CN108227702A - 一种基于iGPS的AGV定位导航方法、系统和存储介质 - Google Patents

一种基于iGPS的AGV定位导航方法、系统和存储介质 Download PDF

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Abstract

一种基于iGPS的AGV定位导航方法、系统和存储介质，系统包括AGV控制器、iGPS接收器、iGPS发射站、iGPS主控计算机；iGPS发射站：通过工作空间将红外光信号发射出去，同时发射三束光，两个扇面光束和一束选通光束；iGPS接收器：接收不同iGPS发射站发射的光束，记录光信号到来的时刻，并发送至主控计算机；iGPS主控计算机对iGPS接收器发送过来信号进行处理，并解算成在全局测量坐标系下的坐标；AGV控制器用于AGV导航策略及模型建立，并实现AGV四轴协同控制。

Description

一种基于iGPS的AGV定位导航方法、系统和存储介质
技术领域
本发明涉及一种基于iGPS的AGV定位导航方法、系统和存储介质，属于机械工程、电子工程领域。
背景技术
现有的AGV(全方位智能移动平台)生产厂家采用的导航方式包括：视觉导航、激光导航、磁导航、光电导航等。磁导航主要优点是引线隐蔽，不易污染和破损，导引原理简单而可靠，便于控制和通讯，对声光无干扰，制造成本较低。缺点是路径难以更改扩展，对复杂路径的局限性大。
激光导航AGV定位较灵活，地面无需其它辅助定位设施；行驶路径可灵活多变，能够适合多种现场环境，它是目前国外许多AGV生产厂家优先采用的先进导航方式，缺点是需要沿途布置反光板，且定位精度较低，一般不低于±10mm。
视觉导航虽然定位精度较高，但易受环境影响，可靠性难以保证，且需要在地面铺设导引色带，AGV运行路径不灵活，尚未在工业控制中广泛应用。
iGPS导航是对AGV行驶区域的环境进行智能学习，实现自动导航行驶，主要特点是定位精度高，并可以实现大空间范围内的连续导航和定位。
基于麦克纳姆轮的全方位智能移动平台采用四个全方位轮独立驱动，通过不同轮组的转速和转向的组合，可以以任意姿态及零回转半径在二维平面内按照预设的路径轨迹进行移动。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足之处，提供一种基于iGPS的AGV定位导航方法、系统和存储介质，采用特定的路径规划和运动控制模型和算法，可实现运行精度及定位精度较高的自动运行车辆。特别适用于对运行路径复杂且对精度要求较高的场合，如面向大型装备的辅助装配型AGV等。
本发明的技术方案是：一种基于iGPS的AGV定位导航系统，包括AGV控制器、iGPS接收器、iGPS发射站、iGPS主控计算机；
iGPS发射站：通过工作空间将红外光信号发射出去，同时发射三束光，两个扇面光束和一束选通光束；
iGPS接收器：接收不同iGPS发射站发射的光束，记录光信号到来的时刻，并发送至主控计算机；
iGPS主控计算机对iGPS接收器发送过来信号进行处理，并解算成在全局测量坐标系下的坐标；
AGV控制器用于AGV导航策略及模型建立，并实现AGV四轴协同控制；
一种基于iGPS的AGV定位导航方法，步骤如下：
1)在AGV前后四个角安装4个iGPS接收器，分别为第一接收器、第二接收器、第三接收器、第四接收器；
2)在xoy平面直角坐标系内建立iGPS测量场；
3)设定AGV运行路径；
4)AGV控制器接收4个iGPS接收器的位置信息：其中第一接收器的位置坐标为(x1，y1)，第二接收器的位置坐标为(x2，y2)，第三接收器的位置坐标为(x3，y3)，第四接收器的位置坐标为(x4，y4)；
5)计算获得AGV的中心点O(xo，yo)坐标及姿态信息；
6)计算得到AGV的姿态角；
7)根据AGV中心坐标、姿态角以及下一目标位置计算AGV导航角。
所述步骤3)的具体过程为：设定AGV的运行路径为任意点A到任意点B点的抛物线或直线路径，将该段路径划分为N个点，并设定AGV当前坐标点an坐标为(xn，yn),则相邻点an+1(xn+1，yn+1)为AGV此时的目标位置，其中n+1不大于N。
所述步骤5)的具体过程为：
设定O1点坐标为(xo1，yo1)，O2点坐标为(xo2，yo2)；其中，
得出AGV中心坐标O点坐标(xo，yo)
所述步骤6)的具体过程为：设定平台位姿角为β，即与测量场Y轴正方向逆时针夹角，β的取值范围[0,360)；设则AGV四种不同的位姿时姿态角β的计算方法如下，
当x1-x4≥0，y1-y4≤0时，β＝180°-α；
当x1-x4≥0，y1-y4>0时，β＝α；
当x1-x4<0，y1-y4≥0时，β＝360-α；
当x1-x4<0，y1-y4<0时，β＝180°+α。
所述步骤7)的具体过程为：将AGV的运行路径划分为n个途经点，设AGV当前位置坐标为(xn,yn)，下一目标点是(xn+1,yn+1)，设定角γ为an+1目标位置与Y轴正方向逆时针夹角，则；
当xn-xn+1≥0，yn-yn+1≤0时，γ＝θ；
当xn-xn+1≥0，yn-yn+1>0时，γ＝180°-θ；
当xn-xn+1<0，yn-yn+1≥0时，γ＝180°+θ；
当xn-xn+1<0，yn-yn+1<0时，γ＝360°-θ；
计算得出AGV由点an运行至点an+1的导航角度φ应为φ＝360°-β+γ，φ的取值范围[0,360)。
