再次循环进行上述操作。

优选的，所述步骤3中的单片机进行控制程序分析包括如下步骤：

步骤11：系统时钟初始化和各功能函数初始化；

步骤12：执行蓝牙模块初始化；

步骤13：等待用户输入指令；

步骤14：判断输入指令正确执行工位变量赋值；

步骤15：判断工位变量至指定目标工位值；

步骤16：工作完成，复位至初始工位值。

优选的，步骤14中判断输入指令不正确再次执行等待用户输入指令程序直至判断输入指令正确。

本发明的有益技术效果：

本发明提供的一种智能搬运小车的控制系统及其控制方法，在现有的agv技术基础上，增设机械手，然后对小车精准定位方面、视觉方面、机械臂方面进行了结合，让agv小车在原有的基础上拓展出更多的功能，使得小车更加的智能化，主要是基于传感器和单片机控制技术，通过单片机对外围硬件进行整体控制以实现整个功能流程，在传感器方面，选用了psd位置传感器、超声波传感模块、单片机模块、电机驱动模块，再配合工业视觉相机，工业机械手来模拟人类的眼睛与手臂来实现将物体成功放置指定位置，且在此过程中能成功进行避障，整个过程实现更加的智能化并在功能全面的基础上降低了生产成本，使其中小型企业也可以在承受能力内使用。

附图说明

图1为按照本发明的一种智能搬运小车的控制系统的一优选实施例的总控制模块系统图；

图2为按照本发明的一种智能搬运小车的控制系统的一优选实施例的位置判别、避障系统图；

图3为按照本发明的一种智能搬运小车的控制方法的一优选实施例的单片机进行控制程序分析流程图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

如图1和图２所示，本实施例提供的一种智能搬运小车的控制系统，包括单片机、位置判别避障模块、电机驱动模块、视觉模块和物件夹取模块，所述位置判别避障模块，用于实时检测周围环境中是否存在障碍物，并将检测信息发送至所述单片机内；所述单片机，用于获取控制信息以及位置判别避障模块信息并执行内置相应算法后发送出相应的控制指令；所述电机驱动模块，用于驱动搬运小车的运行以及驱动物件夹取模块进行对物件的夹取；所述视觉模块，用于获取周围环境情况并将信息发送至所述单片机内；所述物件夹取模块，用于接收所述电机驱动模块输出的驱动能并执行相应的操作对物件进行夹取；所述位置判别避障模块通过实时检测周围环境并将信息发送至所述单片机内，通过所述单片机内相应的算法后输出相应的命令，通过所述电机驱动模块获取相应的命令并执行相应的操作，所述单片机内自置控制程序通过所述位置判别避障模块运行巡航功能，所述单片机获取的视觉模块发送的信息进行控制所述电机驱动模块运行，通过电机驱动模块驱动物件夹持模块实现对物件的夹持。

优选的，所述位置判别避障模块包括psd位置传感器、超声波传感器和五路红外探测寻迹光电传感器；所述psd位置传感器，用于采集并提供连续位置数据的各向信息至所述单片机内；所述超声波传感器，用于采集周围障碍物信息并发送至单片机内；所述红外探测寻迹光电传感器，用于辅助所述psd位置传感器进行智能搬运小车的循迹运行。

优选的，所述psd位置传感器包括横向效应位置传感器、象限位置传感器和立方体位置传感器；所述横向效应位置传感器采用型号为pdp90a，所述象限位置传感器采用型号为pdq80a和pdq30c。

位置检测传感器pdp90a使用基于硅光电二极管的针垫型四横向传感器来精确地测量入射光束相对于校准中心的位移，这些设备适用于测量光束移动和行进距离，以及反馈到对准系统，这款传感器主要的特长为侧面效果位置检测检测器，独立于光束形状和功率密度，sm05镜头管可以使用，它具有很大的检测区域，最大可以容纳9毫米的光束直径pdp90a使用基于硅光电二极管的针垫型四横向传感器来精确地测量入射光束相对于校准中心的位移，这些设备适用于测量光束移动和行进距离，以及反馈到对准系统。这款传感器主要的特长为侧面效果位置检测检测器，独立于光束形状和功率密度，sm05镜头管可以使用，它具有很大的检测区域，最大可以容纳9毫米的光束直径。

