本發(fā)明涉及激光導航和自主運輸技術領域，特別是危險品的無人自主運輸方法及其運輸系統(tǒng)。

背景技術：

無人搬運車(atuomatedguidedvehicle，簡稱agv)，是指裝備有電磁或光學等自動導引裝置，能夠沿規(guī)定的導引路徑形式，具有安全保護以及各種搬運功能的運輸車，這種搬運車無需駕駛員，通常以蓄電池為動力源。通常，可通過電腦來控制agv的行進路線以及行為，或者利用電磁軌道來設立其行進路線，電磁軌道黏貼于地板上，agv依循電磁軌道所帶來的訊息進行移動與動作。由于電磁導向方式的缺點，例如導航信號經(jīng)常受到周圍的鋼筋或者電子信號干擾等，使得agv不能對危險品自主運輸。

20世紀80年代末期，無線式導引技術引入到了agv系統(tǒng)中，例如利用激光和慣性進行導引，這樣提高了agv系統(tǒng)的靈活性和準確性。從目前國內(nèi)agv領域技術關注的熱點來看，更多是將注意力放在了障礙物檢測、agv精確定位上，其更多地關注導引系統(tǒng)本身。例如，中國發(fā)明公開cn104102222a公開了一種精確定位的方法，該方法預先安置反射板，并預先獲得所述反射板的坐標；利用自動導航運輸車通過激光頭發(fā)射激光掃描不同的所述反射板，獲得相關激光路徑；通過不同的所述反射板坐標，結合所述激光頭掃描到不同所述反射板時的旋轉(zhuǎn)角度，用激光測角度定位 方法獲得所述自動導航運輸車的坐標，或者通過不同的所述反射板坐標，結合不同的所述反射板分別與所述自動導航運輸車的距離，用激光測距定位方法獲得所述自動導航運輸車的坐標。本發(fā)明是用激光測角度定位方法和激光測距定位方法通過建立數(shù)學模型均能計算出agv的坐標，兩種方法所獲得的agv位置相互校準，從而提高定位精度。

然而，這類agv小車均存在一個問題，即：轉(zhuǎn)向簡單，不夠靈活，一般只有直向前進和直向后退(直向倒車)以及大彎度轉(zhuǎn)向，無法適應復雜的運輸環(huán)境，不能實現(xiàn)真正意義上的自主運輸。

此外，雖然目前已經(jīng)有眾多agv小車采用激光導引方法，但其對自主運輸中的安全性考慮尚存不足，尤其是針對危險品自主運輸而言，agv小車本身的各個部件還不能滿足對安全性的要求。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術中的上述問題，本發(fā)明提供了一種激光導航自主運輸系統(tǒng)，包括：包括激光導航器和控制部分，所述控制部分被配置為與激光導航器協(xié)同控制agv小車運動，其中，所述運動包括直向前進、直向后退、s型任意角度轉(zhuǎn)向以及任意角度平移。

優(yōu)選地，所述激光導航器為本安激光導航器。

優(yōu)選地，所述控制部分進一步包括：激光器初始化模塊、激光數(shù)據(jù)預處理模塊、轉(zhuǎn)向模塊、驅(qū)動模塊，所述激光器初始化模塊、激光數(shù)據(jù)預處理模塊、轉(zhuǎn)向模塊、驅(qū)動模塊依次順序連接。

本發(fā)明還提供一種激光導航自主運輸方法，其特征在于，包括如下步驟：(a)建立激光數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實時控制激光數(shù)據(jù)的采集；(b)設置激光器 各指標，為采集數(shù)據(jù)作準備，并把激光數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)；(c)對含有所述數(shù)據(jù)的報文進行解析并剔除冗余激光數(shù)據(jù)；(d)控制自主運輸?shù)腶gv小車的轉(zhuǎn)向繼電器，通過繼電器作為轉(zhuǎn)向開關，從而通過轉(zhuǎn)向指令控制轉(zhuǎn)向角度；(e)驅(qū)動指令控制驅(qū)動電機，驅(qū)動所述agv小車運動，所述運動包括直向前進、直向后退、s型任意角度轉(zhuǎn)向以及任意角度平移。

