本發(fā)明涉及自動化，具體來說是指一種背負式agv小車及其引導方法。

背景技術(shù)：

1、agv小車，定義為：是配備自動導引裝置，還能夠按照規(guī)定的導引路線自動行駛的運輸車輛或工具。在中國實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級的道路中，agv小車為智能化升級的重要環(huán)節(jié)，隨著智能制造的發(fā)展，agv小車的應(yīng)用將會越來越廣泛，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)24小時的連續(xù)運作，還能夠降低人力成本。在許多大型制造業(yè)工廠、物流倉庫等場景中，agv小車已經(jīng)得到普遍使用，尤其是汽車、工程機械行業(yè)及其零部件制造業(yè)。

2、在實際的生產(chǎn)場地或倉儲廠房中，環(huán)境復雜、來往人員較多，使用人工駕駛叉車運輸材料或者配送物料整體效率低下，而且與agv小車相比還會有較高的出錯率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的是以上背景技術(shù)中提到的技術(shù)問題，第一方面提供一種背負式agv小車，可替代人工作業(yè)，減少人工成本開支，降低出錯率，提高生產(chǎn)效率。

2、第二方面提供一種引導方法，應(yīng)用于第一方面提供的背負式agv小車，能夠通過調(diào)度系統(tǒng)進行靈活協(xié)調(diào)，還能夠通過具體實施的項目特征靈活的調(diào)整正極程序和參數(shù)，從而達到適配所有運行場所。

3、根據(jù)本發(fā)明第一方面的內(nèi)容，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：一種背負式agv小車，包括盒形的車體，車體內(nèi)安裝有電池包、工控機、控制板、驅(qū)動器和伺服電機，電池包為全車供電，工控機、控制板、驅(qū)動器和伺服電機之間均電性連接，伺服電機安裝于車體左右兩側(cè)的下端，驅(qū)動器安裝于伺服電機上方的車體內(nèi)，伺服電機的外側(cè)均連接有主動輪，車體前端中部安裝有工業(yè)攝像機和多個開關(guān)按鈕，工業(yè)攝像機與工控機通信連接，用于實時監(jiān)測車輛所處的環(huán)境，并以02s-0.5s的間隔拍攝照片，然后將圖像數(shù)據(jù)傳回工控機，由工控機對當前環(huán)境照片進行分析和處理，并將行駛指令發(fā)送給控制板，再由控制板通過can報文發(fā)送指令給驅(qū)動器，通過驅(qū)動器控制左右伺服電機從而控制車輛前進或轉(zhuǎn)向。

4、在一些實施例中，所述車體內(nèi)前后兩端中部均安裝有從動支撐板，所述從動支撐板的下端安裝有轉(zhuǎn)向軸，所述轉(zhuǎn)向軸的下端轉(zhuǎn)動連接有從動輪，轉(zhuǎn)向軸使從動輪實現(xiàn)橫向的全向旋轉(zhuǎn)，所述車體內(nèi)左右兩側(cè)中部均安裝有主動支撐板，所述主動支撐板的下端通過減震裝置連接伺服電機，所述主動支撐板和所述從動支撐板的上端抵接盒形車體的上蓋，所述電池包安裝于前側(cè)的從動支撐板與主動支撐板之間。

5、在一些實施例中，所述減震裝置包括伸縮桿和減震彈簧，所述伸縮桿和減震彈簧的上下端分別固定于主動支撐板和伺服電機上，所述減震彈簧套設(shè)于伸縮桿上。

6、在一些實施例中，所述車體后側(cè)安裝有多個信號燈，用于反饋車輛當前狀態(tài)，所述信號燈包括狀態(tài)檢測燈、轉(zhuǎn)向燈、示寬燈，所述開關(guān)按鈕包括電源開關(guān)、手自動開關(guān)、自復位開關(guān)，所述車體內(nèi)還安裝有集控盒，所述集控盒中集成有保險絲和繼電器，用于給整車用電器的電路進行保護，避免發(fā)生短路燒毀的風險。

