[发明专利]一种基于麦克纳姆轮自主导航全向车控制系统

摘要

本发明涉及一种基于麦克纳姆轮自主导航全向车控制系统，属于车间物流搬运与装配技术领域。本发明采用车体伺服运动控制系统结合视觉导航定位技术和自动对接系统实现车体按照主控调度系统设定路线，完成产品及零部件的自动转运及与装配工位自动对接，同时在狭窄空间采用无线遥控技术实现手动转运的功能。

主权项

一种基于麦克纳姆轮自主导航全向车控制系统，其特征在于，包括：供电系统(1)、车体运动控制系统(2)、主控调度系统(3)、车体无线通讯模块、无线遥控器(6)、驱动系统(7)、自主导航系统(8)、自动对接系统(9)和安全防撞系统(10)；所述车体无线通讯模块包括主控无线通讯模块(4)和遥控无线通讯模块(5)；所述供电系统(1)包括：电池组、逆变电源和直流转换电源；所述电池组与逆变电源电连接，逆变电源用于驱动系统(7)中四组伺服驱动器的供电；电池组与直流转换电源电连接，直流转换电源用于车体运动控制系统(2)、自主导航系统(8)、自动对接系统(9)和安全防撞系统(10)的供电；所述车体运动控制系统(2)包括伺服运动控制器和信号扩展模块，所述信号扩展模块用于通过主控无线通讯模块(4)接收主控调度系统(3)的路径命令信息、自主导航系统(8)的反馈数据信息、自动对接系统(9)的反馈数据信息以及安全防撞系统(10)的反馈数据信息；所述伺服运动控制器用于对信号扩展模块接收的反馈数据信息进行处理，向驱动系统(7)实时发送执行命令信息，控制全向转运车的运动；所述主控调度系统(3)包括上位机调度界面和无线收发通讯模块，主控调度系统(3)与主控无线通讯模块(4)连接实现与车体实时通信；上位机调度界面用于实现对全向转运车进行路线设定，完成多台全向转运车的调度规划；所述主控无线通讯模块(4)用于主控调度系统(3)与车体运动控制系统(2)通信；所述无线遥控器(6)通过遥控无线通讯模块(5)与车体运动控制系统(2)实现通信，用于手动控制全向转运车运动，实现的运动方向有前进、后退、左移、右移和原地旋转；所述驱动系统(7)包括四组伺服驱动器、四组驱动电机，每组伺服驱动器与一驱动电机对应电连接，车体运动控制系统(2)分别与四组伺服驱动器连接，并向伺服驱动器发送运动指令同时接收伺服驱动器的内部编码器反馈信号，伺服驱动器用于按照运动指令中的给定速度和方向控制驱动电机进行转动，驱动电机通过减速器与全向转运车的车轮连接；所述自主导航系统(8)包括图像采集模块、信号处理模块、颜色带、二维矩阵码和减速控制码；其中图像采集模块安装在车体中心位置，每间隔一定时间采集地面上颜色带、二维矩阵码或减速控制码的信息，颜色带、二维矩阵码和减速控制码铺设在地面上，车体直行时图像采集模块扫描颜色带的位置信息，在减速区扫描减速控制码的减速站点号信息，在转弯处扫描二维矩阵码的位置信息，信号处理模块对图像采集模块的扫描信息进行处理，即，将图像信息转换为二进制数字信息，并通过RS485协议向车体运动控制系统(2)发送处理后的数据，车体运动控制系统(2)对数据进行解算后得到车体的姿态信息、减速命令信息或转弯位置信息，其中姿态信息包括左右偏移值和偏转角度，减速命令信息包括规定减速站点号信息，转弯位置信息包括前后、左右坐标值和偏转角度；当全向转运车导航直行时图像采集模块把采集的图像信息传送给车体运动控制系统(2)，车体运动控制系统(2)把解算后得到的车体中心左右偏移值d1和偏转角β1，与存储在车体运动控制系(2)中作为给定值的左右偏移值d2和偏转角β2进行比较得出：d＝d1‑d2,β＝β1‑β2，其中d为左右偏差值，β为角度偏差值，进而对左右偏差值和角度偏差值分别进行PID控制；当全向转运车进行转弯或停止时，图像采集模块首先检测到减速控制码的减速站点号信息，车体运动控制系统(2)通过减速站点号信息进行判断，如果此减速站点号信息为转弯或停止站点时，车体开始减速，直到图像采集模块检测到二维矩阵码的中心坐标原点位置时，车体停止或进行原地转弯；所述自动对接系统(9)包括三个激光位移传感器和三个挡板，挡板安装在装配工位下方，其中第一、第二激光位移传感器安装在车前端两侧，激光检测方向为车体前进方向，第一、第二激光位移传感器分别检测自身到挡板的距离分别为d1和d2，第三激光位移传感器安装在车体前端中心位置，激光检测方向为车体横向方向，第一、第二激光位移传感器检测自身到对应挡板的距离为d3，三个激光位移传感器测量的距离值反馈到车体运动控制系统(2)中；全向转运车到达装配工位站点后，第一、第二激光位移传感器测量前方距离为100mm时减速停止，开始与装配工位自动对接，车体运动控制系统(2)通过距离值计算得到Δd＝d1‑d2为车体前端左右偏转误差，Δd1＝d3‑d4为车体前端左右横向偏移误差，其中d4＝100mm为横向设定值，把Δd和Δd1作为测量偏差值分别进行自动对接PID控制；所述安全防撞系统(10)包括两个安全扫描仪，安装在车体前后两端，用于检测行进中前后方2米范围内是否有障碍物，当前方2米处出现障碍物时，安全扫描仪反馈信号至车体运动控制系统(2)中，车体运动控制系统(2)控制全向转运车开始减速，当检测到距离为1m时，控制全向转运车开始停止运动，直到障碍物消除控制全向转运车开始继续运动。