一种新型激光导航系统

技术领域

本发明涉及激光导航技术领域，具体是一种新型激光导航系统。

背景技术

自动导向小车(Automated Guided Vehicle，AGV)是移动机器人的一种，是现代制造业中的重要设备，主要用来搬运物品；AGV小车的自动导航需要借助电磁或光学等设备沿固定的路径行驶，激光导引是九十年代中期采用的一种导航方式，但目前大多数的AGV激光导航需要在AGV运行周围安装反光板作为定位设备，导致应用场景受到很大的限制。而对于无反光板的激光导航方式，由于没有轨道，没有辅助定位设备，行驶路径灵活多变，AGV沿任意路径自由稳定的运动仍是一个亟待解决的技术难题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种新型激光导航系统，能够在无反光板的情况下实现AGV小车的灵活运动。

本发明的一种新型激光导航系统，包括远程控制端和运动端；

远程控制端包括转向架，转向架包括基座、水平转动支架、俯仰支架和驱动机构，水平转动支架设置在基座上，俯仰支架设置在水平转动支架上，驱动机构设置在基座和水平转动支架上用于驱动水平转动支架和俯仰支架的转动；

俯仰支架上设有多个激光发射器，基座内设有运算控制器和第一存储器，第一存储器和多个激光发射器均与运算控制器连接，驱动机构与运算控制器连接；

多个激光发射器的发射的激光波长各不相同；

第一存储器用于存储激光发射器在激发对应波长的激光时驱动机构对应的动作指令；

运动端包括激光接收器、运动控制器、第二存储器和移动小车，激光接收器和第二存储器与运动控制器连接；

第二存储器用于存储激光接收器在接收到对应波长的激光时运动控制对应的动作指令。

进一步，所述运算控制器为STM32单片机，所述第一存储器通过数据总线与STM32单片机连接。

进一步，所述水平转动架通过竖直转轴与所述基座转动连接，所述俯仰支架通过水平转轴与所述水平转动支架转动连接；

所述驱动机构包括第一电机、第二电机、电机控制器、绝对值编码器、第一减速齿轮组和第二减速齿轮组，第一电机和第二电机分别设置在所述基座和水平转动支架上，第一电机通过第一减速齿轮组与竖直转轴传动连接，第二电机通过第二减速齿轮组与水平转轴传动连接；

电机控制器的信号输入端与所述STM32单片机连接，电机控制器的控制逻辑输出端与第一电机和第二电机连接，第一电机和第二电机的转动上均设有绝对值编码器，绝对值编码器通过串行数据接口与所述STM32单片机连接。

进一步，所述第一减速齿轮组包括啮合连接的第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮设置在所述第一电机的转轴上，第二齿轮设置在所述水平转轴上，第一齿轮的尺寸小于第二尺寸的尺寸；

所述第二减速齿轮组包括啮合连接的第三齿轮和第四齿轮，第三齿轮设置在所述第二电机的转轴上，第四齿轮设置在所述水平转轴上，第三齿轮的尺寸小于第四齿轮的尺寸。

进一步，所述激光发射器包括：

第一激光发射器，发射激光的波长为193nm，用于确认连接；

第二激光发射器，发射激光的波长为248nm，用于控制前进；

第三激光发射器，发射激光的波长为308nm，用于控制后退；

第四激光发射器，发射激光的波长为337nm，用于控制左转；

第五激光发射器，发射激光的波长为488nm，用于控制右转；

第六激光发射器，发射激光的波长为514nm，用于控制停止；

第七激光发射器，发射激光的波长为543nm，用于控制加速，加速程度与信号时间成正比；

第八激光发射器，发射激光的波长为633nm，用于控制减速，减速程度与信号时间成正比；

第九激光发射器，发射激光的波长为1064nm，用于测距。

进一步，多个所述激光发射器连接电源后通过开关管与所述STM32单片机的引脚连接。

本发明的有益效果是：本发明的一种新型激光导航系统，通过将远程控制端中的多个激光发射器设置在转向架上，多个激光发射器通过发射不同波长的激光信号从而控制运动端作出不同的运动动作，同时，转向架根据自身发出的不同波长的激光信号进行自身调节，使得激光发射器能够一直对准运动端，从而使得本发明能够在无反光板的情况下实现AGV小车的灵活运动。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图：