7、在一些實施例中，所述車體的左側(cè)和右側(cè)各設(shè)有一個急停開關(guān)，在遇到緊急情況時，可通過拍下急停開關(guān)實現(xiàn)整車底盤的斷電，從而保證車輛的立即停止。

8、根據(jù)第二方面的內(nèi)容，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：一種引導方法，應(yīng)用于第一方面提供的背負式agv小車，包括：

9、s1、對通過工業(yè)攝像機拍攝的照片進行圖像處理；

10、s2、圖像邊緣特征提取；

11、s3、建立障礙物模型并計算避障路徑；

12、s4、確立模糊控制器的控制規(guī)則u。

13、在一些實施例中，

14、s1、對通過工業(yè)攝像機拍攝的照片進行圖像處理；

15、s11、圖像灰度化；將采集到的圖像數(shù)據(jù)存儲為圖片格式，然后建立圖像立體模型，設(shè)定原點為黑色，在x，y，z三坐標軸上，其中，(1,0,0)、(0,1,0)、(0,0,1)分別代表紅色、綠色、藍色，使用加權(quán)平均法得到灰度化圖像；

16、s12、圖像降噪處理；設(shè)立一個3*3的圖像模板針對采集的圖像像素進行掃描，圖像中每掃描一次都對3*3模板中的像素值進行從小到大的排序，并計算每一次掃描的中值，將掃描計算出的中值設(shè)定為像素中值點然后賦值給掃描的圖像模板的中心點，從而使得圖像整體的像素值降低；

17、s13、圖像閾值分割；采用otsu算法對圖像閾值分割，閾值分割就是將圖像主題與背景的特征進行區(qū)分的過程；具體實施過程如下：

18、設(shè)定圖像中灰度值為的像素總數(shù)為，其中灰度值參數(shù)設(shè)定范圍在，則該圖像中的總像素表達式為：

19、

20、基于以上得到各灰度值出現(xiàn)的概率，其中當為0時，能夠得到：

21、

22、將圖像中的灰度值劃分為a、b兩個部分，其中劃分的閾值為m，則a和b的兩區(qū)域的概率如下表達式：

23、

24、

25、由此可得，a、b區(qū)域的平均灰度值：

26、

27、

28、由上述公式，得平均灰度：

29、

30、同時，a、b兩區(qū)域的總方差為：

31、

32、當總方差的數(shù)值為最大值時，此時的m為最佳閾值。

33、在一些實施例中,

34、s2、圖像邊緣特征提取；

35、s21、高斯濾波去噪；設(shè)定高斯函數(shù)，通過高斯濾波消除圖像中的噪點，表達式如下：

36、

37、

38、式中，為采樣圖像的數(shù)據(jù)；

39、s22、計算梯度和角度圖像；使用一階差分卷積模板，計算可得梯度圖像表達式為：

40、

41、

42、s23、非極大值抑制；通過計算得到的像素點的極大值，對像素點進行區(qū)域劃分和分類，然后將非邊緣點去除，留下邊緣特征點，從而能夠確定圖像邊緣；

43、s24、運用雙閾值連接圖像邊緣；通過上述步驟s23后，將剩余的邊緣點進行分類，將兩個梯度值作為閾值的分割點，將所有邊緣點劃分為三類，設(shè)定大于最大閾值的為邊緣點，小于最小閾值的為非邊緣點，處于最大閾值和最小閾值之間的需要進一步判斷，分析領(lǐng)域的八個點的數(shù)值，當領(lǐng)域的八個點有一個或者多個點的梯度只大于最小閾值時，則設(shè)定為邊緣點，否則為非邊緣點。

44、在一些實施例中，

45、s3、建立障礙物模型并計算避障路徑；

46、s31、障礙物的設(shè)定；首先需要對agv小車行徑途中的圖像進行判斷是否有障礙物，具體方法如下：

47、第一，由工業(yè)攝像機采集環(huán)境圖像信號傳送給工控機，由工控機進行圖像分析；

48、第二，對圖像進行前面預(yù)處理的方法進行預(yù)處理，得到處理后的圖像；

49、第三，對有障礙物和無障礙物的圖像的像素點進行設(shè)置，設(shè)置閾值p為有障礙物的最小像素值，閾值q為無障礙物時的最大像素值，并將所有圖像的處理結(jié)果的中值作為閾值o，且q<o<p；

