CN109814548B - 一种基于室内微波基站的导航方法和agv - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于室内微波基站的导航方法和AGV，包括以下步骤：S1：接通电源，S2：在启动过程中，通过室内微波室内微波基站的UWB模块获得AGV的绝对位置，S3：完全启动AGV后，调度下发目的地指令，手动操作AGV至二维码Tag标签上方，精确获得AGV的绝对位置，得到AGV的位置误差d和角度误差θ，并合成融合误差e，S4：当AGV在二维码Tag标签上得到融合误差e后，向下一个二维码Tag标签的行进过程中，通过惯性导航系统进行位置和角度调整，直至到达下一个二维码Tag标签；当AGV偏差过大，脱离既定轨道，利用UWB模块获得AGV的绝对位置，调度下发指令寻回，该导航方法定位精确，精度高，成本低、抗干扰能力强，可以实现在工作区域内实时定位，方便寻回。

Description

一种基于室内微波基站的导航方法和AGV

技术领域

本发明涉及自动导引运输车路径导航技术领域，具体涉及基于室内微波基站的导航方法和AGV。

背景技术

AGV小车指装备有自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，AGV小车底架是支承、安装汽车驱动系统、供电系统等各种部件、总成，形成汽车的整体造型，因此底架是否具有足够的承重能力至关重要，现有AGV小车的车架采用钣金焊接，可以节约金属材料，减轻结构重量，简化加工和安装工序，提高生产效率，但是因为钣金为一面开口的结构，承重能力有限，当承受的物品重量较大时，容易发生弯曲断裂。

当需要搬运AGV小车时，通常使用叉车搬运，但需要包装AGV或通过台阶等特殊情况时，无法使用叉车搬运，只能人工搬运，目前人工搬运时需要几个人同时搬抬AGV小车的四个转角处或将搬运工具放在AGV小车的底部进行搬运，这些搬运方法难以找到合适的受力点，稳定性较差，容易脱落，造成AGV小车的损坏和人员受伤。

对于AGV来说，确定自己的位置非常重要，路径任务的执行和姿态的调整都是基于导航定位实现的。目前AGV导航方法主要有惯性导航、激光导航、电磁导航和视觉导航等，其中，惯性导航是在AGV上安装陀螺仪，在行驶区域的地面上安装定位块，惯性导航是一项成熟、可靠的导航技术，具有可靠性高、短期精度高和自主性强的优点，但由于AGV部件自身和地面的原因，存在不可消除的累积误差，长时间导引精度不够；激光导航是在AGV小车上安装激光发射器，行驶路径上安装精确发射板，AGV通过发射激光束，同时采集由反射板反射的激光束，从而确定其当前的位置以及方向，激光导航定位精确，地面无需其他定位设施，行驶路径改变灵活，但激光导航控制复杂、成本昂贵，受障碍物影响大，适合场合要求高；电磁导航是在AGV行驶路径上埋设金属线，导引金属线隐蔽，不易污染和破损，简单可靠，抗干扰能力强，成本低，但改变和扩充路径较麻烦，导引线铺设相对困难，为了克服现有单一导航方法存在的缺陷，很多AGV使用符合导航方式，在专利号为CN 108592906 A，名称为基于二维码和惯性传感器的AGV复合导航方法的发明专利文件中公开了一种基于二维码和惯性传感器的AGV复合导航方法，在AGV工作区域内等间距设置有n个二维码标签；AGV在行驶路径中识别到任意第i个二维码标签并启动二维码导航模式，从而利用计算得到的纵向偏差ΔLQR、侧向偏差ΔDQR、方向偏差ΔφQR来实现AGV在第i个二维码标签上的姿态调整；AGV在行驶路径中无法识别到任意第i个二维码标签，则启动惯性导航模式，并利用计算得到的纵向偏差ΔLIN、侧向偏差ΔDIN、方向偏差ΔφIN来实现AGV在行驶路径中第i个二维码标签和第i+1个二维码标签之间的导航，该复合导航方法通过等间距放置的二维码标签，并结合惯性传感器来实现AGV的复合导航，从而达到降低生产成本、降低现场实施难度以及提高导航精度的目的，但当AGV偏离目标路线较远，无法寻到下一个二维码时，造成脱轨，无法寻回，只能现场工作人员手动操作。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于室内微波基站的导航方法和AGV，该导航方法定位精确，导航误差小、精度高，成本低、抗干扰能力强，可以实现在工作区域内实时定位，方便寻回。

为达到上述目的，本发明的第一个技术方案是：一种基于室内微波基站的导航方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：接通电源，启动程序；

S2：在启动过程中，通过室内微波基站的UWB模块获得AGV的绝对位置，UWB模块进行数据处理的方法是Trilateraion三边测量法和卡尔曼滤波数据处理复合计算方法，卡尔曼滤波数据处理应用于UWB测距的步骤如下：

第1步：建立描述物体的模型，k时刻的预测值＝k-1时刻的值+变化值*单位时间,即X(k丨k-1)＝A*X(k-1丨k-1)+B*u(k)，其中，X(k丨k-1)是利用上一状态预测的结果，X(k-1丨k-1)是上一状态最优的结果，u(k)为现在状态的控制量；

第2步：根据上一时刻的状态转移矩阵P，P为初始时为单位矩阵，加上预测噪音协方差矩阵Q，Q为预计误差，推算出当前k时刻的误差矩阵，即P(k|k-1)＝A*P(k-1|k-1)*A’+Q，其中P(k丨k-1)是X(k丨k-1)对应的协方差，P(k-1丨k-1)是X(k-1丨k-1)对应的协方差，A'表示A的转置矩阵，Q是系统过程的协方差；

第3步：根据得到的k时刻误差矩阵和测量噪声协方差矩阵R，R为测量误差，推算出k时刻卡尔曼增益，即Kg(k)＝P(k丨k-1)*H'/(H*P(k丨k-1))*H'+R；

第4步：k时刻的预测值+k时刻卡尔曼增益*(k时刻测量值-观测矩阵*k时刻的预测值)＝k时刻的值，即X(k丨k)＝X(k丨k-1)+Kg(k)*(Z(k)-H*X(k丨k-1))，其中X(k丨k)是由K时刻的预算值和K时刻测量值合成的估算值，

当Z(k)-H*X(k丨k-1)大于200时，认为当前光波传输发生了折射，该数据不准确，被过滤掉，但仍可输出K时刻的预测值，保证数据可靠可用。

第5步：更新状态转移矩阵P，用于下一次迭代，即

P(k丨k)＝(1-Kg(k)*H)*P(k丨k-1)

建立模型的单位时间、预测噪音协方差矩阵Q都是预设定值，状态转移矩阵P初始时为单位矩阵。

S3：完全启动AGV后，调度下发目的地指令，指定目标路径，手动操作AGV至二维码Tag标签上方，AGV通过视觉传感器和UWB模块精确获得AGV的绝对位置，通过PLC控制器得到AGV的位置误差d和角度误差θ，并将两个误差通过比例权重的融合，合成融合误差e，合成公式如下:

e＝d+ko*θ

其中，ko为权重系数,得到该误差后，在AGV向下一个二维码Tag标签的行进过程中，进行位置和角度调整，直至行进至下一个二维码Tag标签上，再次获得AGV的绝对位置，并对绝对位置进行矫正；

