一种激光导航叉车式AGV车载系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种激光导航叉车式AGV车载系统及控制方法，包括电动叉车本体，在电动叉车本体上设有车载主控制器，所述的车载控制器与定位导航模块、路径规划模块、安全避障模块、声光报警模块、运动执行模块、自动充电模块、无线通讯模块和任务管理调度模块相连；其中所述的定位导航模块，采用激光SLAM方式描述周围环境，并融合I MU、轮式里程计、摄像头传感器信息，完成建图和AGV叉车自身定位。

【技术实现步骤摘要】
一种激光导航叉车式AGV车载系统及方法
本专利技术涉及无人激光叉车控制领域，特别涉及一种无人激光叉车的车载系统及方法。
技术介绍
随着仓储物流自动化的快速发展和国内人口红利的消失，自动导引车(AutomatedGuidedVehicle，AGV)凭借其效率高、灵活性强等优点逐渐成为智慧物流系统的重要组成部分。其中，叉车式AGV作为代表，不仅可以实现物料搬运功能，而且可以实现物料堆垛的功能，基本完全替代人力，实现自动化。目前，市场上主流的激光叉车AGV是以电动叉车为主体，将激光雷达等传感器安装在电动叉车主体上，并在周围环境加装反光板等光学辅助装置，协助激光雷达进行定位，进而实现对AGV的控制。但是存在以下问题：1、现有的激光导航叉车式AGV安装反光板的定位方式对周围环境要求较高，反光板易被污染，周围物体的反射率对激光雷达定位的准确性有一定的影响，由于反光板安装的要求，在室外使用受限，且多采用单一传感器定位，躲避动态障碍物能力较差。2、现有的AGV路径规划方法多存在路径搜索时间长，冗余节点多等问题，影响AGV的工作效率。且对于多AGV的调度，存在路口拥堵等问题。3、只是将各类传感器安装在叉车主体上，其车载系统主要用于接收信息和发送指令，并没有将激光SLAM模块、路径规划模块、运动控制模块等做集成，可移植性较差。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术提出了一种激光导航叉车式AGV车载系统及控制方法，具有集成度高和架构精简等优势。本专利技术采用的技术方案如下：第一方面，本专利技术的实施例提供了一种激光导航叉车式AGV车载系统，包括电动叉车本体，在电动叉车本体上设有车载主控制器、定位导航模块、路径规划模块、安全避障模块、声光报警模块、运动执行模块、自动充电模块、无线通讯模块和任务管理调度模块；所述的车载主控制器为工控机，定位导航模块、路径规划模块、安全避障模块、声光报警模块、运动执行模块、自动充电模块、无线通讯模块分别与主控制器连接；其中所述的定位导航模块摒弃传统的反光板定位方式，采用激光SLAM方式描述周围环境，并融合IMU、轮式里程计、摄像头等传感器信息，完成建图和AGV叉车自身定位。路径规划模块可进行碰撞检测，计算AGV叉车和周围障碍物之间的距离，用于为AGV规划一条从起始位置到目标工位的最短无碰撞路径。安全避障模块采用硬件和软件相结合，接触式防护和非接触式防护配合的二级联合防护措施，包括车头部加装的2台专业性激光避障扫描仪，三区域防护模式，一个保护区两个警告区，车尾货叉尖部安装的避障检测光电，车头加装的保险杠和避障接触开关和货叉尖部加装的接触开关；声光报警模块用于出现故障时的报警提示。运动执行模块用AGV的行走、转向和货叉抬升下降，采用电液混合驱动方式，货叉抬升采用液压控制。自动充电模块用于为车载电池充电，提高AGV工作效率。无线通讯模块用于与远程控制中心之间的数据通讯，起到数据传输，数据中转作用。任务调度模块用于多台AGV的任务管理调度。整体系统基于ROS操作系统。第二方面，基于上述系统，本专利技术实施例还提供了一种方法，其中，定位导航模块的建图方法如下：步骤1：系统通过IMU采集速度和加速度信息，通过姿态解算、互补滤波完成对AGV自身姿态的初步估计；步骤2：通过轮式里程计采集速度信息完成AGV的航迹推算从而进行AGV自身位置估计，融合姿态估计与位置估计完成位姿估计；步骤3：多线激光雷达采用点云分割匹配技术，基于点云片段和分类出的目标的方法，建立周围环境的点云描述模型，并与估计的位姿进行扫描匹配得到匹配后的位姿；步骤4：摄像头进行标志位姿和标志尺寸的识别；步骤5：与激光雷达匹配位姿动态加权得到高精度位姿；步骤6：输出位姿到中心控制器调整车轮的转速和转角；步骤7：判断是否到达目标任务点，若到达则导引完成，若未到达，则开始下一个扫描周期。进一步的，所述的路径规划模块对路径进行规划的方法如下：步骤1：首先根据地图精度划分栅格；步骤2：将起始点加入开放列表；步骤3：以起始点为中心向8个方向搜索节点；步骤4：将满足条件的跳点加入开放列表；步骤5：寻找开放列表中最小值的栅格点记为X点；步骤6：判断X是否为目标点，若为目标点，则结束路径搜索，若不是目标点，则将X点从开放列表中删除，将X点加入关闭列表；步骤7：可向直线方向和斜线方向寻找节点，当两个方向都可以扩展时，优先进行直线方向的扩展，先完成直线方向的扩展再进行对角线方向的扩展；搜索直线方向或对角线方向上的第一个跳点N；步骤8：将N点在关闭列表中删除；步骤9：判断N点是否在开放列表中，若不在，则将N点加入开放列表，若在，则更新N点在开放列表中的值，再进行下一轮搜索；步骤10：当搜索完成后，遍历关闭列表中的节点，将所有的节点依次连在一起，便得到最终路径。根据最终生成的路径，运用导航框架，输出速度信息，可实现AGV的运动控制。上述本专利技术的实施例的有益效果如下：本专利技术提出的激光导航叉车式AGV车载系统及控制方法，改进相关算法，具有集成度高和架构精简等优势。摒弃传统的反光板的定位建图方法，采用SLAM算法，并融合IMU、里程计和摄像头等传感器数据，提高激光定位精度，提高环境适应性，扩展了AGV的工作范围。改进相关路径规划算法，减少了路径搜索节点，缩短了路径搜索时间，提高了AGV自主导航效率。提出新的AGV多机调度方法，有效缓解路口拥堵问题，避免冲突的同时减少绕路现象。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1是本专利技术整体系统框架结构示意图；图2是本专利技术定位建图模块流程图；图3是本专利技术路径规划模块流程图；图4是本专利技术避障模块流程图；图5是本专利技术自动充电模块流程图；图6是本专利技术运动控制模块流程图；图7是本专利技术管理调度流程图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本专利技术另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；正如
技术介绍
所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本专利技术提出了一种激光导航叉车式AGV车载系统及控制方法。本专利技术的一种典型的实施方式中，如图1、图2所示，本实施例中公开了一种激光导航叉车式AGV车载系统，包含电动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光导航叉车式AGV车载系统，其特征在于，包括电动叉车本体，在电动叉车本体上设有车载主控制器，所述的车载控制器与定位导航模块、路径规划模块、安全避障模块、声光报警模块、运动执行模块、自动充电模块、无线通讯模块和任务管理调度模块相连；/n其中，所述的定位导航模块，采用激光SLAM方式描述周围环境，并融合IMU、轮式里程计、摄像头传感器信息，完成建图和AGV叉车自身定位。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光导航叉车式AGV车载系统，其特征在于，包括电动叉车本体，在电动叉车本体上设有车载主控制器，所述的车载控制器与定位导航模块、路径规划模块、安全避障模块、声光报警模块、运动执行模块、自动充电模块、无线通讯模块和任务管理调度模块相连；
其中，所述的定位导航模块，采用激光SLAM方式描述周围环境，并融合IMU、轮式里程计、摄像头传感器信息，完成建图和AGV叉车自身定位。