50、第四，agv小車在作業(yè)過程中，拍攝的圖像像素數(shù)大于o時，判斷為前方有障礙物，小于o時，前方?jīng)]有障礙物；

51、s32、安全區(qū)域的設(shè)定；根據(jù)工業(yè)攝像機的性能情況，將agv小車的行走區(qū)域進行如下劃分：緩沖區(qū)域、減速區(qū)域、危險區(qū)域；

52、緩沖區(qū)域：通過單目視覺判斷車體與障礙物之間的距離達到安全距離值時，此時agv小車的避障系統(tǒng)開始工作，安全距離值可根據(jù)實際情況進行設(shè)定，當進入緩沖區(qū)域時，agv小車的工控機會發(fā)出報警信號，提示周圍工作人員避讓或者將障礙物搬離，但車輛不會減速；

53、減速區(qū)域：在agv小車越過緩沖區(qū)域后，agv小車繼續(xù)前進，如果在減速區(qū)域通過單目視覺檢測到障礙物，則agv小車進行減速行進；

54、危險區(qū)域：在agv小車越過減速區(qū)域后，agv小車慢速進入危險區(qū)域，此時，agv小車立刻停止；

55、區(qū)域范圍的具體數(shù)值連接上位機進行修改；

56、s33、相機測距；在工控機中安裝c語言軟件，并同步安裝相機標定工具箱，獲取相機的內(nèi)參和外參，內(nèi)參包括焦距、光心，外參包括相機在世界坐標系中的位置和姿態(tài)；使用棋盤格標定板等標準圖案，拍攝多張不同角度和位置的照片，通過c語言軟件相機開源工具包進行分析處理；利用相機標定得到的內(nèi)參和外參，將圖像坐標系中的像素坐標轉(zhuǎn)換為世界坐標系中的物理坐標，在世界坐標系中，通過計算目標點與原點的距離，即可得到實際的物理距離；

57、s34、agv小車避障模型；

58、s341、障礙物壓在給定區(qū)域的右側(cè)，建立幾何模型如下所示：

59、設(shè)定障礙物長2c、寬2d，agv小車長2a、寬2b，繞行點為g，安全距離為，安全閾值為h，通過工業(yè)攝像機檢測agv小車與障礙物的距離，當距離小于時，小車從障礙物左側(cè)繞行，j點為繞行中點，再設(shè)定g、c、d的坐標為、、，圓心坐標，能夠得到如下關(guān)系式：

60、agv小車的轉(zhuǎn)彎半徑r：

61、

62、agv小車的繞行角為：

63、

64、此時，小車的繞行路線弧長為：

65、

66、控制小車沿著弧長能夠繞過障礙物到達終點i；

67、s342、障礙物壓在給定區(qū)域的左側(cè)，建立幾何模型，計算過程與上述步驟s341類似。

68、在一些實施例中，

69、s4、確立模糊控制器的控制規(guī)則u；

70、設(shè)定二維模糊控制器的輸入變量e和ec，分別作為偏差和偏差變化，設(shè)定輸入輸出的變量范圍在，再進行離散化得到集合：

71、

72、將實際變量范圍轉(zhuǎn)換為區(qū)間內(nèi)，設(shè)定實際變量范圍為，設(shè)轉(zhuǎn)化結(jié)果為q，可表示為：

73、

74、根據(jù)現(xiàn)場實際情況，可根據(jù)上面公式調(diào)整距離偏差、角度偏差的變化范圍，隨后確定語言變量：；

75、轉(zhuǎn)換成字母表達式如下：；

76、基于以上，確立模糊控制器的控制規(guī)則u：

77、①當agv小車的位置偏差e和角度偏差ec大于0，則工控機傳遞信號給控制板，控制板再傳遞信號給驅(qū)動器，然后由驅(qū)動器傳遞信號給伺服電機，隨后agv小車右側(cè)的驅(qū)動輪加速，左側(cè)的驅(qū)動輪減速；