S4：当AGV在二维码Tag标签上得到融合误差e后，向下一个二维码Tag标签的行进过程中，使用陀螺仪和光电编码器组成的惯性导航系统进行位置和角度的调整，调整过程如下：当AGV在轨道范围之内，无报警或无故障的情况下，驱动电机转动，在AGV按照目标路径行驶的过程中，获取陀螺仪和光电编码器数据，通过PLC控制器计算位置误差与角度误差，对位置误差和角度误差进行融合，利用PID调节，得到两轮速度差，从而利用两个驱动轮的速度差进行位置和角度调整，循环重复上述步骤S4中位置和角度调整过程，直至到达下一个二维码Tag标签；当AGV行进过程中，偏差过大，脱离既定轨道，无法到达下一个二维码Tag标签上时，利用UWB模块获得AGV的绝对位置，调度下发指令寻回，使其回到指定目标路径上；

S5：重复上述步骤S3和S4，直至到达目的地停车。

本发明采用惯性导航系统、二维码Tag标签和室内微波室内微波基站导航的复合导航系统，其中室内微波室内微波基站的定位选用UWB技术，惯性导航系统在AGV沿着目标路径行驶过程中进行角度的矫正，二维码Tag标签为AGV定位和绝对位置的矫正，以消除惯性导航系统存在的自身无法消除的累积误差，

使用二维码Tag标签和陀螺仪形成的惯性系统组成的复合导航系统进行定位导航时，先在应用AGV的仓库内的平面上建立一个大直角坐标系，二维码Tag标签分布安装在此直角坐标中，二维码Tag标签之间的安装距离由AGV自身特性决定，在本实施例中每个二维码Tag标签都为一个n×n的方形二维码阵列，阵列中包含n×n个小二维码，二维码Tag标签中心在大直角坐标系的坐标即为此二维码Tag标签的绝对位置坐标，以二维码Tag标签的中心点为原点，以大直角坐标系的x、y方向为基准，建立一个小直角坐标系，每个小二维码中记录有小二维码在小直角坐标中的坐标，AGV到达小二维码上方，视觉传感器获得小二维码的位置信息，从而得到AGV相对于二维码Tag标签中心点的位置误差d和角度误差θ，将两个误差通过比例权重的融合，合成融合误差e，在AGV向下一个二维码Tag标签的行进路途中，按照目标路径，以下一个二维码Tag标签中心为目标，进行位置和角度的矫正；利用上述合成融合误差e的公式对位置误差d和角度误差θ进行融合时，调整权重系数k的值，使融合误差e越小越好，e越小，AGV行走越平稳，同时，k值越大，对角度误差θ的调节越精确，角度误差越小，与工作台的对接越好，k值越小，对位置误差d的调节越精确，位置误差越小，因此根据实际使用AGV情况，兼顾位置误差和角度误差，调出最优k值，得到合成误差e后，利用PID算法，得到两轮速度差，进行位置和角度调整，防止AGV偏离目标路径越来越远，PID调节器是一种线型调节器，PID控制也称比例-积分-微分控制，模拟PID控制系统的原理如下：其中比例环节是用来放大误差，来纠正偏差的；积分环节用来消除系统的稳态误差；微分环节用来提高系统的快速性，积分项和微分项要用计算机实现，就要将这一的系统转化为差分方程，将给定值r(t)与实际输出值c(t)的偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制，得到PID控制器的基本算法：

其中，e(t)＝r(t)-c(t)，其中，T_D为微分时间，T_i为积分时间，K_p为调节器的放大系数。

在AGV启动或脱轨时，无法使用惯性导航系统或二维码Tag标签对AGV进行位置和角度的矫正及绝对位置的定位，将其寻回，回到目标路径上时，需要使用UWB技术确定AGV的绝对位置，并将此信息反馈给调度，以方便调度做出指令，UWB技术是一种无载波通信技术，利用纳秒至微妙级的非正弦波窄脉冲传输数据，利用UWB测速的原理是：UWB测速利用的是双向飞行时间法，即每个模块从启动开始，即会生成一条独立的时间戳。模块A的发射机在其时间戳上的T_a1发射请求性质的脉冲信号，模块B在T_b2时刻发射一个响应性质的信号，被模块A在自己的时间戳T_a2时刻接收，由此可以计算出脉冲信号在两个模块之间的飞行时间，从而确定飞行距离S，S＝C×[(T_a2-T_a1)-(T_b2-T_b1)](C为光速)；利用UWB技术定位的原理是：在室内二维平面上，布置三个已知坐标的定位基站，定位基站发送一定频率的脉冲，AGV上端的无载波接收器接收到脉冲信号，通过PLC控制器利用双向飞行时间法测得AGV与定位基站之间的距离，以微波基站为圆心，AGV与定位基站之间的距离为半径做圆，通过三个定位基站的三个圆相交的交点即为AGV的定位点，使用Trilateration三边测量法来测量和计算AGV定位点的坐标，原理如下：如图12所示，以三个定位基站作为三个圆的圆心A、B、C，坐标分别为(X_a，Y_a)，(X_b，Y_b)，(X_c，Y_c)，这三个圆相交于一个点D，交点D即为移动节点，A、B、C即为参考节点，A、B、C与交点D的距离分别为d_a、d_b、d_c，假设交点D的坐标为(X，Y)，则

由以上三个公式可以得到交点D的坐标为：

使用UWB技术对AGV定位，传送速率高，实时性好，范围覆盖广，穿透力强、传输能力强，发射功率小，但UWB技术是利用脉冲无线电进行测距和测向的，在信号传输的而过程中会受到周围环境如玻璃、墙壁等障碍物的阻挡而导致折射、反射和衍射现象，产生多路径效应，影响UWB技术的定位精度，本发明中将卡尔曼滤波数据处理应用于UWB测距中，消除了多路径效应对UWB测距的影响，提高了定位精度。

本发明的第二个技术方案是：一种基于室内微波基站导航的AGV，包括AGV车本体和传送货柜，AGV车本体包括由矩形管焊接而成的车体底架，所述车体底架包括长方形框架，所述长方形框架包括长方形框架长度方向的第一横梁组和长方形框架宽度方向的第一纵梁组，所述第一横梁组包括位于AGV车本体左侧的第一左横梁和位于AGV车本体右侧的第一右横梁，所述第一纵梁组包括靠近AGV车本体的车头的第一前纵梁和靠近AGV车本体的车尾的第一后纵梁，长方形框架内设有沿长方形框架宽度方向分布的且与第一横梁组平行的第二横梁组和沿长方形框架长度方向分布的且与第一纵梁组平行的第二纵梁组，所述第二横梁组包括靠近第一左横梁的第二左横梁和靠近第一右横梁的第二右横梁，所述第二纵梁组包括靠近第一前纵梁的第二前纵梁和靠近第一后纵梁的第二后纵梁，所述第二前纵梁的宽度大于第二后纵梁的宽度；

在第一前纵梁与第二前纵梁之间靠近第一前纵梁的位置设有与第一前纵梁平行的第一前万向轮安装架和第二前万向轮安装架，所述第一前万向轮安装架的两端分别焊接在第一左横梁和第二左横梁上，所述第二前万向轮安装架的两端分别焊接在第一右横梁和第二右横梁上；在第一后纵梁与第二后纵梁之间靠近第一后纵梁的位置设有与第一后纵梁平行的第一后万向轮安装架和第二后万向轮安装架，所述第一后万向轮安装架的两端分别焊接在第一左横梁和第二左横梁上，所述第二后万向轮安装架的两端分别焊接在第一右横梁和第二右横梁上；在车体底架底面靠近第一前纵梁的位置设有与第一前纵梁平行的第一搬运矩形管，在第二后纵梁和第一后万向轮安装架之间靠近第二后纵梁的车体底架底面上设有与第二后纵梁平行的第二搬运矩形管。

