CN108279026A - 一种基于t型rfid信标的agv惯性导航系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于T型RFID信标的AGV惯性导航系统及方法,该系统包括铺设于地面的若干T型RFID信标、与实际场景吻合的车载电子地图和车载设备;车载设备包括RFID读卡器、视觉相机和控制单元;控制单元包括T型图像处理模块、陀螺仪固定漂移处理模块以及预测路径跟踪控制模块;T型RFID信标在AGV工作区域保持方向一致铺设成网格地图,每个T型RFID信标具有唯一编号并与电子地图对应;AGV在经过T型RFID信标上方时,RFID读卡器读取RFID中包含的编码信息进行AGV全局定位,T型图像处理模块利用视觉相机获取的T型标识计算AGV导航偏差以及姿态角偏差,同时启动陀螺仪固定漂移处理模块清零陀螺仪,随后使用固定漂移处理后的陀螺仪数据进行预测路径跟踪控制。
Description
技术领域
本发明属于自动控制领域,尤其涉及一种基于T型RFID信标的AGV惯性导航系统及方法。
背景技术
目前自动导引车辆已经成为企业内部物流、智能工厂、先进物流的重要设备,在提升企业内部物流的自动化、信息化和智能化方面起着非常重要的作用。而所谓自动导引和物料自动搬运,即能够自主地把物料从一个站点搬运至另一站点,包括去指定站点搬运物料、沿着指定轨迹运行、至指定目的站点放置物料。目前新出现的二维码导航方式需要在地面铺设二维码阵列,并配合陀螺仪进行惯性导航,但是二维码极易被污染导致站点信息无法识别,造成系统运行故障。因此需要探索不易被污染而又容易进行姿态修正和全局定位的导航方式。
发明内容
本发明的目的在于克服现有视觉导航技术的不足,提供一种基于T型RFID信标的AGV惯性导航系统及方法,该系统采用视觉相机、RFID读卡器和陀螺仪,地面铺设T型的RFID信标网格,AGV在经过T型RFID信标上方时,RFID读卡器读取RFID中包含的坐标编码信息,视觉相机通过T型标识计算AGV导航偏差以及姿态角偏差,有效去除陀螺仪固定漂移和随机漂移,高辨识性,方便处理而且包含足够的信息量,从而实现可靠的AGV无轨导航,导航精度和停止精度可达±10mm。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种基于T型RFID信标的AGV惯性导航系统,该系统包括铺设于地面的若干T型RFID信标、与实际场景吻合的车载电子地图和车载设备;
所述车载设备包括RFID读卡器、视觉相机和控制单元;所述控制单元包括T型图像处理模块、陀螺仪固定漂移处理模块以及预测路径跟踪控制模块;
所有T型RFID信标在AGV工作区域保持方向一致铺设成网格地图,每个T型RFID信标具有唯一编号并与电子地图对应;
所述RFID读卡器在AGV经过T型RFID信标上方时,读取T型RFID信标的编号,匹配电子地图进行AGV的全局定位;
所述视觉相机采集AGV经过的T型RFID信标图像;
所述T型图像处理模块利用视觉相机获取的T型RFID信标图像,计算AGV导航偏差以及姿态角偏差;
所述陀螺仪固定漂移处理模块根据T型图像处理模块获取的姿态角偏差修正陀螺仪自身获得的姿态角;
所述预测路径跟踪控制模块根据T型图像处理模块获得的AGV导航偏差和修正后的陀螺仪数据输出AGV的线速度和旋转角速度,实现直线和原地旋转运动。
进一步地,所述AGV为具有差速驱动轮的AGV,所述视觉相机和RFID读卡器安装于两个差速驱动轮连线的中点。
进一步地,所述AGV为四轮驱动的AGV,所述视觉相机和RFID读卡器安装于四个轮子的几何中心。
进一步地,所述AGV为舵轮驱动的AGV,所述视觉相机和RFID读卡器安装于两个定向轮连线的中点。
进一步地,所述T型图像处理模块计算AGV导航偏差以及姿态角偏差的方法包括以下步骤:
S1:读取视觉相机采集的T型RFID信标灰度图像;
S2:选取图像中的感兴趣工作区域;
S3:均匀性度量法进行图像二值化;
S4:求解图像的最大连通域并进行边界扫描;
S5:处理直线边界获得第一条直线y-y1=a1(x-x1);
S6:移除第一条直线,并通过扫描边界获得第二条直线y-y2=a2(x-x2);
S7:根据两条直线特征数据通过以下公式计算AGV导航偏差ye和姿态角偏差θe:
ye=a1xe+y1-a1x1,
进一步地,所述的陀螺仪固定漂移处理模块使用在T型RFID信标处通过T型图像处理模块获得的姿态角偏差θe和同时获得的陀螺仪相对于航向的姿态角偏差θ′e,根据以下公式计算修正离开T型RFID信标之后的陀螺仪相对于航向的姿态角偏差θa:
θa=θb+θe-θ'e,
其中θb为陀螺仪实际获得的相对于航向的姿态角偏差值。
进一步地,所述的预测路径跟踪控制模块根据以下公式预测AGV离开T型RFID信标后第k个采样时刻的AGV导航偏差ye(k):
其中T为采样周期,v为期望的AGV线速度,θa(k)为AGV离开T型RFID信标后第k个采样时刻的修正后的陀螺仪相对于航向的姿态角偏差;
并计算AGV离开T型RFID信标后第k个采样时刻的偏转角速度ω(k):
其中k1>0,k2>0为常数,分别为快速修正导航偏差和姿态角偏差的权重系数,u(k)为期望的AGV线速度。
进一步地,所述AGV为具有差速驱动轮的AGV时,AGV离开T型RFID信标后第k个采样时刻的左轮转速ωL(k)和右轮转速ωR(k):
其中r为AGV小车的轮子半径。
一种基于T型RFID信标的AGV惯性导航方法,该方法包括如下步骤:
S1:在AGV工作区域铺设若干T型RFID信标,所有T型RFID信标方向一致铺设成网格地图,每个T型RFID信标具有唯一编号并与AGV工作区域的电子地图对应;
S2:在AGV经过T型RFID信标上方时,AGV上的RFID读卡器读取T型RFID信标中包含的编码信息,匹配电子地图进行AGV的全局定位,同时AGV上的视觉相机采集T型RFID信标图像;
S3:根据T型RFID信标图像计算AGV导航偏差以及姿态角偏差;
S4:根据步骤S3获得的姿态角偏差修正AGV上的陀螺仪自身获得的姿态角;
S5:根据步骤S3获得的AGV导航偏差和步骤S4修正后的陀螺仪数据,输出AGV的线速度和旋转角速度,实现直线和原地旋转运动。
本发明的有益效果是:本发明系统基于简洁的T型RFID信标,利用无线射频获得可靠的当前站点的绝对位置信息,而同时利用RFID信标的T字形状,方便辨识AGV导航偏差和姿态角偏差,有效去除陀螺仪固定漂移和随机漂移,该发明相比于肉眼无法识别的二维码信标,无需调用专用二维码解析库函数,运算时间快,而且不易被环境污染,可替代二维码导航方式,减少后期维护,导航精度可达±10mm。
附图说明
图1为T型RFID铺设的网格环境;
图2为AGV小车安装结构图;
图3为本发明方法实现框图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案,但本发明的保护范围不局限于以下所述。
本发明提供的一种基于T型RFID信标的AGV惯性导航系统,该系统包括铺设于地面的若干T型RFID信标、与实际场景吻合的车载电子地图和车载设备;如图1所示,所有T型RFID信标在AGV工作区域保持方向一致铺设成网格地图,每个T型RFID信标具有唯一编号并与电子地图对应。如图2所示,所述车载设备包括RFID读卡器、视觉相机和控制单元。如图3所示,所述控制单元包括T型图像处理模块、陀螺仪固定漂移处理模块以及预测路径跟踪控制模块。AGV在经过T型RFID信标上方时,RFID读卡器读取RFID中包含的编码信息匹配电子地图进行AGV的全局定位,T型图像处理模块利用视觉相机获取的T型标识计算AGV导航偏差以及姿态角偏差,同时启动陀螺仪固定漂移处理模块清零陀螺仪,随后使用固定漂移处理后的陀螺仪数据进行预测路径跟踪控制。