图1为本发明的系统框图；

图2为本发明的导航演示图；

图3为本发明的转向架的侧视结构示意图；

图4为本发明的转向架的正视结构示意图。

附图标记如下：1-基座、2-水平转向支架、3-俯仰支架、4-第一电机、5- 第一电机、6-第一减速齿轮组、7-第二减速齿轮组、21-竖直转轴、31-水平转轴、61-第一齿轮、62-第二齿轮、71-第三齿轮、72-第四齿轮。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

如图1-图4所示：本实施例的一种新型激光导航系统，包括：

(1)安装在墙体或者天花板上的远程控制端；

(2)接收来自远程控制端的信号并作出对应动作的运动端。

远程控制端包括：转向架，转向架包括基座1、水平转动支架2、俯仰支架3 和驱动机构，水平转动支架2设置在基座1上，俯仰支架3设置在水平转动支架2 上，驱动机构设置在基座1和水平转动支架2上用于驱动水平转动支架2和俯仰支架3的转动。

具体地，水平转动架通过竖直转轴21与基座1转动连接，从而实现在水平面上的转动，俯仰支架3通过水平转轴31与水平转动支架2转动连接，从而实现对俯仰角调节地转动；而驱动机构则包括第一电机4、第二电机5、电机控制器、绝对值编码器、第一减速齿轮组6和第二减速齿轮组7，第一电机4和第二电机5 分别设置在基座1和水平转动支架2上，第一电机4通过第一减速齿轮组6与竖直转轴21传动连接，第二电机5通过第二减速齿轮组7与水平转轴31传动连接，第一电机4和第二电机5均为可控的步进电机，步进电机通过减速齿轮组可以更加使得水平转动支架2和俯仰支架3的调节更加精确，例如，控制步进电机转动一圈，通过减速齿轮组使得水平转动支架2或者俯仰支架3调节15°，便能缩小误差幅度。

电机控制器采用双H桥的电机控制集成芯片L298N，L298N具有两个输出端，正好可以用来同时控制第一电机4和第二电机5。

同时，为了反馈控制结果，需要使用绝对值编码器对第一电机4和第二电机 5的转轴幅度进行精度反馈，从而根据反馈值对电机控制器进行程序反馈调节。

第一减速齿轮组6包括啮合连接的第一齿轮61和第二齿轮62，第一齿轮61 设置在第一电机4的转轴上，第二齿轮62设置在水平转轴31上，第一齿轮61的尺寸小于第二尺寸的尺寸；第二减速齿轮组7包括啮合连接的第三齿轮71和第四齿轮72，第三齿轮71设置在第二电机5的转轴上，第四齿轮72设置在水平转轴31 上，第三齿轮71的尺寸小于第四齿轮72的尺寸；具体的减速齿轮组中的减速比例和齿轮的尺寸需要根据实际情况进行设定，如果远程控制端距离与运动端的距离较远，需要对水平转动支架2和俯仰支架3进行非常精密的调节，就需要增大减速倍率甚至是采用同轴齿轮的方式多级减速；如果远程控制端距离与运动端的距离不是那么远，就可以适当地缩小减速倍率。

俯仰支架3上设有9个激光发射器，基座1内设有运算控制器和第一存储器，运算控制器为STM32单片机，第一存储器通过数据总线与STM32单片机连接，第一存储器和多个激光发射器均与运算控制器连接，驱动机构与运算控制器连接，电机控制器的信号输入端与STM32单片机连接，电机控制器的控制逻辑输出端与第一电机4和第二电机5连接，第一电机4和第二电机5的转动上均设有绝对值编码器，绝对值编码器通过串行数据接口与STM32单片机连接。