采用上述结构，横梁和纵梁受到的力可以通过连接处相互传递和分散，使整个车体底架受力均匀，避免应力集中，造成某一处弯曲或折断，从而影响整个底架的稳定性，也避免某一条梁上承重集中，造成其受力过大，造成焊接处的断裂；第二前纵梁的下方安装有电池和驱动组件的避震组件的铰接座，承重较大，为了防止纵梁折断，需要增大纵梁的抗弯曲能力，物体的抗弯曲能力与物质本身和物体界面形状有关，当使用同一种物质材料时，物体的抗弯曲能力主要由物体界面形状决定，即由物体截面惯性矩决定的，纵梁采用矩形管焊接，空心矩形的惯性矩公式为

其中，B为外宽，H为外高，b为内宽，h为内高，当H、h、b等因素均固定的情况下，B越大，惯性矩越大，抗弯曲能力越强，因此增大第二前纵梁的宽度，增大空心矩形的惯性矩，从而增大了第二前纵梁的抗弯曲能力，增大了承重能力；驱动组件的避震机构的铰接座安装在第二前纵梁的底面两侧，地面给驱动组件向上的作用力，驱动组件有向上运动的趋势，铰接座给第二前纵梁向上的作用力，此作用力沿着第二前纵梁长度方向传输和分散，缓解铰接座安装处的受力，防止应力集中，造成弯曲或断裂，同时通过力在第二前纵梁上的相互传递，使两边驱动组件受力平衡，使AGV小车运行更加平稳；电池由于重力作用，会给第二前纵梁和其附近的第二左横梁和第二右横梁较大的向下的作用力，为了防止第二左横梁和第二右横梁受力过大，造成与第一前纵梁的焊接处的应力过于集中，从而造成焊接处断裂，因此在靠近第一前纵梁的位置设有第一搬运矩形管，起到加强筋的作用，增大了第二左横梁和第二右横梁前端的抗弯曲变形能力，分担一部分第二左横梁和第二右横梁前端所受的力，同时能够起到传输和分散作用，将力传到第一左横梁和第一右横梁上，从而分散至整个车体底架上；上避震座的上端固定安装在第二后纵梁的底面两侧，经过颠簸路面时，气弹簧上下运动，带动上避震座上下运动，从而使第二后纵梁两侧反复向上向下的受力，此力通过第二后纵梁与各个横梁的连接处，传递和分散给各个横梁，避免造成第二后纵梁与第一左横梁和第一右横梁焊接处反复受力，从而断裂，当某一侧驱动轮遇到颠簸，此边的气弹簧上下运动，从而带动第二后纵梁的此侧上下受力，此力也会沿着第二后纵梁长度方向在第二后纵梁上传递到另一侧，带动另一侧的气弹簧同步上下运动，从而两轮运动同步，AGV车运动更加平稳；在AGV车体着地后，前万向轮和后万向轮要分担车体较大的重量，给地面一个较大的压力，根据作用力与反作用力，底面给万向轮一个较大的向上的支撑力，该支撑力通过力的传递，传递到万向轮安装架上，万向轮安装架采用上述结构，将此力通过万向轮安装架与横梁的连接处传输和分散给各个横梁，从而分散到整个车体底架上，防止万向轮安装架受力过大造成弯曲或折断；车体底架安装的重物，如电池、电控箱和驱动组件主要集中在车体底架的前半部分，车体底架的重心在中间偏前，因此第二搬运矩形管设在第二后纵梁和第一后万向轮安装架之间靠近第二后纵梁的车体底架底面上，起到加强筋作用，进一步有效增大了第二左横梁和第二右横梁的抗弯曲变形能力，使之能够分担更多的重量，同时能够起到传输和分散力的作用，将力传到横梁上，从而分散至整个车体底架上，提高了整个车体底架的稳定性，使之能够更加平稳的前进。

本发明的AGV底架采用矩形管焊接，相较于目前使用的钣金焊接，同样厚度的情况下，矩形管承重能力优于钣金，在AGV车可以装载更多货物，仓存量大；在底架本体的底面设有搬运矩形管，并在车体壳体对应的位置上设有相应的方形通孔，当需要包装AGV小车或通过台阶等需要人工搬运的特殊情况时，将搬运工具穿过方形通孔和搬运矩形管，并在车体壳体两侧留有抓握部，从而达到人工搬运的目的，利用上述方法进行搬运，搬运工具直接穿过AGV小车内部，稳定性高，不会出现滑落的现象，安全性能高，具有抓握部，更好施力，施力点距离AGV重心更远，省时省力。

进一步的，AGV车本体还包括车体壳体，在车体壳体的侧板搬运矩形管对应的位置上相应的设有方形通孔，所述方形通孔截面积不小于搬运矩形管内孔截面积，以使得搬运工具能够插入搬运矩形管中。

进一步的，在第一前万向轮安装架和第二前万向轮安装架的下方均设有前万向轮安装柱，前万向轮安装柱的下方设有带有空心结构的前万向轮安装板，第一前万向轮安装架和第二前万向轮安装架均为空腔结构，前万向轮安装柱的顶部穿过第一前万向轮安装架和第二前万向轮安装架的底面进入第一前万向轮安装架和第二前万向轮安装架的空腔中，前万向轮安装柱的底部卡入前万向轮安装板的空心结构中；在第一后万向轮安装架和第二后万向轮安装架的下方均设有后万向轮安装柱，后万向轮安装柱的下方设有带有空心结构的后万向轮安装板，第一后万向轮安装架和第二后万向轮安装架均为空腔结构，后万向轮安装柱的顶部穿过第一后万向轮安装架和第二后万向轮安装架的底面进入第一后万向轮安装架和第二后万向轮安装架的空腔中，后万向轮安装柱的底部卡入后万向轮安装板的空心结构中，所述前万向轮安装柱和后万向轮安装柱均为竖直方管结构，

万向轮安装架、安装柱和安装板构成了万向轮安装座组件，万向轮安装座组件需要承担AGV车体的一部分重量，此重量会对其造成挤压，使万向轮安装座组件的轴向方向弯曲、折断，万向轮安装组件采用以上设置，承重抗压抗弯曲能力强，抗扭刚度大，结构稳定，能够更好地分担AGV车体的重量，且方管外观规则，组成结构轻巧美观，构造简单，便于加工。

进一步的，所述车本体还包括车体框架，车体框架被车体底架分为车体上层框架和车体下层框架，在车体上层框架内设有AGV电控处理系统，所述电控处理系统包括PLC控制器，在车体下层框架位于第二前纵梁下方的位置上设有电池，车体下层框架中间段设有驱动轮机构。

车体框架包括上下两层，分别放置AGV电控处理系统和驱动轮机构等其他AGV部件，控制系统和驱动系统分开布置，科学合理，结构紧凑，节省空间，缩小了AGV自身车体的体积，增大了灵活度，扩大了的适用范围。