T型RFID信标的间距超过AGV小车背负货架的最大尺寸,一种可采用的尺寸为:T型RFID信标横边长1cm,宽0.2cm,竖边长1cm,宽0.2cm,相配合地,视觉相机在地面的视场为15×10cm。
如图2所示,当AGV小车为具有差速驱动轮的AGV,所述视觉相机和RFID读卡器安装于两个差速驱动轮连线的中点。
所述T型图像处理模块包括以下步骤:
S1:读取视觉相机采集的T型RFID信标灰度图像;
S2:选取图像中的感兴趣工作区域;
S3:均匀性度量法进行图像二值化;
S4:求解图像的最大连通域并进行边界扫描;
S5:处理直线边界获得第一条直线y-y1=a1(x-x1);
S6:移除第一条直线,并通过扫描边界获得第二条直线y-y2=a2(x-x2);
S7:根据两条直线特征数据通过以下公式计算AGV导航偏差ye和姿态角偏差θe:
ye=a1xe+y1-a1x1,
所述的陀螺仪固定漂移处理模块使用在T型RFID信标处通过T型图像处理模块获得的姿态角偏差θe和同时获得的陀螺仪相对于航向的姿态角偏差θ′e,根据以下公式计算修正离开T型RFID信标之后的陀螺仪相对于航向的姿态角偏差θa:
θa=θb+θe-θ′e,
其中θb为陀螺仪实际获得的相对于航向的姿态角偏差值。
所述的预测路径跟踪控制模块根据以下公式预测AGV离开T型RFID信标后第k个采样时刻的AGV导航偏差ye(k):
其中T为采样周期,v为期望的AGV线速度,θa(k)为AGV离开T型RFID信标后第k个采样时刻的修正后的陀螺仪相对于航向的姿态角偏差;
并计算AGV离开T型RFID信标后第k个采样时刻的偏转角速度ω(k):
其中k1>0,k2>0为常数,分别为快速修正导航偏差和姿态角偏差的权重系数,例如可取:k1∈[1,8],k2∈[1,6],v(k)为期望的AGV线速度。
当AGV为如图2所示的具有差速驱动轮的AGV时,AGV离开T型RFID信标后第k个采样时刻的左轮转速ωL(k)和右轮转速ωR(k):
其中r为AGV小车的轮子半径。
该系统基于简洁的T型RFID信标,利用无线射频获得可靠的当前站点的绝对位置信息,而同时利用RFID信标的T字形状,方便辨识AGV导航偏差和姿态角偏差,有效去除陀螺仪固定漂移和随机漂移,该发明相比于肉眼无法识别的二维码信标,无需调用专用二维码解析库函数,运算时间快,而且不易被环境污染,可替代二维码导航方式,减少后期维护,导航精度可达±10mm。
Claims (9)
1.一种基于T型RFID信标的AGV惯性导航系统,其特征在于:该系统包括铺设于地面的若干T型RFID信标、与实际场景吻合的车载电子地图和车载设备;
所述车载设备包括RFID读卡器、视觉相机和控制单元;所述控制单元包括T型图像处理模块、陀螺仪固定漂移处理模块以及预测路径跟踪控制模块;
所有T型RFID信标在AGV工作区域保持方向一致铺设成网格地图,每个T型RFID信标具有唯一编号并与电子地图对应;
所述RFID读卡器在AGV经过T型RFID信标上方时,读取T型RFID信标的编号,匹配电子地图进行AGV的全局定位;
所述视觉相机采集AGV经过的T型RFID信标图像;
所述T型图像处理模块利用视觉相机获取的T型RFID信标图像,计算AGV导航偏差以及姿态角偏差;
所述陀螺仪固定漂移处理模块根据T型图像处理模块获取的姿态角偏差修正陀螺仪自身获得的姿态角;
所述预测路径跟踪控制模块根据T型图像处理模块获得的AGV导航偏差和修正后的陀螺仪数据输出AGV的线速度和旋转角速度,实现直线和原地旋转运动。
2.根据权利要求1所述的一种基于T型RFID信标的AGV惯性导航系统,其特征在于:所述AGV为具有差速驱动轮的AGV,所述视觉相机和RFID读卡器安装于两个差速驱动轮连线的中点。