象限位置传感器检测器，用于分别在400至1050nm或1000至1700nm范围内进行精确的光路对准，每个探测器上的6针hirose连接器输出一个与入射光束的功率分布（或位置）成比例的信号，为获得正确的结果，使用功率在1mw（传感器的线性区域）内的象限检测器，并在指定范围内检测光束直径。这款传感器主要的特长为用于可见光区域或近红外区域，产品适合自动对齐，4通道位置传感器系统或1通道k或t型立方体兼容。

立方体位置传感器采用kpa101型号，主要的特点为紧凑的占地面积仅为60.0mm×60.0mm×49.2mm，在闭环模式下，光束自动对准传感器中心，在开环模式下测量光束位置，显示有机el（oled）显示屏，菜单和位置，可以对设备进行全面控制，具备和信号，差信号和反馈信号的电压输出。

优选的，所述物件夹取模块采用二自由度机械爪，所述单片机采用型号为stm32，是基于arm32位架构的cortex-m3cpu，片上集成32-512kb的flash存储器，6-64kb的sram存储器，12通道dma控制器，支持的外设，定时器，adc，dac，spi，iic和uart，有112个的快速i/o端口，有11个定时器，4个16位的定时器，两个16位的6通道高级控制定时器。

优选的，所述电机驱动模块包括舵机和步进电机驱动器，所述舵机用于驱动所述二自由度机械爪运行；所述步进电机驱动器用于驱动所述智能搬运小车的位置运行。

优选的，所述舵机采用的型号为mg995，所述步进电机驱动器的型号为tb6560，所述tb6560步进电机驱动器工作电压直流10v-35v，使用开关电源dc24v供电，使用6n137高速光藕，使其在高速不失步，额定max输出为：±3a，峰值3.5a，自动半流功能，细分：整步，半步，1/8步，1/16步，最大16细分，体积：宽50*长75*高35（mm），在使用方面也相当方便，信号输入端与信号输出端分别位于驱动器的两端，中间有光耦充当隔离效果，抗干扰性很强。

优选的，所述单片机还连接有蓝牙模块，所述蓝牙模块，用于在智能搬运小车脱机运行时进行无线通讯。

实施例二

一种智能搬运小车的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

s1：启动智能搬运小车单片机初始化和蓝牙模块初始化；

s2：单片机获取psd位置传感器、超声波传感器和红外探测寻迹光电传感器采集的信息；

s3：单片机进行控制程序分析并输出控制指令至电机驱动模块；

s4：步进电机驱动器运行并通过步进电机驱动智能搬运小车按指定轨迹循环运行；

s5：舵机驱动二自由度机械爪上下运行以及夹取物件；

s6：二自由度机械爪夹取物件后通过单片机控制按指定轨迹运行至需放置位置；

s7：再次循环进行上述操作。

如图3所示，单片机进行控制程序分析包括如下步骤：

s11：系统时钟初始化和各功能函数初始化；

s12：执行蓝牙模块初始化；

s13：等待用户输入指令；

s14：判断输入指令正确执行工位变量赋值；

s15：判断工位变量至指定目标工位值；

s16：工作完成，复位至初始工位值。

在本实施例中，步骤14中判断输入指令不正确再次执行等待用户输入指令程序直至判断输入指令正确。

综上所述，在现有的agv技术基础上，对小车精准定位方面、视觉方面、机械臂方面进行了结合，让agv小车在原有的基础上拓展出更多的功能，使得小车更加的智能化，主要是基于传感器和单片机控制技术，通过单片机对外围硬件进行整体控制以实现整个功能流程，在传感器方面，选用了psd位置传感器、超声波传感模块、单片机模块、电机驱动模块，再配合工业视觉相机，工业机械手来模拟人类的眼睛与手臂来实现将物体成功放置指定位置，整个过程实现更加的智能化并在功能全面的基础上降低了生产成本，使其中小型企业也可以在承受能力内使用。

以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。