78、②當agv小車的位置偏差e和角度偏差ec小于0，則工控機傳遞信號給控制板，控制板再傳遞信號給驅(qū)動器，然后由驅(qū)動器傳遞信號給伺服電機，隨后agv小車左側(cè)的驅(qū)動輪加速，右側(cè)的驅(qū)動輪減速；

79、③當agv小車的位置偏差e和角度偏差ec中有一個大于0，一個小于0，則工控機傳遞信號給控制板，控制板再傳遞信號給驅(qū)動器，然后由驅(qū)動器傳遞信號給伺服電機，隨后agv小車狀態(tài)不變，左右兩側(cè)驅(qū)動輪為同一轉(zhuǎn)速，車輛直線行駛；

80、根據(jù)位置與角度偏差的變化，能夠得出如下模糊控制規(guī)則u：

81、e=nb，ec=nb則u=pb；e=nb，ec=nm則u=pb；e=nb，ec=ns則u=pm；e=nb，ec=zo則u=pm；e=nb，ec=ps則u=ps；e=nb，ec=pb則u=ps；e=nb，ec=pm則u=zo；

82、e=nm，ec=nb則u=pb；e=nm，ec=nm則u=pb；e=nm，ec=ns則u=pm；e=nm，ec=zo則u=ps；e=nm，ec=ps則u=ps；e=nm，ec=pb則u=zo；e=nm，ec=pm則u=zo；

83、e=ns，ec=nb則u=pm；e=ns，ec=nm則u=pm；e=ns，ec=ns則u=pm；e=ns，ec=zo則u=ps；e=ns，ec=ps則u=zo；e=ns，ec=pb則u=ns；e=ns，ec=pm則u=nm；

84、e=zo，ec=nb則u=pm；e=zo，ec=nm則u=ps；e=zo，ec=ns則u=ps；e=zo，ec=zo則u=zo；e=zo，ec=ps則u=ns；e=zo，ec=pb則u=nm；e=zo，ec=pm則u=nm；

85、e=ps，ec=nb則u=ps；e=ps，ec=nm則u=ps；e=ps，ec=ns則u=zo；e=ps，ec=zo則u=ns；e=ps，ec=ps則u=ns；e=ps，ec=pb則u=nm；e=ps，ec=pm則u=nm；

86、e=pb，ec=nb則u=zo；e=pb，ec=nm則u=zo；e=pb，ec=ns則u=ns；e=pb，ec=zo則u=nm；e=pb，ec=ps則u=nm；e=pb，ec=pb則u=nm；e=pb，ec=pm則u=nb；

87、e=pm，ec=nb則u=zo；e=pm，ec=nm則u=ns；e=pm，ec=ns則u=ns；e=pm，ec=zo則u=nm；e=pm，ec=ps則u=nm；e=pm，ec=pb則u=nb；e=pm，ec=pm則u=nb；

88、在得到最終的模糊值之后，通過重心法計算隸屬度函數(shù)曲線與橫坐標軸圍城區(qū)域的重心，從而求解控制量，然后工控機將求解的控制量以對應(yīng)的物理量信號發(fā)送給控制板，再由控制板發(fā)送給驅(qū)動器，從而實現(xiàn)對伺服電機的控制。

89、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：1、替代人工作業(yè)，減少人工成本開支；2、降低出錯率，提高生產(chǎn)效率；3、使用agv小車進行物料搬運能夠有效減少出錯的概率與次數(shù)，同時，agv小車能夠做到除充電時間以外的不停機運轉(zhuǎn)；4、高柔性化，agv小車的工作流程與工作路徑，能夠通過調(diào)度系統(tǒng)進行靈活協(xié)調(diào)，還能夠通過具體實施的項目特征靈活的調(diào)整正極程序和參數(shù)，從而達到適配所有運行場所；5、agv小車的供能主要還是電能，相比于當前的內(nèi)燃叉車或者液化氣叉車參與的搬運環(huán)境，電能的使用成本更低，同時還能夠達到0尾氣的排放。

90、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。