3.根据权利要求1所述的一种基于T型RFID信标的AGV惯性导航系统,其特征在于:所述AGV为四轮驱动的AGV,所述视觉相机和RFID读卡器安装于四个轮子的几何中心。
4.根据权利要求1所述的一种基于T型RFID信标的AGV惯性导航系统,其特征在于:所述AGV为舵轮驱动的AGV,所述视觉相机和RFID读卡器安装于两个定向轮连线的中点。
5.根据权利要求1所述的一种基于T型RFID信标的AGV惯性导航系统,其特征在于:所述T型图像处理模块计算AGV导航偏差以及姿态角偏差的方法包括以下步骤:
S1:读取视觉相机采集的T型RFID信标灰度图像;
S2:选取图像中的感兴趣工作区域;
S3:均匀性度量法进行图像二值化;
S4:求解图像的最大连通域并进行边界扫描;
S5:处理直线边界获得第一条直线y-y1=a1(x-x1);
S6:移除第一条直线,并通过扫描边界获得第二条直线y-y2=a2(x-x2);
S7:根据两条直线特征数据通过以下公式计算AGV导航偏差ye和姿态角偏差θe:
ye=alxe+y1-alx1,
6.根据权利要求1所述的一种基于T型RFID信标的AGV惯性导航系统,其特征在于:所述的陀螺仪固定漂移处理模块使用在T型RFID信标处通过T型图像处理模块获得的姿态角偏差θe和同时获得的陀螺仪相对于航向的姿态角偏差θ′e,根据以下公式计算修正离开T型RFID信标之后的陀螺仪相对于航向的姿态角偏差θa:
θa=θb+θe-θ′e,
其中θb为陀螺仪实际获得的相对于航向的姿态角偏差值。
7.根据权利要求1所述的一种基于T型RFID信标的AGV惯性导航系统,其特征在于:所述的预测路径跟踪控制模块根据以下公式预测AGV离开T型RFID信标后第k个采样时刻的AGV导航偏差ye(k):
其中T为采样周期,υ为期望的AGV线速度,θa(k)为AGV离开T型RFID信标后第k个采样时刻的修正后的陀螺仪相对于航向的姿态角偏差;
并计算AGV离开T型RFID信标后第k个采样时刻的偏转角速度ω(k):
其中k1>0,k2>0为常数,分别为快速修正导航偏差和姿态角偏差的权重系数,υ(k)为期望的AGV线速度。
8.根据权利要求7所述的一种基于T型RFID信标的AGV惯性导航系统,其特征在于:所述AGV为具有差速驱动轮的AGV时,AGV离开T型RFID信标后第k个采样时刻的左轮转速ωL(k)和右轮转速ωR(k):
其中r为AGV小车的轮子半径。
9.一种基于T型RFID信标的AGV惯性导航方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:
S1:在AGV工作区域铺设若干T型RFID信标,所有T型RFID信标方向一致铺设成网格地图,每个T型RFID信标具有唯一编号并与AGV工作区域的电子地图对应;
S2:在AGV经过T型RFID信标上方时,AGV上的RFID读卡器读取T型RFID信标中包含的编码信息,匹配电子地图进行AGV的全局定位,同时AGV上的视觉相机采集T型RFID信标图像;
S3:根据T型RFID信标图像计算AGV导航偏差以及姿态角偏差;
S4:根据步骤S3获得的姿态角偏差修正AGV上的陀螺仪自身获得的姿态角;
S5:根据步骤S3获得的AGV导航偏差和步骤S4修正后的陀螺仪数据,输出AGV的线速度和旋转角速度,实现直线和原地旋转运动。
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Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180713 |
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