本發(fā)明涉及無人駕駛運動小車，運動機器人運行路徑導引領(lǐng)域，尤其涉及倉儲搬運機器人運行路徑自動導引系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著社會的快速發(fā)展，大量貨物品種的陸續(xù)推向市場，不管是大型公司的倉庫庫房管理，還是電商平臺的物流倉儲的貨物管理，都面臨貨物出入庫搬運問題。搬運機器人（簡稱AGV，Automated Guideed Vehicle）廣泛運用于工業(yè)、交通運輸，倉庫管理等領(lǐng)域，現(xiàn)有市面上的搬運機器人裝備有電磁或光學等自動導引裝置，能夠沿規(guī)定的導引路徑行駛。

目前用于AGV導引技術(shù)主要有以下幾種方式，這些方式或多或少都存在一些不足。1）直接坐標方式，該方法通過用定位塊將待行駛區(qū)域分成若干坐標小區(qū)域，通過對小區(qū)域的計數(shù)實現(xiàn)導引。該導航方式地面測量安裝復雜，工作量大，導引精度及定位精度較低，無法滿足復雜路徑的要求。2）電磁導引方式，該方法是在行駛路徑上埋設(shè)金屬線，并在金屬線上加載導引頻率，通過導引頻率的識別來實現(xiàn)AGV的導引。該導航方式的導航路徑難以更改擴展，對復雜路徑的局限性大。3）磁帶或磁釘導引方式，該方法是在路面上貼磁帶或磁釘?shù)却判栽娲孛嫦侣裨O(shè)金屬線，通過磁感應信號實現(xiàn)導航。磁帶或磁釘導航方式易受路徑周圍金屬物質(zhì)的干擾，而且易受打掃衛(wèi)生或碰撞帶來的機械損傷。4）慣性導引方式，該方式是在運動小車上安裝陀螺儀，在行駛區(qū)域的地面上安裝定位塊，小車可通過對陀螺儀偏差信號（角速度）的計算及地面定位塊信號的采集來確定自身的位置及航行，從而實現(xiàn)導引。該導引方式制造成本較高，導引精度和可靠性與陀螺儀的精度及相關(guān)算法密切相關(guān)。5）機器視覺導引方式，該方式通過視覺傳感器（CCD）將目標轉(zhuǎn)換成圖像信號，然后通過對這些信號進行各種運算來提取目標特征，進而根據(jù)判別的結(jié)果來控制小車的運動。視覺導引主要有兩個研究方向，一是完全意義上的視覺技術(shù)，可模擬人的視覺原理來識別道路；二是通過標識線來進行視覺導引，譬如在灰色地板上將行走路徑鋪設(shè)黑色條狀路徑。該導引方式是圖像處理算法較為復雜，地面鋪設(shè)的標識線容易磨損從而引起錯誤識別。6）反射式激光導引方式，該方式通過在小車上安裝激光掃描雷達，掃描行駛路徑周圍安裝的精確位置的激光反射板，運動小車通過激光掃描雷達發(fā)射激光束，同時采集由反射板發(fā)射的激光束，來確定其當前位置并進行導航，該導引方式需要在待行駛路徑周圍預先設(shè)置好一系列反光板，成本較高。

上述的多種導引方式均有一個不方便使用的共同點，先規(guī)劃好路徑，不便對路徑進行靈活變更，本發(fā)明所提的智能光學導引系統(tǒng)，克服上述在固定路徑做相關(guān)處理的方法，對路徑?jīng)]有任何改造的動作，而且可隨時依據(jù)路況靈活調(diào)整路徑。