優(yōu)選地，所述步驟(a)由本安激光導航器完成。

本發(fā)明還提供一種危險品運輸機器人，其包括至少兩個聯(lián)動的agv小車，其中，所述agv小車裝配有如權利要求1所述的激光導航自主運輸系統(tǒng)，并由所述激光導航自主運輸系統(tǒng)控制實現(xiàn)運動，所述運動包括直向前進、直向后退、s型任意角度轉(zhuǎn)向以及任意角度平移。

優(yōu)選地，所述激光導航器為本安激光導航器。

優(yōu)選地，所述控制部分進一步包括：激光器初始化模塊、激光數(shù)據(jù)預處理模塊、轉(zhuǎn)向模塊、驅(qū)動模塊，所述激光器初始化模塊、激光數(shù)據(jù)預處理模塊、轉(zhuǎn)向模塊、驅(qū)動模塊依次順序連接。

利用本發(fā)明所述的危險品運輸機器人、激光導航自主運輸系統(tǒng)及方法，可以實現(xiàn)無人搬運系統(tǒng)的高靈活性、高安全性，從而能夠使得agv系統(tǒng)在智能化、信息化、柔性化、敏捷化等方面表現(xiàn)俱佳，真正實現(xiàn)安全的自主運輸。

附圖說明

圖1是依照本發(fā)明所述的危險品運輸機器人的自主運輸系統(tǒng)的示意圖；

圖2(a)是本安激光器安裝示意圖，圖2(b)是本安激光導航器線路連接示意圖；

圖3是激光數(shù)據(jù)預處理模塊的示意圖；

圖4是激光器數(shù)據(jù)預處理模塊示意圖；

圖5(a)是agv小車90度前進或后退的示意圖，圖5(b)是agv小車s型轉(zhuǎn)向的示意圖，圖5(c)是agv小車x度平移的示意圖，圖5(d)是agv小車轉(zhuǎn)向模塊的流程示意圖；

圖6是agv小車驅(qū)動模塊示意圖。

具體實施方式

下面，結合附圖對本發(fā)明所述的危險品運輸機器人進行進一步的詳述。

需要說明的是：本發(fā)明所述的機器人由至少兩輛聯(lián)動的agv小車構成，所述小車的數(shù)量優(yōu)選為四輛。

agv小車前進過程中，不一定是直線行駛，需要各種轉(zhuǎn)向和平移，而各種轉(zhuǎn)向和平移由小車plc控制中心控制小車前后4輪完成，最終到達目標接收器。多輛小車的聯(lián)動控制由微型計算機控制，微型計算機給每輛agv小車plc控制中心下達指令，并由每輛agv小車plc控制中心控制完成。

所述小車所述轉(zhuǎn)向角度范圍為0度～180度，從左邊0度開始至水平右邊180度，直向前進垂直水平線定義為90度直向前進，直向后退也垂直水平線定義為90度直向后退，s型任意角度轉(zhuǎn)向定義為0度～90度或90度～180度轉(zhuǎn)向，x度平移(任意角度平移)定義為0度平移或者180度平移和0度～90度或90度～180度。

1、90度直向前進。

小車直線向前行駛時候就是90度直向前進，只需要把前后輪的轉(zhuǎn)向控 制器都置于90度即可，此時車輪垂直向前滾動。

2、90度直向后退。

小車直線向后行駛時候就是90度直向后退，只需要把前后輪的轉(zhuǎn)向控制器都置于90度即可，此時車輪垂直向后滾動。

3、s型任意角度轉(zhuǎn)向。

小車s型任意角度轉(zhuǎn)向就是0度～90度或90度～180度轉(zhuǎn)向，只需要把前輪的轉(zhuǎn)向控制器都置于x度，后輪的轉(zhuǎn)向控制器都置于90度即可，此時前輪轉(zhuǎn)向，后輪被拖動向前s型移動。

4、x度平移(任意角度平移)。

4.1、90度平移。

包括向左90度平移(水平向左平移)和向右90度平移(水平向右平移)，向左90度平移只需要把前后輪的轉(zhuǎn)向控制器都置于0度即可；而向右90度平移只需要把前后輪的轉(zhuǎn)向控制器都置于180度即可.