2.如权利要求1所述的激光导航叉车式AGV车载系统，其特征在于，所述的路径规划模块选择关键点作为跳跃点，采用跳跃点判断的方式，以起始点为中心根据规则挑选符合条件的跳点，并以原跳点和新跳点的方向为下一次搜索方向搜索跳点，直至到达终点。


3.如权利要求1所述的激光导航叉车式AGV车载系统，其特征在于，所述的安全避障模块包括接触式防护模块和非接触式防护模块两个。


4.如权利要求3所述的激光导航叉车式AGV车载系统，其特征在于，所述的接触式防护模块包括安装在车头的保险杠、安装在车尾货叉尖部的避障接触开关和安装在门架上端的限高接触开关。


5.如权利要求3所述的激光导航叉车式AGV车载系统，其特征在于，所述的非接触式防护模块包括安装在电动叉车本体车头部的激光避障扫描仪。


6.如权利要求5所述的激光导航叉车式AGV车载系统，其特征在于，所述的激光避障扫描仪包括两个，安装在车头两角处，且激光扫描仪的扫描角度为270度。


7.如权利要求1所述的激光导航叉车式AGV车载系统，其特征在于，所述的运动执行模块用AGV的行走、转向和货叉抬升下降，采用电液混合驱动方式，货叉抬升采用液压控制。


8.基于权利要求1-7任一所述的激光导航叉车式AGV车载系统的控制方法，其特征在于，定位导航模块的建图方法如下：
步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦齐，万熠，梁西昌，侯嘉瑞，刘自若，贺翔，李亚男，荣培植，吴付旺，巩方彬，陈飞，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37