針對AGV小車的導引方案，專利CN1263625C提出一種光學制導式自動導引車導引裝置，該專利結(jié)合上面所述的方法4與6，需要預先架設(shè)激光發(fā)射板，專利CN103019240B提出利用超聲波傳感器感測預設(shè)路徑周圍的距離信息，并預存在數(shù)據(jù)庫中，為后續(xù)小車行進提供路徑修正信息，該方法雖然沒有在預定路徑架設(shè)輔助設(shè)備，可針對路徑中突然出現(xiàn)的物體，譬如人員走動等，將會產(chǎn)生錯誤的判斷。本發(fā)明提出的智能光學導引系統(tǒng)，不需在預設(shè)路徑架設(shè)輔助設(shè)備，而且不易受環(huán)境變化干擾，很容易大力推廣實現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種應用于無人駕駛的運動小車或運動機器人的智能光學導引系統(tǒng)，能解決運動小車或機器人自動運動路徑控制問題，能廣泛應用在大型倉庫AGV小車路徑管理應用領(lǐng)域，餐廳、醫(yī)療機構(gòu)，居家等場所服務型機器人路徑管理應用領(lǐng)域，也可用于玩具車運動控制應用領(lǐng)域。

為了解決運動小車或機器人自動運動路徑控制問題問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種光學導引系統(tǒng)，包括導引光源裝置、被導引裝置及遠程控制終端，其中：

所述導引光源裝置包括多方位運動平臺及導引光源；所述導引光源安置在所述多方位運動平臺上，所述導引光源發(fā)出導引光束，所述導引光束照射地面形成光點；

所述被導引裝置包括光學探測單元及可電機驅(qū)動的運動物體，所述光學探測單元用來探測所述導引光源照射地面的反射光斑；

所述遠程控制終端包括通訊傳輸系統(tǒng)，所述遠程控制終端具有路徑調(diào)配功能。

所述光學導引系統(tǒng)，采用的通訊技術(shù)包含有線總線通訊技術(shù)及無線組網(wǎng)通訊技術(shù)，所述有線總線通訊技術(shù)包含RS485/422總線和Can總線，所述無線組網(wǎng)通訊技術(shù)包含Wifi、BLE、Zigbee、Antplus和Lora。

所述光學導引系統(tǒng)，采用的光源是LED光源、LD光源、或是以上兩種多波長光源組合的可進行混光調(diào)配的能顯示多種顏色的混光光源。

所述光學導引系統(tǒng)，采用四象限位移傳感器或CCD成像器件。

所述多方位運動平臺至少包含一軸可電動控制運動的平臺，所采用的運動平臺是X軸，Y軸，Z軸或任意組合的運動臺。

所述多方位運動平臺支持有線通訊方式或無線通訊方式，通過所述遠程控制終端發(fā)送運動指令并執(zhí)行相應運動動作。

本發(fā)明提供一種智能光學導引系統(tǒng)，包括用于導引的發(fā)光單元、安裝在運動小車或機器人上用于探測發(fā)光單元特定波長反射光的探測信號處理單元、可多方位運動平臺單元、控制單元：

所述用于導引的發(fā)光單元，可以采用激光（LD）光源，也可采用LED光源，也可采用其他燈泡式光源，用于導引的發(fā)光單元采用光束準直技術(shù)，依據(jù)實際應用場合調(diào)整光束形狀及尺寸大小。

所述探測信號處理單元采用視覺傳感器（譬如CCD）或四象限光電探測傳感器，在傳感器前端安裝與發(fā)光單元一致的濾波片，通過判斷反射光點運動方向，實時調(diào)整運動小車或機器人的運動路徑。

所述可多方位運動平臺單元至少包含一個電動控制運動平臺，導引光源安裝在該平臺上。

所述控制單元，包括手持終端對定位系統(tǒng)的控制或PC計算機端對定位系統(tǒng)的控制，通過有線或無線通訊方式，實現(xiàn)對多方位運動平臺的任意控制，確保導引光源能準確引導小車或機器人的運動路徑。