一种存储介质，用于存储定位导航程序；所述定位导航程序为上述导航方法中步骤1)-7)所述的步骤。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明通过iGPS导航手段，解决了路径难以更改扩展的问题，AGV运行路径可以根据现场环境随意设定，无需其它导引媒介，环境维护简单易操作，具备较高可维护性；
(2)本发明将麦克纳姆轮AGV的全向运动和iGPS导航相结合，采用特定的路径规划和运动控制模型和算法，使AGV的定位精度优于±0.5mm，解决了AGV定位精度不高，无法满足高定位精度要求的问题。增加了产品的附加价值。
(3)本发明中通过对AGV进行精确定位使得生产现场的精确定位操作自动完成，大大减小了定位调整的时间和难度，有效提高了生产效率和自动化水平。
附图说明
图1表示本发明所述的控制系统框图；
图2表示本发明所述的基于iGPS导航控制的AGV工作流程图；
图3表示本发明所述的iGPS接收器位置安装示意图；
图4表示本发明所述的AGV中心位置示意图；
图5表示本发明所述的AGV四种位姿示意图；
图6表示本发明所述的AGV路径规划示意图；
图7表示本发明所述的相邻点AGV路径规划示意图。
具体实施方式
1、一种基于iGPS的AGV定位导航系统，其特征在于：包括AGV控制器、iGPS接收器、iGPS发射站、iGPS主控计算机；
iGPS发射站：通过工作空间将红外光信号发射出去，同时发射三束光，两个扇面光束和一束选通光束；
iGPS接收器：接收不同iGPS发射站发射的光束，记录光信号到来的时刻，并发送至主控计算机；
iGPS主控计算机对iGPS接收器发送过来信号进行处理，并解算成在全局测量坐标系下的坐标；
AGV控制器用于AGV导航策略及模型建立，并实现AGV四轴协同控制；
2、一种基于iGPS的AGV定位导航方法，整个系统工作流程如图2所示。
其特征在于步骤如下：
1)在AGV前后四个角安装4个iGPS接收器，分别为接收器1、接收器2、接收器3、接收器4；具体安装方式如图3所示；
2)在xoy平面直角坐标系内建立iGPS测量场。
3)设定AGV运行路径；
具体内容如下：设定AGV的运行路径为任意点A到任意点B点的抛物线或直线路径，将该段路径划分为N个点，并设定AGV当前坐标点an坐标为(xn，yn),则相邻点an+1(xn+1，yn+1)为AGV此时的目标位置，其中n+1不大于N；
4)AGV控制器接收4个iGPS接收器的位置信息：其中接收器1的位置坐标为(x1，y1)，接收器2的位置坐标为(x2，y2),接收器3的位置坐标为(x3，y3),接收器4的位置坐标为(x4，y4)。
5)计算AGV的中心点O(xo，yo)坐标及姿态信息，如图4所示，设定O1点坐标为(xo1，yo1)，O2点坐标为(xo2，yo2)。其中，
得出AGV中心坐标O点坐标(xo，yo)
6)计算AGV的姿态角。
设定平台位姿角为β，即与Y轴正方向逆时针夹角，β的取值范围[0,360)。设则AGV四种不同的位姿时姿态角β的计算方法如图5所示，具体内容如下，
当x1-x4≥0，y1-y4≤0时，β＝180°-α；
当x1-x4≥0，y1-y4>0时，β＝α；
当x1-x4<0，y1-y4≥0时，β＝360-α；
当x1-x4<0，y1-y4<0时，β＝180°+α；
7)根据AGV中心坐标、姿态角以及下一目标位置计算AGV导航角。
具体内容如下：将AGV的运行路径划分为n个途经点，设AGV当前位置坐标为(xn,yn)，下一目标点是(xn+1,yn+1)，如图6所示，设定角γ为an+1目标位置与Y轴正方向逆时针夹角，如图7所示
当xn-xn+1≥0，yn-yn+1≤0时，γ＝θ；
当xn-xn+1≥0，yn-yn+1>0时，γ＝180°-θ；
当xn-xn+1<0，yn-yn+1≥0时，γ＝180°+θ；
当xn-xn+1<0，yn-yn+1<0时，γ＝360°-θ；
计算得出AGV由点an运行至点an+1的导航角度φ应为φ＝360-β+γ，φ的取值范围[0,360)，AGV根据当前位置姿态，实时计算导航角度。
本发明还包括一种存储介质，用于存储定位导航程序；所述定位导航程序为上述方法步骤中步骤1)-7)所述的步骤。
由于本文采用基于麦克纳姆轮为全方位移动平台，因此可以根据计算结果，采用直行、横行、斜行、旋转以及两种运动的复合运动，从而实现平台的流畅、精确的导航控制。
全方位智能移动平台采用四个全方位轮独立驱动，通过不同轮组的转速和转向的组合，可以以任意姿态在二维平面内移动。当四个全方位轮转向相同、且转速一致时，平台向前或向后行走；当左前轮和右后轮向后旋转、右前轮和左后轮向前旋转时，平台向左平移，反之右平移；当对角两个全方位轮同转速向前旋转时，另外两个轮以不同于该转速的速度向前旋转，平台向侧前方移动；当左前轮和左后轮向后旋转，而右前轮和右后轮向前旋转时，平台以零回转半径方式逆时针转动，反之顺时针转动。
全方位轮采用麦克纳姆轮形式，它的外形像一个斜齿轮，轮缘上分布了许多小辊子。这些辊子的轴线与轮子的圆周相切，并且能自由旋转。当电机驱动车轮旋转时，车轮以普通方式沿着垂直于驱动轴的方向前进，同时车轮周边的辊子沿着其各自的轴线自由旋转。全方位轮在一个方向上具有主动驱动能力的同时，另外一个方向也具有自由移动(被动移动)的运动特性。全向智能移动平台的控制参数主要包括偏航角度和角速度。