进一步的，所述驱动轮机构包括垂直于AGV行进方向的两侧并相对设置的驱动组件，在驱动组件之间设有视觉传感器，在视觉传感器的上方设有陀螺仪，驱动组件包括电机驱动盒和连接在电机驱动盒外侧壁上并可相对于电机驱动盒转动的第一驱动轮，电机驱动盒内装有伺服电机，伺服电机内设有光电编码器，第一驱动轮通过驱动轴与电机驱动盒连接；在驱动组件上设有避震组件，避震组件包括上避震座、下避震座、铰接座和气弹簧，铰接座固定安装在第二前纵梁的底面两侧上，下避震座的一侧与铰接座铰接，下避震座的另一侧与气弹簧的下端固定连接，气弹簧的上端与上避震座固定连接，上避震座的上端固定安装在第二后纵梁的底面两侧，

以上装置，工作时，电机驱动盒通过驱动轴传送给第一驱动轮，从而带动第一驱动轮的转动；陀螺仪用于测量AGV偏离既定路线的方向角，与光电编码器一起组成惯性导航系统，为AGV导航，但惯性导航系统存在着累积误差无法消除的问题，因此，地面上会设置二维码进行绝对位置的矫正，视觉传感器读取到该二维码后立即修正实时计算的坐标，然后根据合成的误差来追踪目标路径，最后到点停车，实现到达目标点和目标方向的目的；使用气弹簧作为避震装置，因为气弹簧具有近乎线性的弹性曲线，动态力变化不大、速度相对缓慢、容易控制，使用气弹簧作为避震弹簧，比普通机械弹簧速度有着很显著的优势，即在AGV小车出现颠簸振动时，气弹簧能够平稳的避震，使驱动电机驱动盒和第一驱动轮受力均匀，有效的保护了驱动电机驱动盒和第一驱动轮不受损坏，延长其使用寿命。

进一步的，在车体框架的尾部设有契形凹槽，契形凹槽的两侧分别设有充电正电极板251和充电负电极板，所述契形凹槽延伸至车体框架尾部的底端，

采用以上设置，AGV需要充电时，将AGV车向后倒至合适位置，充电桩上的充电插头伸出，与正、负电极板匹配，进行充电，充电电极板设在凹槽内，防止充电过程中，充电插头部分暴露在外面，造成触电，安全性能高。

进一步的，所述传送货柜包括货柜壳体和设在货柜壳体内的传送机构，货柜壳体为前端开口的盒体，传送机构包括传送带安装板和货柜框架，所述货柜框架包括上层货柜框架和下层货柜框架，上层货柜框架和下层货柜框架内均设有传送带组件，传送带组件包括一组对称设置的传送带、设置在传送带外侧的皮带固定块、设在皮带固定块内侧的传送带托板和连接在皮带固定块上方并沿水平方向向内延伸的导向块，在皮带固定块后端设有主动轴，主动轴位于皮带固定块内侧的两端分别套有主动轮，在皮带固定块前端设有从动轴，从动轴位于皮带固定块内侧的两端分别套有从动轮，传送带连接在主动轮和从动轮上，在传送带组件的后部设有传送带电机，传送带电机的驱动轴上安装有第二驱动轮，第二驱动轮与主动轮通过皮带连接，在传送带组件后端设有防撞橡胶块，所述防撞胶块设有感应开关，

采用以上设置，需要上料或卸料时，电机转动，通过驱动轴带动第二驱动轮的的转动，驱动轴通过皮带带动主动轮的转动，从而带动传送带的运动，得到上料或卸料的目的，传送带作为传组件结构简单、便于维护，能耗小、成本低，输送平稳，不会损坏物料，生产噪音小、适用范围广；本发明中的导向块为尼龙导向块，尼龙导向块即由尼龙材料制成的导向块，导向块为自卸机构起到导向的作用，使得导向块与自卸机构侧壁上存在缓冲空间，减少导向块与自卸机构侧壁之间的摩擦，延长自卸机构的使用寿命，；防撞橡胶块可以防止上料过程中货料撞到货柜壳体的后板，感应开关感应到货料到达货柜壳体的后板，已经上满，提醒停止上货，防止上料过多，造成货料的挤压、撞击或脱落。

进一步的，货柜壳体包括货柜顶板、货柜侧板和货柜后板，所述货柜侧板包括货柜前侧板和货柜后侧板，在货柜前侧板的下部、货柜后侧板的上部和货柜后侧板的下部均设有中空结构，所述中空结构上覆盖有透明板，在货柜顶板上设有LED指示灯，在货柜顶板前端和货柜顶板后端一侧设有无载波接收器，在货柜顶板后端另一侧设有射频发射器；在货柜前侧板上设有控制面板，控制面板上设有急停开关、电量监测器、红色指示灯、绿色指示灯和锁开关；控制面板的上方设有显示屏，

在货柜侧板采用透明设置，便于观察货柜内部情况；在货柜顶板上设置LED指示灯，当AGV正常工作时，LED灯亮，当AGV出现故障时，LED灯熄灭，使操作人员能够尽快发现AGV出现故障，及时维修，提高了生产效率；射频发射器用来无线通讯，无载波接收器用来接收无载波信号；在AGV运行期间，如果发生紧急情况操作人员可以按下急停开关使AGV停车，电量监测器用于实时监测AGV小车中电池的电量，当电量过低时，请求进行路线规划，控制AGV小车前往AGV充电站进行充电，红色指示灯亮，代表AGV出现故障，异常报警，绿色指示灯亮，代表AGV正常运行，显示屏用于显示故障、电量不足等非正常状况，使操作人员能够尽快了解AGV故障原因，采取相应的措施。

进一步的，车头段前端中间向内开设有U型凹槽，该U型凹槽的中部设有障碍物检测传感器，

AGV车运行过程中，障碍物检测传感器能够检测获取到周围障碍物的信息，并将此信息传给控制系统，从而起到避障功能。

附图说明

图1为本发明AGV的立体示意图。

图2为本发明AGV去除货柜壳体前侧板和车体壳体前侧板的立体示意图。

图3为本发明AGV车本体的仰视图。

图4为本发明AGV车本体的后视图。

图5为本发明车体底架的立体示意图。

图6为本发明车体底架的另一视角的立体示意图。

图7为本发明传送带组件立体示意图。

图8为本发明驱动轮机构的的立体示意图。

图9为本发明矩形管矩形截面惯性矩示意图。

图10为本发明AGV导航方法的流程图。

图11为本发明UWB测速原理示意图。

图12为本发明Trilateraion三边测量法计算方法示意图。

图13为本发明AGV在二维码小直角坐标系中位置示意图。

图14为本发明模拟PID控制系统原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

如图1～图3所示，一种基于室内微波基站导航的AGV，包括传送货柜1和AGV车本体2，AGV车本体2包括由矩形管焊接而成的车体底架21、车体壳体22和车体框架。

如图1和图2所示，AGV车本体2的车头前端中间向内开设有U型凹槽，该U型凹槽的中部设有障碍物检测传感器4，用于检测获取到周围障碍物的信息，并将此信息传给控制系统，从而起到避障功能。