本發(fā)明提供的智能光學導引裝置還包括如下技術(shù)特征：

所述智能光學導引系統(tǒng)發(fā)光光源可以是持續(xù)發(fā)光或以特定頻率發(fā)光，在需要控制的運動小車或機器人數(shù)量不多的情況，譬如在探測器視場中只有一個反射光點情形，可采用持續(xù)發(fā)光方式；若需要導引物體較多，安裝在運動小車或機器人探測器視場存在多個反射光點情形，需要通過發(fā)光的不同頻率予以區(qū)分。

所述發(fā)光光源的光點圖案可以是點光源，十字圖案光源，圓形或方形等圖案光源。

所述多方位運動平臺具有坐標原點定位修正功能，能確保運動平臺經(jīng)過多次運動后，能及時返回原點進行坐標修正。

所述多方位運動平臺可通過手持終端采用有線或無線通訊方式進行遠程控制，其中有線方式可采用RS485/RS422總線方式,Can總線等方式進行組網(wǎng)通訊；無線方式可采用Zigbee, Antplus, BLE, LORA,Wifi等方式進行組網(wǎng)通訊。

所述智能光學定位系統(tǒng)的手持終端可用于手動調(diào)試導引光源，并對運動小車或機器人進行導引測試。

本發(fā)明提出的智能光學導引系統(tǒng)，充分結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點組網(wǎng)技術(shù)、多軸運動控制技術(shù)、光學準直定位技術(shù)，光點追蹤技術(shù)開創(chuàng)性地解決了無人駕駛運動小車或機器人運動路徑導引問題。

與現(xiàn)有AGV小車導引系統(tǒng)采取的RFID或激光雷達技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：1、極大減少類似目前磁條導引方式的對路面的路徑鋪設(shè)的改造；2、不必擔心對地面做衛(wèi)生而影響導引信息采集；3、非常方便后續(xù)設(shè)備維護，只需確保導引光源及光學探測單元正常工作，路徑擴容很容易調(diào)試及實現(xiàn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面對所需的附圖做簡單介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明提供的一種智能光學導引系統(tǒng)示意圖；

圖2是本發(fā)明所提出的導引裝置及被導引裝置的結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖3是本發(fā)明在庫房或車間AGV小車導引的示意圖；

圖4是本發(fā)明應用在單主干道導引路線示意圖；

圖5是本發(fā)明應用在多主干道導引路線示意圖；

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及最佳實施例，對本發(fā)明做進一步詳細說明。

本發(fā)明所提出的智能光學導引系統(tǒng)，主要用于無人駕駛運動小車，運動機器人運行路徑導引領(lǐng)域，尤其涉及倉儲搬運機器人運行路徑自動導引系統(tǒng)。

圖1示出了本發(fā)明提供的一種智能光學導引系統(tǒng)示意圖。1為被導引小車或機器人，2為反射光點探測單元，3為安置在運動電控平臺上的導引光源，4為導引光束，5為反射光束，6為導引光束照射地面的光點，7為光點探測單元探測區(qū)域。當光點探測單元在探測區(qū)域7內(nèi)探測到導引光束照射地面的光點時，將進入跟蹤尋的狀態(tài)，通過四項限位移傳感器或CCD成像探測器件，判定光點移動方向，并通過PID算法調(diào)整小車運動軌跡，實現(xiàn)對光點的實時跟蹤。

圖2給出導引裝置及被導引裝置的結(jié)構(gòu)示意框圖。被導引裝置（小車或機器人）包含有光點探測及信號處理單元，微處理器（MCU）單元，轉(zhuǎn)向控制及小車驅(qū)動控制單元，通訊傳輸單元。導引裝置包含有導引光源及指示光源控制單元，微處理器（MCU）單元，多軸運動平臺控制單元，通訊傳輸單元。

