基于双无线通讯通道的AGV通讯系统及其通讯控制方法

摘要

本发明涉及一种基于双无线通讯通道的AGV通讯系统及其通讯控制方法，包括至少二个无线通讯模块、至少一台AGV以及AGV中央控制系统，其技术特点是：在每台AGV上安装两个同时并发的无线通讯通道，两个同时并发的无线通讯通道分别与相邻的两个无线通讯模块相连接；至少二个无线通讯模块沿着AGV导航路径交错式分布；AGV中央控制系统控制AGV的两个同时并发的无线通讯通道动态切换到各自的无线通讯模块。本发明实现了双无线通讯通道接力维持无线网络畅通和信号强度持恒的功能，解决了当两个同时并发的无线通讯通道均处于边缘地带、两个无线信号均不强时的风险问题，不仅适用于机器人制造领域，也可以广泛用于所有无线通讯技术领域的应用。

说明书

技术领域

本发明属于机器人通讯技术领域，尤其涉及一种基于双无线通讯通道的AGV通讯系统及其通讯控制方法。

背景技术

基于无线通讯网络的AGV通讯系统必须要解决问题的是通讯信号的连续性和通讯强度的稳定性。应用于AGV通讯系统的无线网络主要有WiFi等无线网络，由于每个无线WiFi通讯模块的有效通讯范围一般只有30米到40米，而AGV的导航路径往往远远长于单个无线WiFi通讯模块的通讯范围，因此，实际工作中，需要在导航环境中沿着导航路径均匀布设若干个无线WiFi通讯模块,以满足AGV导航路径长度的需要求。由于每个无线WiFi通讯模块的网络地址不同，AGV若要保持通讯的畅通性和连续性，就要沿着导航路径不断地切换新的WiFi通讯模块连接对象，在这个过程中，会遇到以下问题：其一，当切换目标WiFi通讯模块时，连接新的WiFi通讯模块地址需要一定的连接时间(大约500毫秒)，当信号强度满足要求的情况下，一般是不会出现超时等待的，而当不可预料的原因致使信号强度不能满足强度要求时，连接过程中就可能出现较长时间的等待时间，由于现有的AGV车体一般只安装一张无线网卡，就会因连接超时而断开连接，这是第一种情况；其二，当切换目标WiFi通讯模块以前，AGV已经运行到WiFi通讯范围边缘处，这个地带的WiFi信号不太强，此时AGV无线网卡所发送的数据可能出现丢包现象。

综上所述，AGV通讯系统采用单无线网卡连接方式，风险往往发生在信号微弱的边缘地带，因此，在AGV导航过程中的稳定通讯是目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、稳定可靠的基于双无线通讯通道的AGV通讯系统及其通讯控制方法，用以解决AGV导航过程中通讯不稳定的问题。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于双无线通讯通道的AGV通讯系统，包括沿着AGV导航路径安装的多个无线通讯模块、至少一台AGV以及AGV中央控制系统，其特征在于：在每台AGV上安装至少两个同时并发的无线通讯通道，两个同时并发的无线通讯通道分别与相邻的两个无线通讯模块相连接；所述多个无线通讯模块各自的信号覆盖区域沿着AGV导航路径交错式分布；所述AGV中央控制系统控制AGV的两个同时并发的无线通讯通道动态切换到各自的无线通讯模块。

所述AGV中央控制系统包括AGV端的AGV控制器、服务器端的AGV调度服务器、以及无线通讯模块与AGV调度服务器之间的路由器；所述AGV控制器通过两个同时并发的无线通讯通道分别与相邻的两个无线通讯模块相连接，所述无线通讯模块通过路由器与AGV调度服务器相连接；所述AGV调度服务器和AGV控制器之间进行双向通讯。

所述AGV控制器安装有AGV控制器软件单元，该AGV控制器软件单元包括CPU运算处理单元、无线通讯模块位置信息单元、AGV位置信息单元、无线通讯通道状态单元；所述无线通讯模块位置信息单元、AGV位置信息单元、无线通讯通道状态单元分别连接CPU运算处理单元，CPU运算处理单元接收无线通讯模块位置信息单元、AGV位置信息单元、无线通讯通道状态单元的数据后进行运算处理。

所述无线通讯模块位置信息单元包括该无线通讯模块信号覆盖范围内的无线通讯通道切换区位置信息单元，所述无线通讯通道切换区用于AGV进入当前切换区后，AGV的两个同时并发的无线通讯通道中的一个无线通讯通道放弃连接上一个目标无线通讯模块和动态连接下一个目标无线通讯模块。