所述传送货柜1包括货柜壳体6和设在货柜壳体内的传送机构。货柜壳体6包括货柜顶板61、货柜侧板62和货柜后板63，所述货柜侧板62包括货柜前侧板621和货柜后侧板622，在货柜前侧板621的下部、货柜后侧板622的上部和货柜后侧板622的下部均设有中空结构，所述中空结构上安装有透明板623，便于观察货柜内部情况，在货柜顶板61上设有LED指示灯12a，当AGV正常工作时，LED灯亮，当AGV出现故障时，LED灯熄灭或报警，使操作人员能够尽快发现AGV出现故障，及时维修，提高了生产效率，在货柜顶板61前端设有射频发射器8，用于无线通讯，在货柜顶板61后端设有无载波接收器9，用于接收无载波信号；在货柜前侧板621上设有控制面板10，控制面板10上设有急停开关101、电量监测器102、红色指示灯103、绿色指示灯104和锁开关，在AGV运行期间，如果发生紧急情况操作人员可以按下急停开关101使AGV停车，电量监测器102用于实时监测AGV小车中电池241的电量，当电量过低时，请求进行路线规划，控制AGV小车前往AGV充电站进行充电，红色指示灯103亮，代表AGV出现故障，异常报警，绿色指示灯104亮，代表AGV正常运行，控制面板10的上方设有显示屏11a，用于显示故障、电量不足等非正常状况，使操作人员能够尽快了解AGV故障原因，采取相应的措施。

如图2所示，车体框架被车体底架21分为车体上层框架23和车体下框架24，在车体上层框架23内设有AGV电控处理系统231，所述电控处理系统包括PLC控制器，对采集到的信息进行算法计算，并发出适当的指令，控制AGV小车的运行，在车体下框架24位于第二前纵梁213a下方的位置上设有电池241，车体下框架24中间段设有驱动轮机构242，控制系统和驱动系统分开布置，科学合理，结构紧凑，节省空间，缩小了AGV自身车体的体积，增大了灵活度，扩大了的适用范围。

如图5和图6所示，车体底架21包括长方形框架211，长方形框架211包括沿长方形框架211长度方向的第一横梁组2111和沿长方形框架211宽度方向的第一纵梁组2112，第一横梁组2111包括位于AGV车本体左侧的第一左横梁2111a和位于AGV车本体右侧的第一右横梁2111b，第一纵梁组2112包括靠近AGV车本体的车头的第一前纵梁2112a和靠近AGV车本体的车尾的第一后纵梁2112b，长方形框架211内设有沿长方形框架211宽度方向分布的且与第一横梁组2111平行的第二横梁组212和沿长方形框架211长度方向分布的且与第一纵梁组2112平行的第二纵梁组213，第二横梁组212包括靠近第一左横梁2111a的第二左横梁212a和靠近第一右横梁2111b的第二右横梁212b，所述第二纵梁组213包括靠近第一前纵梁2112a的第二前纵梁213a和靠近第一后纵梁2112b的第二后纵梁213b，所述第二前纵梁213a的宽度大于第二后纵梁213b的宽度；

在第一前纵梁2112a与第二前纵梁213a之间靠近第一前纵梁2112a的位置设有与第一前纵梁2112a平行的第一前万向轮安装架214a和第二前万向轮安装架214b，所述第一前万向轮安装架214a的两端分别焊接在第一左横梁2111a和第二左横梁212a上，所述第二前万向轮安装架214b的两端分别焊接在第一右横梁2111b和第二右横梁212b上；在第一后纵梁2112b与第二后纵梁213b之间靠近第一后纵梁2112b的位置设有与第一后纵梁2112b平行的第一后万向轮安装架215a和第二后万向轮安装架215b，所述第一后万向轮安装架215a的两端分别焊接在第一左横梁2111a和第二左横梁212a上，所述第二后万向轮安装架215b的两端分别焊接在第一右横梁2111b和第二右横梁212b上；在车体底架21底面靠近第一前纵梁2112a的位置设有与第一前纵梁2112a平行的第一搬运矩形管216a，在第二后纵梁213b和第一后万向轮安装架215a之间靠近第二后纵梁213b的车体底架21底面上设有与第二后纵梁213b平行的第二搬运矩形管216b，在车体壳体22的侧板62搬运矩形管对应的位置上相应的设有截面积不小于搬运矩形管内孔截面积的方形通孔221，以使得搬运工具能够插入搬运矩形管中。

采用上述结构，横梁和纵梁受到的力可以通过连接处相互传递和分散，使整个车体底架21受力均匀，避免应力集中，造成某一处弯曲或折断，从而影响整个底架的稳定性，也避免某一条梁上承重集中，造成其受力过大，造成焊接处的断裂；第二前纵梁213a的下方安装有电池241和驱动组件2421的避震组件2422的铰接座2422c，承重较大，为了防止纵梁折断，需要增大纵梁的抗弯曲能力，物体的抗弯曲能力与物质本身和物体界面形状有关，当使用同一种物质材料时，物体的抗弯曲能力主要由物体界面形状决定，即由物体截面惯性矩决定的，纵梁采用矩形管焊接，如图9所示，空心矩形的惯性矩公式为

B为外宽，H为外高，b为内宽，h为内高，当H、h、b等因素均固定的情况下，B越大，惯性矩越大，抗弯曲能力越强，因此增大第二前纵梁213a的宽度，增大空心矩形的惯性矩，从而增大了第二前纵梁213a的抗弯曲能力，增大了承重能力；驱动组件2421的避震机构的铰接座2422c安装在第二前纵梁213a的底面两侧，地面给驱动组件2421向上的作用力，驱动组件2421有向上运动的趋势，铰接座2422c给第二前纵梁213a向上的作用力，此作用力沿着第二前纵梁213a长度方向传输和分散，缓解铰接座2422c安装处的受力，防止应力集中，造成弯曲或断裂，同时通过力在第二前纵梁213a上的相互传递，使两边驱动组件2421受力平衡，使AGV小车运行更加平稳；电池241由于重力作用，会给第二前纵梁213a和其附近的第二左横梁212a和第二右横梁212b较大的向下的作用力，为了防止第二左横梁212a和第二右横梁212b受力过大，造成与第一前纵梁2112a的焊接处的应力过于集中，从而造成焊接处断裂，因此在靠近第一前纵梁2112a的位置设有第一搬运矩形管216a，起到加强筋的作用，增大了第二左横梁212a和第二右横梁212b前端的抗弯曲变形能力，分担一部分第二左横梁212a和第二右横梁212b前端所受的力，同时能够起到传输和分散作用，将力传到第一左横梁2111a和第一右横梁2111b上，从而分散至整个车体底架21上；上避震座2422a的上端固定安装在第二后纵梁213b的底面两侧，经过颠簸路面时，气弹簧2422d上下运动，带动上避震座2422a上下运动，从而使第二后纵梁213b两侧反复向上向下的受力，此力通过第二后纵梁213b与各个横梁的连接处，传递和分散给各个横梁，避免造成第二后纵梁213b与第一左横梁2111a和第一右横梁2111b焊接处反复受力，从而断裂，当某一侧驱动轮2421b遇到颠簸，此边的气弹簧2422d上下运动，从而带动第二后纵梁213b的此侧上下受力，此力也会沿着第二后纵梁213b长度方向在第二后纵梁213b上传递到另一侧，带动另一侧的气弹簧2422d同步上下运动，从而两轮运动同步，AGV车运动更加平稳；在AGV车体着地后，前万向轮和后万向轮要分担车体较大的重量，给地面一个较大的压力，根据作用力与反作用力，底面给万向轮一个较大的向上的支撑力，该支撑力通过力的传递，传递到万向轮安装架上，万向轮安装架采用上述结构，将此力通过万向轮安装架与横梁的连接处传输和分散给各个横梁，从而分散到整个车体底架21上，防止万向轮安装架受力过大造成弯曲或折断；车体底架21安装的重物，如电池241、电控箱和驱动组件2421主要集中在车体底架21的前半部分，车体底架21的重心在中间偏前，因此第二搬运矩形管216b设在第二后纵梁213b和第一后万向轮安装架215a之间靠近第二后纵梁213b的车体底架21底面上，起到加强筋作用，进一步有效增大了第二左横梁212a和第二右横梁212b的抗弯曲变形能力，使之能够分担更多的重量，同时能够起到传输和分散力的作用，将力传到横梁上，从而分散至整个车体底架21上，提高了整个车体底架21的稳定性，使之能够更加平稳的前进。

