CN108896041A - 基于超声波的惯性导引车导航方法及导引车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于超声波的惯性导引车导航方法及导引车，规划导引车预定运行路径，在路径一上间隔设置信号反射板；超声波传感器分别检测距离信号反射板的距离，工控机计算导引车偏航角，确定导引车偏航距离，陀螺仪采集导引车实时速度、偏航角，工控机确定导引车实际移动轨迹，确定路径修正参数；工控机将路径修正参数转化成移动控制信号，下位机根据移动控制信号控制驱动模块运转，导引车完成路径修正。本发明的基于超声波的惯性导引车导航方法及导引车，将超声波传感器与陀螺仪结合在一起，只需要在导航路径的一侧间隔设置信号反射板，超声波传感器与陀螺仪交替工作，节省能源浪费，两组导航结果又能相互纠正、补充，实现各种路径的多模态导航。
Description
技术领域
本发明涉及车辆导引领域，尤其涉及一种基于超声波的导引车导航方法及导引车。
背景技术
随着科技的发展，车辆的自动导引技术被广泛的应用，车辆能够按照规划好的路线自动运行，不需要人工操作，因而能大大提高工作效率，节约人工成本。目前自主式移动车辆的导航方式主要有机器视觉导航，电磁导航，光学导航，激光导航等。
机器视觉导航是通过获取车辆前方目标背景的图像，并从中提取导航路径；它易于实现信息的集成，但当受到室内目标背景信息叠加多义的影响时，使得获取目标背景相当困难，同时图像处理数据量大、实时性差。电磁导航是在移动车辆行走的路径上埋设金属线，移动车辆检测通电的金属线所产生的磁场以获取行走的路径；它结构简单，成本低，但是线圈布设困难、路径难以更改扩张。光学导航是在移动车辆行走的路径上粘贴色带，通过摄像机采集色带图像信号进行简单的处理而实现导引；它设置简单，但是色带易于磨损。激光导引是在移动车辆的路径的周围安装精确的激光反射板，移动车辆通过采集反射板反射回的激光束获取当前的位置与方向；它导引定位精度高，但是成本较高，信号易受到物件的遮挡。
超声波导航具有结构简单，采集信息速率快，时间分辨率高等特点，同时超声波传感器不易受到天气条件、环境光照等外界环境条件的影响。目前超声波导航技术成熟，已被广泛应用到各种移动机器人的感知系统中。但超声波导航需要标志物的信号反射才能实现导航，而在实际应用中，很难实现在超声波导航线路上持续或密集布置反射信号的标志物，标志物一方面会增加建设成本，另一方面反射信号的标志物会成为路径其他移动车辆或行人的障碍物。有些情况下，可以设置单一的标志物供超声波识别，从而导航，但该种设计仅适用于直线路径导航，对具有复杂曲线的路径不适用。
发明内容
本发明的目的是设计一种基于超声波的惯性导引车导航方法，及实现该方法的导引车。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种基于超声波的惯性导引车导航方法，包括如下步骤：
步骤一，工作场所布置，规划导引车预定运行路径，并在导引车预定运行路径一侧的固定距离上间隔设置信号反射板；
步骤二，导引车的工控机接收预定运行路径信息，将其转换成移动控制信号，下位机根据移动控制信号控制驱动模块运转，导引车开始移动；
步骤三，实时运动反馈
三-1)，导引车侧面前端和后端的两个超声波传感器同时激发，判断是否都能检测到信号反射板，如果能，则转入三-2)，否，则转如三-4)；
三-2)，两个超声波传感器分别检测距离信号反射板的直线距离，并将两个距离信号反馈至工控机，转入三-3)；
三-3)，工控机利用三角函数计算导引车偏航角，并对比安全距离确定导引车偏航距离，完成步骤三，进行步骤四；
三-4)，陀螺仪采集导引车实时速度、偏航角，反馈至工控机，转入三-5)；
三-5)，工控机根据导引车实时速度，以及前次路径修正间隔时长，确定导引车移动距离，利用三角函数计算导引车偏航距离，完成步骤三，转入步骤四；
步骤四，路径偏差计算，工控机根据偏航角、偏航距离确定导引车实际移动轨迹，对比预定运行路径，确定路径修正参数；
步骤五，路径修正，工控机将路径修正参数转化成移动控制信号，下位机根据移动控制信号控制驱动模块运转，导引车完成路径修正。
一种基于超声波的导航方法的惯性导引车，包括导引车及其应用场所，导引车包括安装在车体侧面前端的第一超声传感器，安装在车体侧面后端的第二超声传感器，导引车上还安装有用于监测导引车实时速度、偏航角的陀螺仪，安装有驱动导引车移动的驱动模块，驱动模块连接并受控于下位机，所述第一超声传感器、第二超声传感器、陀螺仪、下位机均连接至车载无线通讯模块；所述应用场所包括导引车的预定运行路径，预定规划路径一侧固定距离间隔安装有信号反射板，应用场所内还设有工控机，工控机连接有地面无线通讯模块；所述地面无线通讯模块与车载无线通讯模块建立连接无线通讯连接，工控机通过无线通讯连接所述第一超声传感器、第二超声传感器、陀螺仪、下位机。
本发明的有益效果是：
本发明的基于超声波的惯性导引车导航方法及导引车，将超声波传感器与陀螺仪结合在一起，只需要在导航路径的一侧间隔设置信号反射板，超声波传感器与陀螺仪交替工作，节省能源浪费，降低主机负载，两组导航结果又能相互纠正、补充，实现各种路径的多模态导航。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，一种基于超声波的惯性导引车导航方法，包括如下步骤：
