CN106595635A - 融合多种定位传感器数据的agv定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种融合多种定位传感器数据的AGV定位方法，属于导航与控制技术领域。本发明提出的定位方法，融合了激光传感器加反光条、相机识别码带、电机编码器反馈值三种传感器的数据实现AGV的定位。AGV在自主导航过程中，通过设置优先级的方式综合利用三种传感器的优点进行定位，最终形成了一种数据稳定，精度高的定位方法。

Description

融合多种定位传感器数据的AGV定位方法

技术领域

本发明涉及导航与控制技术领域，具体涉及一种融合多种定位传感器数据的AGV定位方法。

背景技术

AGV自主导航过程中，定位是核心问题。特别是在精确对接领域，单个定位传感器通常会因为数据不稳定、精度低或者具有累计误差等因素影响，而不能满足自主导航与对接要求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何一种数据稳定性好、精确度高，能满足精确对接的AGV定位方法。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种融合多种定位传感器数据的AGV定位方法，包括以下步骤：

S1、将相机传感器2和激光传感器5安装在AGV本体4上，将相机传感器2中心坐标作为AGV的位置坐标，所述AGV本体4由电机3驱动麦克纳姆轮1转动，实现AGV的全向移动；

S2、在AGV使用现场安装多个反光条6，并且使得所有反光条6的安装高度与激光传感器5高度一致；在激光传感器5使用前，先建立现场坐标系；激光传感器5进入定位模式，若检测到3个或以上反光条6，则再检测激光传感器5与各个反光条6之间的连线距离7，并检测3个或以上反光条6的坐标，保存在激光传感器5内部，然后根据各连线距离7、各反光条6的坐标推算出激光传感器5在现场坐标系下的坐标(x_l,y_l)和航向θ_l，然后根据激光传感器5中心到相机传感器2之间的距离将激光传感器5的坐标转化为AGV的位置坐标(x,y)和航向θ；

S3、在AGV使用现场粘贴经过标定好的码带8，粘贴后码带8的坐标(x_m,y_m)和角度θ_m与AGV在现场坐标系下的坐标(x,y)和航向θ一一对应；使AGV行驶到码带8上方，若能够使相机传感器2拍摄区域内包含码带8，则得到码带8在相机传感器坐标系下的坐标(x_m,y_m)和角度θ_m，根据相机传感器坐标系与现场坐标系的对应关系推算AGV的位置坐标(x,y)和航向θ；

S4、根据电机3自带的电机编码器的反馈值推算出AGV的移动量，再将AGV的移动量转化为现场坐标系下AGV的坐标增量；

AGV在启动状态下，若相机传感器2拍摄到码带8，则以码带8数据作为定位数据；如果没有拍摄到码带8，则以激光传感器5的数据作为定位数据；一旦激光传感器5出现遮挡或者数据无效，则使用电机编码器的反馈值作为定位数据。

优选地，步骤S2中，按照公式(1)将激光传感器5的坐标转化为AGV的位置坐标(x,y)和航向θ：

式(1)中，l是激光传感器5中心到相机传感器2之间的距离。

优选地，步骤S4中，所述电机3自带的电机编码器的反馈值反应了麦克纳姆轮1的转动量(1/nε)(Δω₁,Δω₂,Δω₃,Δω₄)^T，通过公式(2)推算出AGV的移动量：

式(2)中，(Δx,Δy,Δθ)^T是AGV的移动量，(Δω₁,Δω₂,Δω₃,Δω₄)^T是电机3转动量，R是麦克纳姆轮1的半径，α是麦克纳姆轮1辊子轴线与麦克纳姆轮1轮毂轴线的夹角，n是电机3的减速器减速比，ε电机3的转动系数，l₀＝l₁+Lcotα，l₁是左右麦克纳姆轮间距的一半，L是前后麦克纳姆轮间距的一半；

再按照公式(3)将AGV移动量转化为现场坐标系下的AGV的坐标增量：

优选地，步骤S2、S3、S4的执行顺序可以为任意其他的顺序组合。

(三)有益效果

本发明在AGV使用现场布置多个反光条用于激光定位，在导航的关键位置和精确对接处粘贴相机识别的码带；根据各个传感器数据的特点通过设置优先级的方法处理3种定位数据，相机识别码带的优先级最高，激光导航优先级次之，电机编码器反馈值方法优先级最低。相机识别不到码带，则使用激光传感器数据，上述两种方法均定位失效，则使用电机编码器反馈值作为AGV定位数据。能够实现高精度的AGV对接定位，且能够实现在AGV在自主导航中的数据稳定。