多个激光发射器连接电源后通过开关管与STM32单片机的引脚连接，开关管采用三极管或者MOS管。

多个激光发射器的发射的激光波长各不相同，第一存储器用于存储激光发射器在激发对应波长的激光时驱动机构对应的动作指令；具体波长和功能为：

第一激光发射器，发射激光的波长为193nm，用于确认连接；

第二激光发射器，发射激光的波长为248nm，用于控制前进；

第三激光发射器，发射激光的波长为308nm，用于控制后退；

第四激光发射器，发射激光的波长为337nm，用于控制左转；

第五激光发射器，发射激光的波长为488nm，用于控制右转；

第六激光发射器，发射激光的波长为514nm，用于控制停止；

第七激光发射器，发射激光的波长为543nm，用于控制加速，加速程度与信号时间成正比；

第八激光发射器，发射激光的波长为633nm，用于控制减速，减速程度与信号时间成正比；

第九激光发射器，发射激光的波长为1064nm，用于测距。

运动端包括激光接收器、运动控制器、第二存储器和移动小车，激光接收器与运动控制器连接，运动控制器同样采用STM32单片机，第二存储器通过数据总线与STM32单片机连接，激光接收器采用DIMETIX AG公司的激光测距传感器 DLS-B(H)，激光接收器接收并识别不同波长的激光信号，解析后输出至STM32 单片机中，STM32单片机通过查询第二存储器中的不同波长对应的指令执行对应的动作，从而控制移动小车；

第二存储器用于存储激光接收器在接收到对应波长的激光时运动控制对应的动作指令。

同时，远程控制端和运动端内均设有近场通信模块，本实施例中采用zigbee 模块，一个zigbee模块与远程控制端中的运算控制器串口连接，另一个zigbee 模块与运动端中的运动控制器串口连接，运动端在接收到来自第一激光发射器的波长为193nm激光信号后，通过近场通信确认连接，远程控制端便可以开始进行控制。

本发明的一种新型激光导航系统，通过将远程控制端中的多个激光发射器设置在转向架上，多个激光发射器通过发射不同波长的激光信号从而控制运动端作出不同的运动动作，同时，转向架根据自身发出的不同波长的激光信号进行自身调节，使得激光发射器能够一直对准运动端，从而使得本发明能够在无反光板的情况下实现AGV小车的灵活运动。

具体实施过程如下：

(1)连接确认，远程控制端中的STM32单片机激发第一激光发射器发送至运动端，运动端通过zigbee模块反馈连接结果；

(2)成功连接后，第一激光发射器熄灭，第九激光发射器测出远程控制端与运动端的距离S，然后熄灭；

(3)远程控制端中的STM32单片机根据预设在第一存储器内的小车运动路径激发出不同的激光信号，例如：

激发第二激光发射器2S，使得运动端以默认速度直线运动2S，运动端远离远程控制端，远程控制端根据远程控制端与运动端的高度差H，初始距离S和运动端的运动距离L，通过相关的三角函数公式即可计算出需要上扬调节的角度α°，转向架中的俯仰支架3在第二电机5和第二减速齿轮组7的调节下上扬α°；

第二激光发射器熄灭，第三激光发射器激发0.5S，使得运动端以默认速度左转0.5S，左转0.5S恰好能够使得运动端整体调转角度向左行驶，第三激光发射器熄灭，第二激光发射器激发2S后，向左行驶L距离，远程控制端根据相应三角函数公式计算出需要水平转动支架2需要向左调节的角度β°，转向架中的水平转动支架2在第一电机4和第一减速齿轮组6的调节下向左调节β°；

步骤(3)演示了一个简单的转向过程，后退和右转同理；

(4)如果需要加速或者减速，则需要激发第七激光发射器或者第八激光发射器，加速或者减速的幅度与信号持续时间正相关；

(5)最后，运动完成后，激发第九激光发射器，运动端停止。

(6)此外，在AGV小车的实际运用过程中，经常会有货架或者其他遮挡物遮挡信号，因此需要设定信号的有效时间，例如，前进的信号中断后没有接收新的控制信号，AGV小车会按照原路径继续行驶Ns,同时通过zigbee模块反馈，远程控制端也按照对应的AGV小车的预测动作进行调节，直至信号重连即可。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。