步骤一，工作场所布置，规划导引车1预定运行路径2，并在预定运行路径2一侧的固定距离D上间隔设置信号反射板3；
步骤二，导引车1的工控机4接收预定运行路径2信息，将其转换成移动控制信号，下位机5根据移动控制信号控制驱动模块运转，导引车1开始移动；
步骤三，实时运动反馈
三-1)，导引车1侧面前端和后端的两个超声波传感器601、602同时激发，判断是否都能检测到信号反射板3，如果能，则转入三-2)，否，则转如三-4)；
三-2)，两个超声波传感器601、602分别检测距离信号反射板的直线距离，分别为d1、d2，并将两个距离信号反馈至工控机1，转入三-3)；
三-3)，工控机1利用三角函数计算导引车偏航角θ，如下式1；
并对比安全距离D，两个超声波传感器601、602沿导引车1车体的距离L，确定导引车偏航距离Δd，如下式2，完成步骤三，进行步骤四；
三-4)，陀螺仪7采集导引车实时速度v、偏航角θ，反馈至工控机4，转入三-5)；
三-5)，工控机4根据导引车1实时速度v，以及前次路径修正间隔时长t，确定导引车移动距离，利用三角函数计算导引车偏航距离Δd’，如下式3，完成步骤三，转入步骤四；
Δd’＝vt (式3)
步骤四，路径偏差计算，工控机根据偏航角θ、偏航距离Δd或Δd’确定导引车实际移动轨迹，对比预定运行路径，确定路径修正参数；
步骤五，路径修正，工控机4将路径修正参数转化成移动控制信号，下位机5根据移动控制信号控制驱动模块运转，导引车1完成路径修正。
图1中还公开了一种基于超声波的导航方法的惯性导引车，包括导引车1及其应用场所，导引车1包括安装在车体侧面前端的第一超声传感器602，安装在车体侧面后端的第二超声传感器601，导引车1上还安装有用于监测导引车实时速度、偏航角的陀螺仪7，安装有驱动导引车1移动的驱动模块(图中未示出)，驱动模块连接并受控于下位机5，所述第一超声传感器601、第二超声传感器602、陀螺仪7、下位机5均连接至车载无线通讯模块8；所述应用场所包括导引车1的预定运行路径2，预定规划路径2一侧固定距离间隔安装有信号反射板3，应用场所内还设有工控机4，工控机4连接有地面无线通讯模块9；所述地面无线通讯模块9与车载无线通讯模块8建立连接无线通讯连接，工控机4通过无线通讯连接所述第一超声传感器601、第二超声传感器602、陀螺仪7、下位机5。
所述信号反射板3可以采用造价低廉的PVC板，每块PVC板的长度略大于第一超声传感器601、第二超声传感器602的距离，从而保证两个传感器能够同时感应同一块PVC板，PVC板的间隔可以根据预定运行路径2的情况布置，在路径较复杂的路段，设置较密集的PVC板，指引导引车1频繁修正路径，在路径较为平滑的路段，PVC板的间隔可以较大，导引车1主要依靠自带的陀螺仪7进行防偏移导航。
所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (2)
1.一种基于超声波的惯性导引车导航方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，工作场所布置，规划导引车预定运行路径，并在导引车预定运行路径一侧的固定距离上间隔设置信号反射板；
步骤二，导引车的工控机接收预定运行路径信息，将其转换成移动控制信号，下位机根据移动控制信号控制驱动模块运转，导引车开始移动；
步骤三，实时运动反馈
三-1），导引车侧面前端和后端的两个超声波传感器同时激发，判断是否都能检测到信号反射板，如果能，则转入三-2），否，则转入三-4）；
三-2），两个超声波传感器分别检测距离信号反射板的直线距离，并将两个距离信号反馈至工控机，转入三-3）；
三-3），工控机利用三角函数计算导引车偏航角，并对比安全距离确定导引车偏航距离，完成步骤三，进行步骤四；
三-4），陀螺仪采集导引车实时速度、偏航角，反馈至工控机，转入三-5）；
三-5），工控机根据导引车实时速度，以及前次路径修正间隔时长，确定导引车移动距离，利用三角函数计算导引车偏航距离，完成步骤三，转入步骤四；
步骤四，路径偏差计算，工控机根据偏航角、偏航距离确定导引车实际移动轨迹，对比预定运行路径，确定路径修正参数；
步骤五，路径修正，工控机将路径修正参数转化成移动控制信号，下位机根据移动控制信号控制驱动模块运转，导引车完成路径修正。
2.一种基于超声波的导航方法的惯性导引车，其特征在于，包括导引车及其应用场所，导引车包括安装在车体侧面前端的第一超声传感器，安装在车体侧面后端的第二超声传感器，导引车上还安装有用于监测导引车实时速度、偏航角的陀螺仪，安装有驱动导引车移动的驱动模块，驱动模块连接并受控于下位机，所述第一超声传感器、第二超声传感器、陀螺仪、下位机均连接至车载无线通讯模块；所述应用场所包括导引车的预定运行路径，预定规划路径一侧固定距离间隔安装有信号反射板，应用场所内还设有工控机，工控机连接有地面无线通讯模块；所述地面无线通讯模块与车载无线通讯模块建立连接无线通讯连接，工控机通过无线通讯连接所述第一超声传感器、第二超声传感器、陀螺仪、下位机。
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