附图说明

图1为本发明实施例中传感器安装示意图，a为侧视图，b为仰视图；

图2为本发明实施例中激光使用示意图；

图3为本发明实施例中相机识别码带示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供了一种融合多种定位传感器数据的AGV定位方法，包括以下步骤：

S1、将相机传感器2和激光传感器5安装在AGV本体4上，将相机传感器2中心坐标作为AGV的位置坐标，所述AGV本体4由电机3驱动麦克纳姆轮1转动，实现AGV的全向移动；

S2、如图2所示，在AGV使用现场安装多个反光条6，并且使得所有反光条6的安装高度与激光传感器5高度一致，便于激光传感器5检测反光条6；在激光传感器5使用前，先建立现场坐标系(AGV使用现场的坐标系)；激光传感器5进入定位模式，若检测到3个或以上反光条6，则再检测激光传感器5与各个反光条6之间的连线距离7，并检测3个或以上反光条6的坐标，保存在激光传感器5内部，然后根据各连线距离7、各反光条6的坐标推算出激光传感器5在现场坐标系下的坐标(x_l,y_l)和航向θ_l(θ_l为相机传感器2、激光传感器5之间的连线与现场坐标系的x轴之间的夹角)，然后根据激光传感器5中心到相机传感器2之间的距离将激光传感器5的坐标转化为AGV的位置坐标(x,y)和航向θ；

其中，按照公式(1)将激光传感器5的坐标转化为AGV的位置坐标(x,y)和航向θ：

式(1)中，l是激光传感器5中心到相机传感器2之间的距离。

步骤S2、S3、S4的执行顺序可以为任意其他的顺序组合。

S3、图3是相机传感器识别码带示意图，在AGV使用现场粘贴经过标定好的码带8，粘贴后码带8的坐标(x_m,y_m)和角度θ_m与AGV在现场坐标系下的坐标(x,y)和航向θ一一对应；使AGV行驶到码带8上方，若能够使相机传感器2拍摄区域内包含码带8，则得到码带8在相机传感器2坐标系下的坐标(x_m,y_m)和角度θ_m，精度可以达到±0.1mm和±0.1°，根据相机传感器2坐标系与现场坐标系的对应关系推算AGV的位置坐标(x,y)和航向θ；

S4、根据电机3自带的电机编码器的反馈值推算出AGV的移动量，再将AGV的移动量转化为现场坐标系下AGV的坐标增量；

所述电机3自带的电机编码器的反馈值反应了麦克纳姆轮1的转动量(1/nε)(Δω₁,Δω₂,Δω₃,Δω₄)^T，通过公式(2)推算出AGV的移动量：

式(2)中，(Δx,Δy,Δθ)^T是AGV的移动量，(Δω₁,Δω₂,Δω₃,Δω₄)^T是电机3转动量，R是麦克纳姆轮1的半径，α是麦克纳姆轮1辊子轴线与麦克纳姆轮1轮毂轴线的夹角，n是电机3的减速器减速比，ε电机3的转动系数，l₀＝l₁+Lcotα，l₁是左右麦克纳姆轮间距的一半，L是前后麦克纳姆轮间距的一半；

再按照公式(3)将AGV移动量转化为现场坐标系下的AGV的坐标增量：

上述的三种定位步骤中，激光传感器5的定位数据具有全局性，但精度较低，受遮挡会丢失数据；相机传感器2精度高，但是拍摄区域小；电机编码器定位数据稳定、精度高，但具有累计误差。本发明在AGV自主导航过程中，通过设置优先级的方法处理3种定位数据，视觉识别码带的优先级最高，激光导航优先级次之，电机编码器反馈值方法优先级最低。

AGV使用现场布置了多个反光条，并且在关键位置和精确对接位置粘贴标定过的位置码带。AGV在启动状态下，若相机传感器2拍摄到码带8，则以码带8数据作为定位数据；如果没有拍摄到码带8，则以激光传感器5的数据作为定位数据；一旦激光传感器5出现遮挡或者数据无效，则使用电机编码器的反馈值作为定位数据。

本发明中，综合利用了三种定位传感器的优点，既保证定位的稳定性和连续性，又保证的定位的精确度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种融合多种定位传感器数据的AGV定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将相机传感器(2)和激光传感器(5)安装在AGV本体(4)上，将相机传感器(2)中心坐标作为AGV的位置坐标，所述AGV本体(4)由电机(3)驱动麦克纳姆轮(1)转动，实现AGV的全向移动；