本发明的AGV底架采用矩形管焊接，相较于目前使用的钣金焊接，同样厚度的情况下，矩形管承重能力优于钣金，在AGV车可以装载更多货物，仓存量大；在底架本体的底面设有搬运矩形管，并在车体壳体22对应的位置上设有相应的方形通孔221，当需要包装AGV小车或通过台阶等需要人工搬运的特殊情况时，将搬运工具穿过方形通孔221和搬运矩形管，并在车体壳体22两侧留有抓握部，从而达到人工搬运的目的，利用上述方法进行搬运，搬运工具直接穿过AGV小车内部，稳定性高，不会出现滑落的现象，安全性能高，具有抓握部，更好施力，施力点距离AGV重心更远，省时省力。

在第一前万向轮安装架214a和第二前万向轮安装架214b的下方均设有竖直方管结构的前万向轮安装柱31，前万向轮安装柱31的下方设有带有空心结构的前万向轮安装板32，第一前万向轮安装架214a和第二前万向轮安装架214b均为空腔结构，前万向轮安装柱31的顶部穿过第一前万向轮安装架214a和第二前万向轮安装架214b的底面进入第一前万向轮安装架214a和第二前万向轮安装架214b的空腔中，前万向轮安装柱31的底部卡入前万向轮安装板32的空心结构中；在第一后万向轮安装架215a和第二后万向轮安装架215b的下方均设有竖直方管结构的后万向轮安装柱33，后万向轮安装柱33的下方设有带有空心结构的后万向轮安装板34，第一后万向轮安装架215a和第二后万向轮安装架215b均为空腔结构，后万向轮安装柱33的顶部穿过第一后万向轮安装架215a和第二后万向轮安装架215b的底面进入第一后万向轮安装架215a和第二后万向轮安装架215b的空腔中，后万向轮安装柱33的底部卡入后万向轮安装板34的空心结构中。

万向轮安装架、安装柱和安装板构成了万向轮安装座组件，万向轮安装座组件需要承担AGV车体的一部分重量，此重量会对其造成挤压，使万向轮安装座组件的轴向方向弯曲、折断，万向轮安装组件采用以上设置，承重抗压抗弯曲能力强，抗扭刚度大，结构稳定，能够更好地分担AGV车体的重量，且方管外观规则，组成结构轻巧美观，构造简单，便于加工。

如图3和图4所示，在车体框架的尾部设有契形凹槽25，契形凹槽25的两侧分别设有充电正电极板251和充电负电极板252，所述契形凹槽25延伸至车体框架尾部的底端，AGV需要充电时，将AGV车向后倒至合适位置，充电桩上的充电插头伸出，与正、负电极板匹配，进行充电，充电电极板设在凹槽25内，防止充电过程中，充电插头部分暴露在外面，造成触电，安全性能高。

如图1、图2和图7所示，传送货柜包括货柜壳体6和设在货柜壳体6内的传送机构7，货柜壳体6为前端开口的盒体，传送机构7包括传送带731安装板71和货柜框架72，货柜框架72包括上层货柜框架721和下层货柜框架722，上层货柜框架721和下层货柜框架722内均设有传送带731组件73，传送带731组件73包括一组对称设置的传送带731、设置在传送带731外侧的皮带固定块732、设在皮带固定块732内侧的传送带731托板和连接在皮带固定块732上方并沿水平方向向内延伸的为自卸机构导向的导向块，本实施例中的导向块为尼龙导向块733，尼龙导向块733即由尼龙材料制成的导向块，从而使得导向块与自卸机构侧壁上存在缓冲空间，减少导向块与自卸机构侧壁之间的摩擦，延长自卸机构的使用寿命，在皮带固定块732后端设有主动轴734，主动轴734位于皮带固定块732内侧的两端分别套有主动轮735，在皮带固定块732前端设有从动轴736，从动轴736位于皮带固定块732内侧的两端分别套有从动轮737，传送带731连接在主动轮735和从动轮737上，在传送带731组件73的后部设有传送带电机738，传送带电机738的驱动轴上安装有第二驱动轮739，第二驱动轮739与主动轮735通过皮带连接，

采用以上设置，需要上料或卸料时，电机转动，通过驱动轴带动第二驱动轮2421b的的转动，驱动轴通过皮带带动主动轮735的转动，从而带动传送带731的运动，得到上料或卸料的目的，传送带731作为传组件结构简单、便于维护，能耗小、成本低，输送平稳，不会损坏物料，生产噪音小、适用范围广；

在传送带731组件73后端设有防撞橡胶块74，防止上料过程中货料撞到货柜壳体6的后板63，所述防撞胶块设有感应开关，能够感应到货料到达货柜壳体6的后板63，已经上满，提醒停止上货，防止上料过多，造成货料的挤压、撞击或脱落。

如图8所示，驱动轮机构242包括垂直于AGV行进方向的两侧并相对设置的驱动组件2421，在驱动组件2421之间设有视觉传感器5，在视觉传感器的上方设有陀螺仪，用于测量AGV偏离既定路线的方向角，驱动组件2421包括电机驱动盒2421a和连接在电机驱动盒2421a外侧壁上并可相对于电机驱动盒2421a转动的第一驱动轮2421b，电机驱动盒内装有伺服电机，伺服电机内设有光电编码器，用于测量单位时间内驱动轮行走的距离，第一驱动轮2421b通过驱动轴与电机驱动盒2421a连接；在驱动组件2421上设有避震组件2422，避震组件2422包括上避震座2422a、下避震座2422b、铰接座2422c和气弹簧2422d，铰接座2422c固定安装在第二前纵梁213a的底面两侧，下避震座2422b的一侧与铰接座2422c铰接，下避震座2422b的另一侧与气弹簧2422d的下端固定连接，气弹簧2422d的上端与上避震座2422a固定连接，上避震座2422a的上端固定安装在第二后纵梁213b的底面两侧，工作时，电机驱动盒2421a通过驱动轴传送给第一驱动轮2421b，从而带动第一驱动轮2421b的转动；陀螺仪与光电编码器一起组成惯性导航系统，为AGV导航，但惯性导航系统存在着累积误差无法消除的问题，因此，地面上会设置二维码进行绝对位置的矫正，视觉传感器5读取到该二维码后立即修正实时计算的坐标，然后根据合成的误差来追踪目标路径，最后到点停车，实现到达目标点和目标方向的目的；使用气弹簧2422d作为避震装置，因为气弹簧2422d具有近乎线性的弹性曲线，动态力变化不大、速度相对缓慢、容易控制，使用气弹簧2422d作为避震弹簧，比普通机械弹簧速度有着很显著的优势，即在AGV小车出现颠簸振动时，气弹簧2422d能够平稳的避震，使驱动电机驱动盒2421a和第一驱动轮2421b受力均匀，有效的保护了驱动电机驱动盒2421a和第一驱动轮2421b不受损坏，延长其使用寿命。

