具有动态安全区域的自动导航小车

摘要

提供了一种自动导航小车(AGV)，该自动导航小车被配置为探测有效载荷质量是否与由小车牵引和/或承载的预设有效载荷质量显著不同，以及是否探测到不同于该预设有效载荷的有效载荷质量。该小车的控制系统自动更新以进行以下操作：i)基于与探测到的不同有效载荷质量相关联的预设安全制动距离信息，调整该小车的速度；或ii)增大该安全区域或切换到更安全的安全区域，以免与任何障碍物碰撞。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于由小车承载或牵引的有效载荷的具有动态安全区域的自动导航小车。更具体地，本发明涉及一种确定和提高机器人有效载荷安全性的方法。

背景技术

对于自动导航小车(AGV)(即：移动无人驾驶机器人)，存在运动中机器人的制动距离通常不正确并且不能反映实际制动距离的问题。在监视和计算小车是否处于朝向障碍物的碰撞路线上的计算机软件中采用的制动距离通常是仅根据机器人速度或静态数值得出的值，没有反映出车辆的实际状态，因此也没有反映出实际制动距离。在计算中采用的不正确的制动距离会导致碰撞风险或者与在安全运行的情况下相比自动导航小车的行驶速度可能要慢很多。

在某些机器人中，制动距离不是连续计算的，而是安全系统连续监测i)电机带动/车轮编码器输入的行驶速度以及ii)扫描器或其他传感器输入的障碍物距离。基于行驶速度，限定机器人周围的物理安全区域，如果安全区域内存在障碍物，则根据扫描器/传感器输入连续评估该物理安全区域，当安全区域内存在障碍物时，则通过电机控制降低速度或启用制动机构来避免碰撞。在此类系统中，不正确的制动距离也会导致碰撞或不必要的制动或减速。

自动导航小车(AGV)可以用于沿着预定路线运输有效载荷，无需实时人工辅助。例如，AGV能够沿制造厂地面上的路线运输诸如重型车辆部件(如发动机、底盘等)等物品，将有效载荷从一个位置运送到另一个位置，从而可以在其上执行各种制造操作。AGV在其上运行的典型工厂地面或其它表面可以包括不规则部分，在AGV从一个位置行进至另一个位置时，这些不规则部分不影响AGV的正常运行。例如，某些AGV配备有减震系统或类似系统，使AGV能够在不规则表面上穿行，而不干扰有效载荷。

同时，增加需要由机器人牵引的推车/台车时，制动距离增加。移动机器人配置有安全区域。当物体在安全区域内可见时，在机器人与该物体碰撞之前，机器人安全系统激活并停止机器人。因此，安全区域必须始终大于制动距离。安全系统通常被配置为根据速度来改变安全区域的大小。机器人不会基于推车附接物来改变安全区域。

US20170291315公开了用于探测有效载荷和调节机器人速度等的传感器，但其未设想改变安全区域。

发明内容

本发明已经通过如下方式解决了与现有技术解决方案相关的上述问题：在AGV(用于牵引推车)上，将接近传感器或机械开关安装到推车的抓具或底部以探测何时附接推车或何时推车载有质量。该传感器输入用于调节机器人的安全区域，以便匹配改变的制动距离。

在本发明的可选实施方案中，机器人的有效载荷通过传感器和/或载荷传感器来探测，并且用于根据对制动距离的影响来调整安全区域。

因此，该问题的解决方案是从小车获取动态输入，该动态输入可用于更准确地确定制动距离并调整用于计算制动距离或碰撞检测的安全区域或值。

因此，本发明提供了一种自动导航小车(AGV)，该自动导航小车包括驱动轮；机器人主体，该机器人主体安装在所述驱动轮上；以及任选的推车附接机构，该推车附接机构安装在所述机器人主体上，用于将推车联接至所述小车；扫描器或传感器，该扫描器或传感器用于探测小车的行进路径的安全区域内的任何障碍物；控制系统，该控制系统用于导航并从扫描器或传感器接收关于障碍物的信息。重要的是，控制系统不一定限于单个系统，而是可由多个子系统组成，每个子系统执行特定任务，但在多个子系统之间协调，例如作为一个子控制系统的安全系统与控制导航和机器人速度的另一子系统协调。

控制系统配置为基于有效载荷质量(包括放置在小车上的有效载荷质量或者诸如在推车中的由小车牵引的有效载荷质量)动态地设置小车的安全制动距离。在这个方面，小车被配置为探测有效载荷质量是否与由小车牵引和/或承载的预设有效载荷质量显著不同，预设有效载荷质量对应于预设安全制动距离，如果探测到不同于预设有效载荷的有效载荷质量，则自动更新控制系统以进行以下操作：

-基于与探测到的不同有效载荷质量相关联的预设安全制动距离信息，调整小车的速度；和/或

-增大安全区域或切换到更安全的安全区域，以免与任何障碍物碰撞。

此外，AGV可以包括：推车附接机构，该推车附接机构安装在机器人主体上，用于将推车联接至所述小车；以及任选的接近传感器，该接近传感器安装在机器人主体上，用于探测推车是否由小车牵引。

附图说明

图1A至图1D是由AGV执行以便响应于任何障碍物而动态地改变其安全区域的步骤的流程图。

图2A至图2C是计算地面倾斜度或下倾度的原理图。

图3是一个实施方案的AGV牵引拖车图。

具体实施方式

本发明的一方面解决了在小车牵引或没有牵引推车/拖车的情况下不同制动距离的问题。这是通过利用传感器来实现的，该传感器探测是否附接有推车。该传感器可以是利用光(红外线、激光等)、电容、电感或机械运动(开关)的简单接近传感器。当传感器指示有推车附接时，安全区域改变为反映较长制动距离的其他预设值，或者用于计算制动距离或碰撞检测的值被改变。