4.2、除90度平移外，其他角度的平移。

除90度平移外，其他角度的平移，需要把前后輪的轉(zhuǎn)向控制器都置于x度即可，此時x度取值范圍為0度～90度或90度～180度。

圖1是依照本發(fā)明所述的危險品運輸機器人的示意圖。

如圖1所示，本發(fā)明所述的危險品運輸機器人的核心系統(tǒng)為激光導航自主運輸系統(tǒng)。

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明所述的激光導航自主運輸系統(tǒng)包括激光導航器和控制部分，所述激光導航器為本安激光導航器，所述控制部分包括：激光器初始化模塊、激光數(shù)據(jù)預處理模塊、轉(zhuǎn)向模塊、驅(qū)動模塊。其中，所述激光導航器和所述控制部分的激光器初始化模塊相連接，所述激光器初 始化模塊、激光數(shù)據(jù)預處理模塊、轉(zhuǎn)向模塊、驅(qū)動模塊依次順序連接。

工作時，通過本安激光導航器獲取激光導航數(shù)據(jù)信息，本安激光導航器建立激光數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以實時的控制激光數(shù)據(jù)的采集；激光器初始化模塊設置激光器各指標，采集數(shù)據(jù)，并把激光數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)；激光數(shù)據(jù)預處理模塊對報文解析和剔除冗余激光數(shù)據(jù)；轉(zhuǎn)向模塊首先控制小車的轉(zhuǎn)向繼電器，前方左邊繼電器控制前輪左轉(zhuǎn)，前方右邊繼電器控制前輪右轉(zhuǎn)，后方左邊繼電器控制后輪左轉(zhuǎn)，后方右邊繼電器控制后輪右轉(zhuǎn)，通過繼電器作為轉(zhuǎn)向開關，在通過轉(zhuǎn)向指令控制轉(zhuǎn)向角度就可以控制小車的轉(zhuǎn)向問題；驅(qū)動模塊就是驅(qū)動指令控制驅(qū)動電機。

采用本安激光導航器的目的在于，為危險品自主運輸提供足夠的安全保障。本安，即本質(zhì)安全，是通過追求企業(yè)生產(chǎn)流程中人、物、系統(tǒng)、制度等諸多要素的安全可靠和諧統(tǒng)一，使各種危害因素始終處于受控狀態(tài)，進而逐步趨近本質(zhì)型、恒久型安全目標。本安激光導航器利用安全柵技術，在激光導航器內(nèi)部設置電能量限制，從根本上杜絕危險的產(chǎn)生。

可以看出本發(fā)明的思想在于，應用本安激光器初始化模塊建立激光數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)，實時控制激光數(shù)據(jù)的采集；在激光數(shù)據(jù)預處理模塊中，首先從報文中解析出激光數(shù)據(jù)，其次考慮到激光數(shù)據(jù)連續(xù)性和僅僅識別小車運輸目的地，剔除無關的冗余激光數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)分析量和存儲量，提高整個系統(tǒng)的運行效率；利用小車轉(zhuǎn)向模塊和小車驅(qū)動模塊讓agv對危險品自主運輸。

如圖2所示，(a)為本發(fā)明實例中的本安激光導航器安裝示意圖，(b)為激光導航器線路連接示意圖。本安激光導航器安裝于agv前方中央，數(shù)據(jù)線和電源線均與本安激光導航器連接，數(shù)據(jù)線路可以是屏蔽雙絞線 (stp)，用于將本安激光導航器與微機部分的網(wǎng)絡接口相連；電源系統(tǒng)是由4個工業(yè)蓄電池及其充放電控制裝置組成，電源系統(tǒng)通過電源線路為本安激光導航器提供24v直流電。