所述无线通讯通道切换区为当前无线通讯模块中心点两侧适当的区域，该中心点两侧适当的区域为相对该无线通讯模块的其它区域信号最强的区域。

所述无线通讯通道切换区的两侧与相邻无线通讯模块信号覆盖区域边缘相邻。

所述无线通讯模块为WiFi通讯模块，或者为ZigBee通讯模块；所述无线通讯通道为WiFi网卡，或者为ZigBee网卡。

一种基于双无线通讯通道的AGV通讯系统的通讯控制方法，包括以下步骤：

步骤1、当前AGV的两个同时并发的无线通讯通道分别连接沿导航路径布设的两个相邻的无线通讯模块；

步骤2、当AGV进入当前无线通讯通道切换区时，放弃连接上一个目标无线通讯模块并且动态连接下一个目标无线通讯模块；

步骤3、AGV中央控制系统的AGV控制器和AGV调度服务器接收无线通讯模块连接信号并处理。

所述步骤1的两个同时并发的无线通讯通道与两个相邻的无线通讯模块是同时连接的，AGV控制器发送请求时，两个同时并发的无线通讯通道一起发送。

所述步骤3的AGV调度服务器处理信号的方法为：只要AGV调度服务器收到两个同时并发的无线通讯通道的一个信号，就以该信号为依据进行处理；如果两个信号都收到，AGV调度服务器会丢弃后收到的那个信号，而保留先收到的信号。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明通过在AGV车体上安装两个同时并发的无线通讯通道且两个同时并发的无线通讯通道分别连接物理位置上相隔一定距离的相邻无线通讯模块的方法，使得无线通讯通道切换区中一个无线通讯通道的接收信号由强变弱时，另外一个无线通讯通道的信号则由弱变强，从而实现了无线通讯通道接力维持无线网络畅通和信号强度持恒的设计目标。

2、本发明通过两个同时并发的无线通讯通道同时发送请求的方法，解决了当两个同时并发的无线通讯通道均处于边缘地带、两个无线通讯通道信号均不强时的风险问题，即使两个同时并发的无线通讯通道通过各自的无线通讯模块向服务器发送的是重复请求，服务器端也只需要接受到其中一个请求即可处理数据并完成控制功能。

3、本发明采用双无线网卡接力通讯的方法，不仅适用于机器人制造领域，也可以广泛用于所有无线通讯技术领域的应用。

附图说明

图1为本发明的系统连接图；

图2为本发明的AGV控制器软件单元的结构示意图；

图3为本发明的WiFi布设示意图及无线通讯通道切换区示意图；

图4a为本发明的两个同时并发的无线通讯通道连接WiFi过程1；

图4b为本发明的两个同时并发的无线通讯通道连接WiFi过程2；

图4c为本发明的两个同时并发的无线通讯通道连接WiFi过程3；

图4d为本发明的两个同时并发的无线通讯通道连接WiFi过程4；

图5为AGV无线通讯系统出现WiFi盲区的两种情况示意图；

图中，1-1：WiFi通讯模块1，1-2：WiFi通讯模块2，1-2-1：网卡切换区域；1-2-2：双网卡接收两边的通讯模块信号都不太强的区域；2：AGV，3-1：无线网卡1，3-2：无线网卡2，4-1：AGV控制器，4-2：路由器，4-3：AGV调度服务器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：

为了解决目前采用无线通讯方式进行AGV导航过程中存在通信不稳定的问题。本发明采用了如下四个关键技术(以WiFi通讯方式为例进行说明)：

第一个关键技术是双无线网卡分别同时连接物理位置不同的两个相邻WiFi通讯模块。由于AGV沿着导航路径前进的过程中，两个WiFi通讯模块的位置是固定不变的，而AGV的位置是不断变化的。假设AGV初始状态下距离其中一个WiFi通讯模块很近，而距离另一个WiFi通讯模块很远，还假设AGV向着距离远的WiFi通讯模块方向前进，随着AGV前进的路程增加，其与初始状态距离最近的WiFi通讯模块的距离越来越远，而与初始状态距离最远的WiFi通讯模块的距离却越来越近，因此出现当其中一个无线网卡随着物理距离的变化信号越来越弱的时候，另外一个无线网卡则随着物理距离的变化信号越来越强，当AGV进入信号边缘地带切换无线网卡时，即使出现因为信号弱连接超时的风险，但另外一块无线网卡由于进入了WiFi信号比较强的中心区域，可以用接收信号强的无线网卡发射信号作为服务器接收的信号，从而避免处于边缘地带弱信号区域无线网卡存在的风险。