当小车承载很重的有效载荷时，本发明的另一方面解决了较长制动距离的问题。这是通过利用小车的有效载荷区域中或车轮悬架区域上的载荷传感器来实现的，该载荷传感器探测有效载荷的质量或小车的总质量。然后，载荷值可以用于针对不同的速度从多个不同的制动距离表中选择不同的安全区域，或者可以通过牛顿规则来计算，各表表示不同的有效载荷范围。可选地，有效载荷数值可以用于选择用于计算制动距离或碰撞检测的不同值。该方法的变型是设置一个以上的有效载荷传感器，并且根据这些输入来确定重心和总有效载荷，并利用这些值来选择安全区域或计算制动距离或碰撞检测。

第三方面是根据加速和减速测试来确定有效载荷、牵引质量和制动距离。以不同的时间间隔(即，在某段持续时间等的每次停止之后)，机器人会以已知的预定电机转矩开始行驶，并且根据电机/车轮编码器输入，机器人可以计算小车的加速度。在一个小的加速度之后，小车能够进行一段预定时间的制动或自由行驶，并且根据这段时间中的编码器输入来计算减速度。基于加速度和减速度数值，可确定地面的倾斜度/下倾度，并且根据该信息，可以由机器人软件计算制动有效载荷、牵引质量和制动距离。

参见图1A至图1D，示出了反映由AGV的控制器以三种可选模式执行的步骤的流程图。

根据图1A，提供了一种针对在小车牵引或没有牵引推车/拖车的情况下不同制动距离的问题的解决方案，该解决方案是探测是否有推车附接的传感器。该传感器可以是利用光(红外线、激光等)、电容、电感或机械运动(开关)的简单接近传感器。当传感器指示有推车附接时，安全区域增大至反映较长制动距离的其他预设值，或者用于计算制动距离或碰撞检测的值被改变。

如图1B所示，通过在小车的有效载荷区域中或车轮悬架区域上设置载荷传感器来解决小车有很重的有效载荷时的较长制动距离的问题，该载荷传感器探测有效载荷的质量或小车的总质量。然后可以利用载荷值来选择不同的安全区域。可选地，有效载荷数值可以用于选择用于计算制动距离或碰撞检测的不同值。该方法的变型是设置一个以上的有效载荷传感器，并且根据这些输入来确定重心和总有效载荷，并利用这些值来选择安全区域或计算制动距离或碰撞检测。

在构成第三个替代方案的图1C中，根据加速和减速测试来确定有效载荷或牵引质量。以不同的时间间隔(即，在某段持续时间等的每次停止之后)，机器人会以已知的预定电机转矩开始行驶，并且根据电机/车轮编码器输入，机器人可以计算小车的加速度。在一个小的加速度之后，小车能够进行一段预定时间的制动或自由行驶，并且根据这段时间中的编码器输入来计算减速度。根据加速度和减速度数值，可确定地面的倾斜度/下倾度以及有效载荷或牵引质量。

可以通过利用已知的力执行机器人的加速和减速来计算地面倾斜度或下倾度。通过执行加速测试以及紧随的一段时间的自由行驶或已知制动力的减速，可以计算地平面的平整度，参见图2A至图2C。通过角度α示出的加速度和减速度之间的比率与惯性成比例，从而与包括有效载荷和/或附接的推车的机器人的质量成比例。因此，通过计算α并为给定系统确定α与总质量之间的关系，可以根据加速度和减速度数据来计算质量。

进行加速和减速测试的替代方案是仅执行加速测试并将其与陀螺仪传感器的数据结合起来。

参见图3，示出了附接到机器人的推车。推车附接机构已经与推车自动联接并将其运输到目的地。在图2中，自动导航小车用于牵引(或推动)轮式推车，该推车具有至少四个车轮并且设有推车框架，该小车包括驱动轮；机器人主体，该机器人主体安装在所述驱动轮上；控制系统，该控制系统利用导航系统；推车附接机构，该推车附接机构安装在所述机器人主体上，用于将推车联接至所述小车；至少一个接近传感器，该至少一个接近传感器安装在机器人主体上，所述控制系统联接至所述至少一个接近传感器以用于调节所计算的机器人位置并探测任何障碍物。推车附接机构包括拖车臂，该拖车臂可在水平面中自由旋转，所述臂的一端安装在机器人主体上的枢转点中，并且在另一端设有抓握部分以用于抓握并保持待牵引的推车。放置在AGV后侧上的接近传感器可以探测是否附接有推车。放置在推车下方的载荷探测器可以测量承载的载荷并将该信息传输给AVG的控制器，以动态地调整机器人的安全区域，以便匹配增大的制动距离。

本发明的移动机器人包括底盘和驱动系统，该驱动系统设置在底盘上并且配置为在工作表面上操纵机器人。该移动机器人还可以包括连接到驱动系统的控制系统。此外，机器人(AGV)可以具有平台系统，该平台系统包括配置为容纳可移除有效载荷的有效载荷平台。

为了完整起见，需注意，本公开针对具有导航系统的任何移动机器人使用了术语“自动导航小车(AGV)”，该自动导航小车可以由例如视觉、磁体、地理引导、陀螺仪和激光器来导航。因此，应当理解的是，该术语还包括自主移动机器人(AMR)。