其中光點探測單元實現(xiàn)對探測區(qū)域內(nèi)光點的實時跟蹤探測，導引光束可采用持續(xù)發(fā)光或脈沖發(fā)光方式，若被導引裝置較少，在探測區(qū)域內(nèi)只有一個導引光點時，可采用持續(xù)發(fā)光方式進行導引，若被導引裝置較多，有可能在相同探測區(qū)域出現(xiàn)多個光點時，需要采用不同頻率的光點進行區(qū)分，導引光源在選擇特定頻率進行導引時，會通過通訊傳輸單元告知被導引裝置，使用的導引光脈沖頻率是多少，被導引裝置將使用對應頻率實現(xiàn)同步檢測，這樣將可避免其他頻率導引光脈沖的干擾。微處理器單元依據(jù)當前時刻探測到的光點位置與上一時刻探測到的光點位置偏差，采用PID算法進行計算，產(chǎn)生驅(qū)動小車轉(zhuǎn)向及運動電機的驅(qū)動信號，實現(xiàn)實時跟蹤的目的。

為避免導引光源數(shù)量增多引起的光束雜亂狀況，導引光源可采用近紅外波長是905nm的近紅外光源，人眼將看不到導引光源的存在，為增加人眼辨識導引光源是否處于工作狀態(tài)，可增加不同顏色可見指示光源進行標識，譬如讓導引光源的指示光源與被導引裝置的指示光源顯示相同顏色。多軸運動平臺控制單元會通過導引光束將被導引裝置導引至其正下方所處位置，當完成自己所處節(jié)點的導引工作后，會通過通訊控制單元告知遠程控制終端，遠程控制終端會自動分配下一個導引光源進行接力導引，確保被導引裝置運動至目的地。

圖3所示是在庫房或車間AGV小車導引的示意圖，其中101表示要前往指定工作臺的去程AGV小車，102表示返程的AGV小車，圖中可看到為避免去程與返程小車的相碰，在行進的主干道上采取雙車道辦法，采用光學導引方式的優(yōu)點是小車行進的路線是可以隨時進行調(diào)整，而不必如磁條軌道那樣固定路徑。

圖4是本發(fā)明應用在單主干道導引路線示意圖，圖中實線箭頭表示去程線路，等間隔虛線箭頭表示返程線路。圖中圓圈所示的301,302…309共九個節(jié)點表示9個導引光源，主干道L1上有A,D,E三個導引光源節(jié)點，單主干道方式主要用在被導引裝置數(shù)量不多的應用場合。不妨以被導引裝置需要從節(jié)點E運行到節(jié)點B為例，首先是導引節(jié)點A的導引光源工作，導引小車先運行到節(jié)點A，當小車被導引至節(jié)點A正下方后，節(jié)點A告知遠程控制系統(tǒng)已完成去程導引，系統(tǒng)會自動安排節(jié)點B開始進行接力導引，返程時，先由節(jié)點A導引小車沿虛線箭頭路線由B抵達A位置，然后節(jié)點A告知遠程控制系統(tǒng)已完成返程導引，系統(tǒng)會自動安排節(jié)點E開始進行返程接力導引。這種單主干道導引方式主要應用在被導引裝置數(shù)量較少的狀況，圖4所示的節(jié)點A在不同時刻分別可完成EA，DA，BA，CA四條線路的導引，針對被導引裝置較多的狀況，可通過在主干道增加導引光源節(jié)點方式來實現(xiàn)。

圖5是本發(fā)明應用在多主干道導引路線示意圖，相比圖4單主干道導引方式，圖5所示的多主干道方式在主干道時增加了311，312，321，322，331，332六個導引光源節(jié)點，與單主干道方式下的節(jié)點A的導引方式差異在于，單主干道方式下，導引節(jié)點A在同一時刻只能導引EA，DA，BA，CA四條線路中的一條路徑，而多主干道方式下，導引節(jié)點A處有3個導引光源（305，321，322），因而在同一時刻可導引EA，DA，BA，CA四條線路中的任意三條路徑，這樣在被導引裝置較多的狀況下會顯著提升系統(tǒng)導引效率。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。