第二个关键技术是WiFi通讯模块的布设方法。WiFi通讯模块的布设要保证没有盲区，所述盲区就是两个WiFi通讯模块中间信号检测不到的地方，如图5所示，第一种布设方法，两个WiFi通讯模块之间的距离过大，当AGV运行到两个WiFi通讯模块辐射区以外时，就进入了盲区；第二种布设方法，两个WiFi通讯模块相切布设，当AGV运行到切线处时，由于切线处的AGV无线网卡位于两个WiFi通讯模块边缘处，即使有信号也非常弱，也称为近似盲区。以上分离、相切两种方法均不可行，因此，本发明采用交错或相交的布设方法。如图3所示，交错布设相交的深度尺寸要考虑其中一个无线网卡应该处于处于信号的边缘区，另外一个无线网卡处于信号的中心区。

第三个关键技术是两个同时并发的无线通讯通道发射请求的时间。在本实施例中，两个同时并发的无线通讯通道采用两个网卡来实现，每个网卡为一个无线通讯通道。

即使在WiFi通讯模块交错分布的情况下，当AGV的两个同时并发的无线通讯通道处于两个WiFi通讯模块之间的中心线附近时，该两个同时并发的无线通讯通道对于它们各自连接的WiFi通讯模块接收的信号都不太强，假如在这个区域无线网卡要发送请求给服务器，就有可能出现数据丢包或丢失的情况，如果两个同时并发的无线通讯通道同时发送请求，服务器的接收到信号的概率就增大一倍，由于两个同时并发的无线通讯通道发送的请求是重复的，服务器端只需要接收到一个信号即可处理请求，如果服务器先后接收到两个同时并发的无线通讯通道的请求，则由于是重复的请求，即可保留先收到的请求而放弃后收到的请求。因此，本发明采用两个同时并发的无线通讯通道同时发送请求的设计方案可以把服务器接收通讯信号的成功率提高一倍。

第四个关键技术是AGV控制器控制无线网卡切换的处理方法。AGV控制器软件单元负责调度AGV无线网卡的动态切换，因此，AGV控制器需要随时知道AGV的世界坐标系坐标、随时知道各个WiFi的世界坐标系坐标、随时知道各个WiFi无线通讯通道切换区的世界坐标系坐标，后两个坐标可以通过初始标定得到，而AGV的随机世界坐标系是可以通过导航系统得到的，所述的导航系统包括激光导航、视觉导航、激光和视觉混合导航。有了以上三个位置信息表，AGV控制器就可以告知无线网卡在什么地方进入无线通讯通道切换区，在什么地方进行WiFi切换。除此以外，AGV控制器还需要随时掌握无线网卡的状态，包括切换中的状态、使用中的状态、未使用的状态，根据状态，确定对无线网卡发送命令的种类

本发明涉及的无线通讯方式既可以是WiFi通讯方式，也可以是ZigBee通讯方式或其他类似近距离无线通讯方式。AGV通讯系统中的无线通讯模块既可以采用WiFi通讯模块，也可以采用ZigBee通讯模块，二者的通讯范围都可以达到几十米；WiFi的信息容量大、速率高，而ZigBee信息容量相对小、速率低，价格相对更加便宜，ZigBee更多用于自组网。但在要求不高的场合，如应用场地发送的信息容量小、对传输速度要求不高时，也可以采用ZigBee代替WiFi。本实施例以WiFi通讯方式为例进行说明。

本发明的基于双无线通讯通道的AGV通讯系统，如图1所示，包括沿着AGV导航路径安装的多个WiFi通讯模块(图中标注1-1、1-2)、至少一台AGV(图中标注2)以及AGV中央控制系统。每台AGV上安装两个同时并发的无线通讯通道(图中标注F1/F2)，两个同时并发的无线通讯通道分别与相邻的两个WiFi通讯模块连接；所述至少2个WiFi通讯模块各自的信号覆盖区域沿着AGV导航路径交错式分布。所述AGV中央控制系统用于控制AGV的两个同时并发的无线通讯通道动态切换到各自的目标WiFi通讯模块，该AGV中央控制系统包括AGV端的AGV控制器4-1、服务器端的AGV调度服务器4-3、以及WiFi通讯模块和AGV调度服务器之间的路由器4-2；所述路由器完成各个WiFi通讯模块信号与AGV调度服务器的转发功能；所述AGV调度服务器和AGV控制器之间进行双向通讯。