S2、在AGV使用现场安装多个反光条(6)，并且使得所有反光条(6)的安装高度与激光传感器(5)高度一致；在激光传感器(5)使用前，先建立现场坐标系；激光传感器(5)进入定位模式，若检测到3个或以上反光条(6)，则再检测激光传感器(5)与各个反光条(6)之间的连线距离(7)，并检测3个或以上反光条(6)的坐标，保存在激光传感器(5)内部，然后根据各连线距离(7)、各反光条(6)的坐标推算出激光传感器(5)在现场坐标系下的坐标(x_l,y_l)和航向θ_l，然后根据激光传感器(5)中心到相机传感器(2)之间的距离将激光传感器(5)的坐标转化为AGV的位置坐标(x,y)和航向θ；

S3、在AGV使用现场粘贴经过标定好的码带(8)，粘贴后码带(8)的坐标(x_m,y_m)和角度θ_m与AGV在现场坐标系下的坐标(x,y)和航向θ一一对应；使AGV行驶到码带(8)上方，若能够使相机传感器(2)拍摄区域内包含码带(8)，则得到码带(8)在相机传感器坐标系下的坐标(x_m,y_m)和角度θ_m，根据相机传感器坐标系与现场坐标系的对应关系推算AGV的位置坐标(x,y)和航向θ；

S4、根据电机(3)自带的电机编码器的反馈值推算出AGV的移动量，再将AGV的移动量转化为现场坐标系下AGV的坐标增量；

AGV在启动状态下，若相机传感器(2)拍摄到码带(8)，则以码带(8)数据作为定位数据；如果没有拍摄到码带(8)，则以激光传感器(5)的数据作为定位数据；一旦激光传感器(5)出现遮挡或者数据无效，则使用电机编码器的反馈值作为定位数据。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，按照公式(1)将激光传感器(5)的坐标转化为AGV的位置坐标(x,y)和航向θ：

$\left\{\begin{array}{c}x=x_l-l\·cos\left(\mathrm{\θ}\right)\\ y=y_l-l\·sin\left(\mathrm{\θ}\right)\\ \mathrm{\θ}={\mathrm{\θ}}_l\end{array}\right.---\left(1\right)$

式(1)中，l是激光传感器(5)中心到相机传感器(2)之间的距离。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，所述电机(3)自带的电机编码器的反馈值反应了麦克纳姆轮(1)的转动量(1/nε)(Δω₁,Δω₂,Δω₃,Δω₄)^T，通过公式(2)推算出AGV的移动量：

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}x\\ \mathrm{\Δ}y\\ \mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}\end{array}\right)=\frac{R\·\mathrm{\π}}{2\·n\·\mathrm{\ϵ}}\left[\begin{array}{cccc}-tan\mathrm{\α}& tan\mathrm{\α}& -tan\mathrm{\α}& tan\mathrm{\α}\\ 1& 1& 1& 1\\ \frac{1}{l_0}& \frac{1}{l_0}& \frac{1}{l_0}& \frac{1}{l_0}\end{array}\right]\left(\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ω}}_1\\ {\mathrm{\Δ\ω}}_2\\ {\mathrm{\Δ\ω}}_3\\ {\mathrm{\Δ\ω}}_4\end{array}\right)---\left(2\right)$

式(2)中，(Δx,Δy,Δθ)^T是AGV的移动量，(Δω₁,Δω₂,Δω₃,Δω₄)^T是电机(3)转动量，R是麦克纳姆轮(1)的半径，α是麦克纳姆轮(1)辊子轴线与麦克纳姆轮(1)轮毂轴线的夹角，n是电机(3)的减速器减速比，ε电机(3)的转动系数，l₀＝l₁+Lcotα，l₁是左右麦克纳姆轮间距的一半，L是前后麦克纳姆轮间距的一半；

再按照公式(3)将AGV移动量转化为现场坐标系下的AGV的坐标增量：

$\left\{\begin{array}{c}x=x+\mathrm{\Δ}x\·cos\mathrm{\θ}-\mathrm{\Δ}y\·sin\mathrm{\θ}\\ y=y+\mathrm{\Δ}x\·sin\mathrm{\θ}+\mathrm{\Δ}y\·cos\mathrm{\θ}\\ \mathrm{\θ}=\mathrm{\θ}+\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}\end{array}\right.---\left(3\right).$

4.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，步骤S2、S3、S4的执行顺序可以为任意其他的顺序组合。