如圖3所示，激光器初始化模塊。本發(fā)明實例中的激光數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)建立完成后需要進行相關的設置，包括登錄設備，設置掃描頻率與分辨率，設置輸出內(nèi)容，存儲參數(shù)，運行并接受數(shù)據(jù)等。其具體的步驟如下：

步驟1、本安激光導航器的設置。設置激光器掃描角度為0～360度、掃描頻率為25hz、角度分辨率0.25度。

步驟2、設置完成后啟動本安激光導航器，激光從左邊水平方向開始順時針掃描，形成數(shù)據(jù)幀，該報文由二進制格式構成。通過對激光數(shù)據(jù)報文解析，獲取本安激光導航器相關數(shù)據(jù)信息，該數(shù)據(jù)幀包括721個激光數(shù)據(jù)以及設備名牌，掃描角度，掃描率，掃描分辨率，掃描起始時間，掃描結束時間，回波層序列號等其他輔助信息。

將每幀激光數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)構成樣本數(shù)據(jù)，樣本數(shù)據(jù)用二維浮點數(shù)組表示，數(shù)組中各個元素值分別對應agv到目的地的角度和距離。

如圖4所示，利用激光數(shù)據(jù)預處理模塊對輸入緩沖區(qū)的激光數(shù)據(jù)進行預處理，主要包括激光數(shù)據(jù)報文解析，剔除冗余激光數(shù)據(jù)。

激光數(shù)據(jù)報文解析。本安激光導航器發(fā)送的報文包括激光數(shù)據(jù)和其他輔助信息，因此需要從報文數(shù)據(jù)中解析出激光數(shù)據(jù)，便于后續(xù)開展數(shù)據(jù)的預處理工作。

剔除冗余激光數(shù)據(jù)?？紤]到數(shù)據(jù)的連續(xù)性和存儲的方便性，首先存儲掃描一周的全部數(shù)據(jù)，激光器找到目標(運輸目的地)后，只存儲激光器正前方45度～135度的激光數(shù)據(jù)，其余角度的掃描數(shù)據(jù)剔除，減少冗余數(shù) 據(jù)的處理量。

如圖5所示，小車轉(zhuǎn)向模塊。(a)小車90度前進或后退，(b)小車s型轉(zhuǎn)向，(c)小車x度平移，(d)小車轉(zhuǎn)向判斷流程圖。利用小車轉(zhuǎn)向模塊對數(shù)據(jù)指令運行并執(zhí)行。轉(zhuǎn)向模塊包括轉(zhuǎn)向指令的判斷，轉(zhuǎn)向電機執(zhí)行。首先判斷指令是90度直行前進、90度直向后退、s型任意角度轉(zhuǎn)向還是x度平移。之后通過前后兩個轉(zhuǎn)向電機執(zhí)行轉(zhuǎn)向，使下車輪轉(zhuǎn)到合適的位置。

如圖6所示，小車驅(qū)動模塊。利用小車驅(qū)動模塊對數(shù)據(jù)指令運行并執(zhí)行。驅(qū)動模塊包括接受驅(qū)動指令和執(zhí)行驅(qū)動指令，首先接受驅(qū)動指令，其次通過4個小車輪的每個驅(qū)動電機來驅(qū)動小車。

通過上述描述可以知曉，利用本發(fā)明所述的危險品運輸機器人、激光導航自主運輸系統(tǒng)及方法，可以實現(xiàn)無人搬運系統(tǒng)的高靈活性、高安全性，從而能夠使得agv系統(tǒng)在智能化、信息化、柔性化、敏捷化等方面表現(xiàn)俱佳，真正實現(xiàn)安全的自主運輸。

本領域技術人員應當知曉，本發(fā)明說明書實施方式中的描述只是原理性的，其并不應當被理解為對本發(fā)明的限定，任何不脫離本發(fā)明主旨而對本發(fā)明所進行的改進均落入本發(fā)明所要求保護的范圍。