如图2所示，所述AGV控制器安装有AGV控制器软件单元，所述AGV控制器软件单元包括CPU运算处理单元、通讯模块位置信息单元(WiFi位置信息单元)、AGV位置信息单元、无线通讯通道状态单元(网卡状态单元)；所述WiFi位置信息单元、AGV位置信息单元、网卡状态单元分别连接CPU运算处理单元，该CPU运算处理单元接收数据后进行运算处理；所述WiFi位置信息单元包括该WiFi信号覆盖范围内无线通讯通道切换区的位置信息单元，所述无线通讯通道切换区用于AGV进入当前切换区后，AGV的两个同时并发的无线通讯通道中的一个无线网卡放弃连接上一个目标WiFi通讯模块和动态连接下一个目标WiFi通讯模块；所述无线通讯通道切换区为被连接的两个WiFi通讯模块中的一个WiFi通讯模块的信号覆盖的边缘区和另一个WiFi通讯模块信号覆盖的中心区。

在本实施例中，WiFi通讯模块分布如图3所示，1-2-1为WiFi2通讯模块的无线通讯通道切换区，该无线通讯通道切换区为当前WiFi2通讯模块中心点两侧适当的区域，该中心点两侧适当的区域为相对该WiFi2通讯模块的其它信号覆盖区域信号最强的区域；所述无线通讯通道切换区两侧与相邻WiFi信号覆盖的边缘相邻。

一种基于双无线通讯通道的AGV通讯系统的控制方法，具体包括以下步骤：

步骤1、当前AGV的两个同时并发的无线通讯通道分别连接沿导航路径布设的两个相邻的WiFi通讯模块；

两个同时并发的无线通讯通道分别连接相接相邻WiFi通讯模块，是指同一时刻分别连接相邻WiFi通讯模块，两个同时并发的无线通讯通道同一时刻向AGV调度服务器发送请求。

本步骤双无线网卡连接WiFi通讯模块的过程如图4a、图4b、图4c、图4d所示。

步骤2、当AGV进入当前无线通讯通道切换区时，放弃连接上一个目标WiFi通讯模块并且动态连接下一个目标WiFi通讯模块；

步骤3、AGV中央控制系统的AGV控制器和AGV调度服务器接收WiFi连接信号并处理。所述AGV调度服务器处理信号的方法为：只要AGV调度服务器收到其中一个信号，就以这个信号为依据进行处理，如果两个信号都收到，AGV调度服务器会丢弃后到的那个信号，而保留先到的信号。

以上AGV调度服务器处理信号的原理说明如下：

AGV控制器与AGV调度服务器之间的传递信息主要有以下几种：

1、AGV控制器向调度服务器请求指令；

2、AGV控制器向调度服务器上报指令完成；

3、AGV控制器向调度服务器上报状态(包括心跳、电量、故障等信息)；

AGV调度服务器在收到AGV控制器通信消息后，只要针对以上几种情况进行处理即可。例如：

AGV调度服务器收到信息2，更新AGV当前的位置，并准备AGV后续的指令；

AGV调度服务器收到信息3，更新AGV当前的状态，如果有故障，上报故障告警；

AGV调度服务器收到信息1，向AGV下发后续的运动指令；

AGV上报的所有请求都要有一个流水号sid，如果服务器收到相同流水号的请求时，如果已经处理过了，可以认为是重复请求(因为双无线网卡，同一条请求会发两次，所以大多数情况下是会收到两条的)。对以上三种信息，有不同的处理方法：

对信息1，重发命令；

对信息2，忽略即可；

对信息3，忽略即可；

可见，大多数情况下对于重复请求，忽略即可(因为已经处理过了)，但对于通讯1，即“AGV控制器向调度服务器请求后续指令”，是需要重发的，因为有可能上一条消息通过无线网卡1发丢了。而AGV上面要判断收到的指令是否重复(每条指令也有自己的指令号—cmdid，如果cmdid相同，可以认为是同一条指令，AGV本体上忽略即可)。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。