该基于室内微波基站导航的AGV结构紧凑，节省空间，灵活度大，承重能力强，稳定性高，AGV小车运行平稳，搬运方便，安全可靠，省时省力，提高了生产效率。

本发明提供了一种基于室内微波基站的导航方法，如图10所示，包括以下步骤：

S1：接通电源，启动程序；

S2：在启动过程中，通过室内微波室内微波基站的UWB模块获得AGV的绝对位置，UWB模块进行数据处理的方法是Trilateraion三边测量法和卡尔曼滤波数据处理复合计算方法，卡尔曼滤波数据处理应用于UWB测距的步骤如下：

第1步：建立描述物体的模型，k时刻的预测值＝k-1时刻的值+变化值*单位时间,即X(k丨k-1)＝A*X(k-1丨k-1)+B*u(k)，其中，X(k丨k-1)是利用上一状态预测的结果，X(k-1丨k-1)是上一状态最优的结果，u(k)为现在状态的控制量；

第2步：根据上一时刻的状态转移矩阵P(初始时为单位矩阵)，加上预测噪音协方差矩阵Q(预计误差)，推算出当前k时刻的误差矩阵，即P(k|k-1)＝A*P(k-1|k-1)*A’+Q，其中P(k丨k-1)是X(k丨k-1)对应的协方差，P(k-1丨k-1)是X(k-1丨k-1)对应的协方差，A'表示A的转置矩阵，Q是系统过程的协方差；

第3步：根据得到的k时刻误差矩阵和测量噪声协方差矩阵R(测量误差)，推算出k时刻卡尔曼增益，即Kg(k)＝P(k丨k-1)*H'/(H*P(k丨k-1))*H'+R；

第4步：k时刻的预测值+k时刻卡尔曼增益*(k时刻测量值-观测矩阵*k时刻的预测值)＝k时刻的值，即X(k丨k)＝X(k丨k-1)+Kg(k)*(Z(k)-H*X(k丨k-1))，其中X(k丨k)是由K时刻的预算值和K时刻测量值合成的估算值，当Z(k)-H*X(k丨k-1)大于200时，认为当前光波传输发生了折射，该数据不准确，被过滤掉，但仍可输出K时刻的预测值，保证数据可靠可用。

第5步：更新状态转移矩阵P，用于下一次迭代，即

P(k丨k)＝(1-Kg(k)*H)*P(k丨k-1)

建立模型的单位时间、预测噪音协方差矩阵Q都是人为根据实际情况设定，状态转移矩阵P初始时为单位矩阵。

S3：完全启动AGV后，调度下发目的地指令，指定目标路径，手动操作AGV至二维码Tag标签13a上方，AGV通过视觉传感器5和UWB模块精确获得AGV的绝对位置，通过PLC控制器得到AGV的位置误差d和角度误差θ，并将两个误差通过比例权重的融合，合成融合误差e，合成公式如下:

e＝d+ko*θ

其中，ko为权重系数,得到该误差后，在AGV向下一个二维码Tag标签的行进过程中，进行位置和角度调整，直至行进至下一个二维码Tag标签上，再次获得AGV的绝对位置，并对绝对位置进行矫正；

S4：当AGV在二维码Tag标签13a上得到融合误差e后，向下一个二维码Tag标签13a的行进过程中，使用陀螺仪和光电编码器组成的惯性导航系统进行位置和角度的调整，调整过程如下：当AGV在轨道范围之内，无报警或无故障的情况下，驱动电机转动，在AGV按照目标路径行驶的过程中，获取陀螺仪、光电编码器数据，通过PLC控制器计算位置误差与角度误差，对位置误差和角度误差进行融合，利用PID调节，得到两轮速度差，从而利用两个驱动轮的速度差进行位置和角度调整，循环重复上述步骤S4中位置和角度调整过程，直至到达下一个二维码Tag标签；当AGV行进过程中，偏差过大，脱离既定轨道，无法到达下一个二维码Tag标签13a上时，利用UWB模块获得AGV的绝对位置，调度下发指令寻回，使其回到指定目标路径上；

S5：重复上述步骤S3和S4，直至到达目的地停车。

本发明采用惯性导航系统、二维码Tag标签和室内微波室内微波基站导航的复合导航系统，其中室内微波室内微波基站的定位选用UWB技术，惯性导航系统在AGV沿着目标路径行驶过程中进行角度的矫正，二维码Tag标签13a为AGV定位和绝对位置的矫正，以消除惯性导航系统存在的自身无法消除的累积误差，使用二维码Tag标签和陀螺仪形成的惯性系统组成的复合导航系统进行定位导航时，先在应用AGV的仓库内的平面上建立一个大直角坐标系，二维码Tag标签13a分布安装在此直角坐标中，二维码Tag标签13a之间的安装距离由AGV自身特性决定，在本实施例中每个二维码Tag标签13a都为一个4×4的方形二维码阵列，阵列中包含16个小二维码，二维码Tag标签13a中心在大直角坐标系的坐标即为此二维码Tag标签13a的绝对位置坐标，以二维码Tag标签13a的中心点为原点，以大直角坐标系的x、y方向为基准，建立一个小直角坐标系，如图13所示，每个小二维码中记录有小二维码在小直角坐标中的坐标，AGV到达小二维码上方，视觉传感器获得小二维码的位置信息，从而得到AGV相对于二维码Tag标签13a中心点的位置误差d和角度误差θ，将两个误差通过比例权重的融合，合成融合误差e，在AGV向下一个二维码Tag标签13a的行进路途中，按照目标路径，以下一个二维码Tag标签13a中心为目标，进行位置和角度的矫正；利用上述合成融合误差e的公式对位置误差d和角度误差θ进行融合时，调整权重系数k的值，使融合误差e越小越好，e越小，AGV行走越平稳，同时，k值越大，对角度误差θ的调节越精确，角度误差越小，与工作台的对接越好，k值越小，对位置误差d的调节越精确，位置误差越小，因此根据实际使用AGV情况，兼顾位置误差和角度误差，调出最优k值，得到合成误差e后，利用PID算法，得到两轮速度差，进行位置和角度调整，防止AGV偏离目标路径越来越远，PID调节器是一种线型调节器，PID控制也称比例-积分-微分控制，模拟PID控制系统的原理如下：如图14所示，其中比例环节是用来放大误差，来纠正偏差的；积分环节用来消除系统的稳态误差；微分环节用来提高系统的快速性，积分项和微分项要用计算机实现，就要将这一的系统转化为差分方程，将给定值r(t)与实际输出值c(t)的偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制，得到PID控制器的基本算法：

其中，e(t)＝r(t)-c(t)，其中，T_D为微分时间，T_i为积分时间，K_p为调节器的放大系数。

在AGV启动或脱轨时，无法使用惯性导航系统或二维码Tag标签13a对AGV进行位置和角度的矫正及绝对位置的定位，将其寻回，回到目标路径上时，需要使用UWB技术确定AGV的绝对位置，并将此信息反馈给调度，以方便调度做出指令，UWB技术是一种无载波通信技术，利用纳秒至微妙级的非正弦波窄脉冲传输数据，利用UWB测速的原理是：UWB测速利用的是双向飞行时间法，即每个模块从启动开始，即会生成一条独立的时间戳。如图11所示，模块A10的发射机在其时间戳上的T_a1发射请求性质的脉冲信号，模块B11在T_b2时刻发射一个响应性质的信号，被模块A10在自己的时间戳T_a2时刻接收，由此可以计算出脉冲信号在两个模块之间的飞行时间，从而确定飞行距离S，S＝C×[(T_a2-T_a1)-(T_b2-T_b1)](C为光速)；利用UWB技术定位的原理是：在室内二维平面上，布置三个已知坐标的定位基站，定位基站发送一定频率的脉冲，AGV上端的无载波接收器接收到脉冲信号，通过PLC控制器利用双向飞行时间法测得AGV与定位基站之间的距离，以微波基站为圆心，AGV与定位基站之间的距离为半径做圆，通过三个定位基站的三个圆相交的交点即为AGV的定位点，使用Trilateration三边测量法来测量和计算AGV定位点的坐标，原理如下：如图12所示，以三个定位基站作为三个圆的圆心A、B、C，坐标分别为(X_a，Y_a)，(X_b，Y_b)，(X_c，Y_c)，这三个圆相交于一个点D，交点D即为移动节点，A、B、C即为参考节点，A、B、C与交点D的距离分别为d_a、d_b、d_c，假设交点D的坐标为(X，Y)，则