Claims (7)

1.一种基于iGPS的AGV定位导航系统，其特征在于：包括AGV控制器、iGPS接收器、iGPS发射站、iGPS主控计算机；
iGPS发射站：通过工作空间将红外光信号发射出去，同时发射三束光，两个扇面光束和一束选通光束；
iGPS接收器：接收不同iGPS发射站发射的光束，记录光信号到来的时刻，并发送至主控计算机；
iGPS主控计算机对iGPS接收器发送过来信号进行处理，并解算成在全局测量坐标系下的坐标；
AGV控制器用于AGV导航策略及模型建立，并实现AGV四轴协同控制。
2.一种基于iGPS的AGV定位导航方法，其特征在于步骤如下：
1)在AGV前后四个角安装4个iGPS接收器，分别为第一接收器、第二接收器、第三接收器、第四接收器；
2)在xoy平面直角坐标系内建立iGPS测量场；
3)设定AGV运行路径；
4)AGV控制器接收4个iGPS接收器的位置信息：其中第一接收器的位置坐标为(x1，y1)，第二接收器的位置坐标为(x2，y2)，第三接收器的位置坐标为(x3，y3)，第四接收器的位置坐标为(x4，y4)；
5)计算获得AGV的中心点O(xo，yo)坐标及姿态信息；
6)计算得到AGV的姿态角；
7)根据AGV中心坐标、姿态角以及下一目标位置计算AGV导航角。
3.根据权利要求2所述的一种基于iGPS的AGV定位导航方法，其特征在于：所述步骤3)的具体过程为：设定AGV的运行路径为任意点A到任意点B点的抛物线或直线路径，将该段路径划分为N个点，并设定AGV当前坐标点an坐标为(xn，yn),则相邻点an+1(xn+1，yn+1)为AGV此时的目标位置，其中n+1不大于N。
4.根据权利要求3所述的一种基于iGPS的AGV定位导航方法，其特征在于：所述步骤5)的具体过程为：
设定O1点坐标为(xo1，yo1)，O2点坐标为(xo2，yo2)；其中，
得出AGV中心坐标O点坐标(xo，yo)
5.根据权利要求4所述的一种基于iGPS的AGV定位导航方法，其特征在于：所述步骤6)的具体过程为：设定平台位姿角为β，即与测量场Y轴正方向逆时针夹角，β的取值范围[0,360)；设则AGV四种不同的位姿时姿态角β的计算方法如下，
当x1-x4≥0，y1-y4≤0时，β＝180°-α；
当x1-x4≥0，y1-y4>0时，β＝α；
当x1-x4<0，y1-y4≥0时，β＝360-α；
当x1-x4<0，y1-y4<0时，β＝180°+α。
6.根据权利要求5所述的一种基于iGPS的AGV定位导航方法，其特征在于：所述步骤7)的具体过程为：将AGV的运行路径划分为n个途经点，设AGV当前位置坐标为(xn,yn)，下一目标点是(xn+1,yn+1)，设定角γ为an+1目标位置与Y轴正方向逆时针夹角，则；
当xn-xn+1≥0，yn-yn+1≤0时，γ＝θ；
当xn-xn+1≥0，yn-yn+1>0时，γ＝180°-θ；
当xn-xn+1<0，yn-yn+1≥0时，γ＝180°+θ；
当xn-xn+1<0，yn-yn+1<0时，γ＝360°-θ；
计算得出AGV由点an运行至点an+1的导航角度为 的取值范围[0,360)。
7.一种存储介质，其特征在于：用于存储定位导航程序；所述定位导航程序为权利要求2中步骤1)-7)所述的步骤。
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