基于機(jī)器視覺(jué)的AGV自動(dòng)轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

許軍，王寶梁，姚保軍，陸尚，李國(guó)勤，趙夢(mèng)誠(chéng)

（淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 淮安 220003）

引言

目前，AGV作為一種運(yùn)輸車輛而廣泛的應(yīng)用于工廠中。在物料搬運(yùn)系統(tǒng)中起到非常重要的作用，它能夠自動(dòng)的將貨物搬運(yùn)至運(yùn)材料處、將成品搬運(yùn)到指定地點(diǎn)[1]?；跈C(jī)器視覺(jué)引導(dǎo)的 AGV在行駛過(guò)程中，攝像機(jī)動(dòng)態(tài)獲取車輛周圍環(huán)境圖像信息并與圖像數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較，從而確定當(dāng)前位置，并對(duì)下一步行駛做出決策。

智能AGV 小車機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可輕易重構(gòu)的方向發(fā)展[2]。如動(dòng)力模塊中的電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)一體化，由機(jī)械模塊、承載模塊用重組方式架構(gòu)AGV 整機(jī)，米克力美已有多款模塊化智能 AGV產(chǎn)品在售。因此文章設(shè)計(jì)了一種用于自動(dòng)轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，通過(guò)配合視覺(jué)傳感器、控制單元等能夠?qū)⑵胀ㄜ囕v改裝成具有自動(dòng)轉(zhuǎn)向功能的AGV。

1 轉(zhuǎn)向概述

普通車輛的轉(zhuǎn)向的結(jié)構(gòu)基本一致，其中對(duì)于一些微型電動(dòng)車輛來(lái)說(shuō)，其實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同，按照動(dòng)力作用位置來(lái)分，一般有如下兩種轉(zhuǎn)向方式。

（1）前輪差速實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向

此種類型的微型電動(dòng)車輛的前輪分別由兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速就可實(shí)現(xiàn)左右車輪的不同轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)向，如圖1所示模型即為此類型車輛。這種類型的轉(zhuǎn)向方式一般應(yīng)用于一些理論研究的試驗(yàn)車輛上等情況。

（2）操縱轉(zhuǎn)向盤實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向

手動(dòng)式操縱轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)用非常廣泛，包括現(xiàn)在的車輛普遍都采用的這類轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。一些微型電車也有采用這種類型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)向，如圖2所示，即為采用這種類型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的微型電動(dòng)車輛。

圖1 前輪差速實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向

圖2 操縱轉(zhuǎn)向盤實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向

本文所設(shè)計(jì)的自動(dòng)轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)就是用于圖2所示的微型電車上，通過(guò)在原車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上進(jìn)行改裝，實(shí)現(xiàn)微型電動(dòng)車的自動(dòng)轉(zhuǎn)向。

2 自動(dòng)轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過(guò)加載自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制裝置可以實(shí)現(xiàn)車輛的自主轉(zhuǎn)向功能，以達(dá)到橫向控制車輛的目的，而且，自動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置的性能參數(shù)是衡量整個(gè)無(wú)人地面車輛性能最為重要的指標(biāo)之一，本文所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向裝置可實(shí)現(xiàn)車輛的橫向控制、保證車輛自動(dòng)轉(zhuǎn)向功能。

文章設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)用于如圖2所示的微型電車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，可以直接在此基礎(chǔ)上改裝原轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，易于拆裝。主要結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)、電機(jī)、電機(jī)固定板等組成。

圖3 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作過(guò)程是首先通過(guò)控制單元獲取來(lái)自機(jī)器視覺(jué)傳感器的信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理后發(fā)送指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)帶動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn)，蝸桿渦輪嚙合實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)[3]，渦輪將動(dòng)力傳遞給轉(zhuǎn)向軸，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，最終實(shí)現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向。

此裝置以較低的成本，緊湊的結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)了車輛的自動(dòng)轉(zhuǎn)向，而且原有車輛的外觀和結(jié)構(gòu)都沒(méi)被破壞。適用于改裝現(xiàn)有的微型電動(dòng)車，加裝視覺(jué)傳感器、控制模塊，可改裝成基于機(jī)器視覺(jué)的AGV，作為不同的用途進(jìn)行使用。

3 總結(jié)

文章設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向裝置，通過(guò)增加傳感器、控制驅(qū)動(dòng)，可以方便的將現(xiàn)有的微型電車等進(jìn)行改裝，便成為基于機(jī)器視覺(jué)的AGV，實(shí)現(xiàn)各種功能，用于不同的場(chǎng)合。

[1] Jittima Varagul, Toshio Ito, Simulation of Detecting Function object for AGV Using Computer Vision with Neural Network, Procedia Computer Science, 2016, (96):159-168.

[2] 戚鈺,付維波.自動(dòng)導(dǎo)向小車的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].山東工業(yè)技術(shù),2017,(06):292.

[3] 吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002:2054-2095.