由以上三个公式可以得到交点D的坐标为：

使用UWB技术对AGV定位，传送速率高，实时性好，范围覆盖广，穿透力强、传输能力强，发射功率小，但UWB技术是利用脉冲无线电进行测距和测向的，在信号传输的而过程中会受到周围环境如玻璃、墙壁等障碍物的阻挡而导致折射、反射和衍射现象，产生多路径效应，影响UWB技术的定位精度，本发明中将卡尔曼滤波数据处理应用于UWB测距中，消除了多路径效应对UWB测距的影响，提高了定位精度。

Claims (10)

1.一种基于室内微波基站的导航方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：接通电源，启动程序；

S2：在启动过程中，通过室内微波基站的UWB模块获得AGV的绝对位置，UWB模块进行数据处理的方法是Trilateraion三边测量法和卡尔曼滤波数据处理复合计算方法，卡尔曼滤波数据处理应用于UWB测距的步骤如下：

第1步：建立描述物体的模型，k时刻的预测值＝k-1时刻的值+变化值*单位时间,即X(k丨k-1)＝A*X(k-1丨k-1)+B*u(k)，其中，X(k丨k-1)是利用上一状态预测的结果，X(k-1丨k-1)是上一状态最优的结果，u(k)为现在状态的控制量；

第2步：根据上一时刻的状态转移矩阵P，P初始时为单位矩阵，加上预测噪音协方差矩阵Q，Q为预计误差，推算出当前k时刻的误差矩阵，即P(k|k-1)＝A*P(k-1|k-1)*A’+Q，其中P(k丨k-1)是X(k丨k-1)对应的协方差，P(k-1丨k-1)是X(k-1丨k-1)对应的协方差，A'表示A的转置矩阵，Q是系统过程的协方差；

第3步：根据得到的k时刻误差矩阵和测量噪声协方差矩阵R，R为测量误差，推算出k时刻卡尔曼增益，即Kg(k)＝P(k丨k-1)*H'/(H*P(k丨k-1))*H'+R；

第4步：k时刻的预测值+k时刻卡尔曼增益*(k时刻测量值-观测矩阵*k时刻的预测值)＝k时刻的值，即X(k丨k)＝X(k丨k-1)+Kg(k)*(Z(k)-H*X(k丨k-1))，其中X(k丨k)是由K时刻的预算值和K时刻测量值合成的估算值，当Z(k)-H*X(k丨k-1)大于200时，认为当前光波传输发生了折射，该数据不准确，被过滤掉，但仍输出K时刻的预测值，保证数据可靠可用；

第5步：更新状态转移矩阵P，用于下一次迭代，即

P(k丨k)＝(1-Kg(k)*H)*P(k丨k-1)

建立模型的单位时间、预测噪音协方差矩阵Q为预设定值，状态转移矩阵P初始时为单位矩阵；

S3：完全启动AGV后，调度下发目的地指令，指定目标路径，操作AGV至二维码Tag标签上方，AGV通过视觉传感器和UWB模块精确获得AGV的绝对位置，通过PLC控制器得到AGV的位置误差d和角度误差θ，并将两个误差通过比例权重的融合，合成融合误差e，合成公式如下:

e＝d+ko*θ

其中，ko为权重系数,得到该误差后，在AGV向下一个二维码Tag标签的行进过程中，进行位置和角度调整，直至行进至下一个二维码Tag标签上，再次获得AGV的绝对位置，并对绝对位置进行矫正；

S4：当AGV在二维码Tag标签上得到融合误差e后，向下一个二维码Tag标签的行进过程中，位置和角度调整过程如下：当AGV在轨道范围之内，无报警或无故障的情况下，驱动电机转动，在AGV按照目标路径行驶的过程中，获取陀螺仪和光电编码器数据，通过PLC控制器计算位置误差与角度误差，对位置误差和角度误差进行融合，利用PID调节，得到两轮速度差，从而利用两个驱动轮的速度差进行位置和角度调整，循环重复上述步骤S4中位置和角度调整过程，直至到达下一个二维码Tag标签；当AGV行进过程中，偏差过大，脱离既定轨道，无法到达下一个二维码Tag标签上时，利用UWB模块获得AGV的绝对位置，调度下发指令寻回，使其回到指定目标路径上；

S5：重复上述步骤S3和S4，直至到达目的地停车。

2.一种实现权利要求1所述导航方法的基于室内微波基站导航的AGV，其特征在于：包括AGV车本体和传送货柜，AGV车本体包括由矩形管焊接而成的车体底架，所述车体底架包括长方形框架，所述长方形框架包括沿长方形框架长度方向的第一横梁组和沿长方形框架宽度方向的第一纵梁组，所述第一横梁组包括位于AGV车本体左侧的第一左横梁和位于AGV车本体右侧的第一右横梁，所述第一纵梁组包括靠近AGV车本体的车头的第一前纵梁和靠近AGV车本体的车尾的第一后纵梁，长方形框架内设有沿长方形框架宽度方向分布的且与第一横梁组平行的第二横梁组和沿长方形框架长度方向分布的且与第一纵梁组平行的第二纵梁组，所述第二横梁组包括靠近第一左横梁的第二左横梁和靠近第一右横梁的第二右横梁，所述第二纵梁组包括靠近第一前纵梁的第二前纵梁和靠近第一后纵梁的第二后纵梁，所述第二前纵梁的宽度大于第二后纵梁的宽度；

在第一前纵梁与第二前纵梁之间靠近第一前纵梁的位置设有与第一前纵梁平行的第一前万向轮安装架和第二前万向轮安装架，所述第一前万向轮安装架的两端分别焊接在第一左横梁和第二左横梁上，所述第二前万向轮安装架的两端分别焊接在第一右横梁和第二右横梁上；在第一后纵梁与第二后纵梁之间靠近第一后纵梁的位置设有与第一后纵梁平行的第一后万向轮安装架和第二后万向轮安装架，所述第一后万向轮安装架的两端分别焊接在第一左横梁和第二左横梁上，所述第二后万向轮安装架的两端分别焊接在第一右横梁和第二右横梁上；在车体底架底面靠近第一前纵梁的位置设有与第一前纵梁平行的第一搬运矩形管，在第二后纵梁和第一后万向轮安装架之间靠近第二后纵梁的车体底架底面上设有与第二后纵梁平行的第二搬运矩形管。

3.根据权利要求2所述的基于室内微波基站导航的AGV，其特征在于：所述AGV车本体还包括车体壳体，在车体壳体的侧板搬运矩形管对应的位置上相应的设有方形通孔，所述方形通孔截面积不小于搬运矩形管内孔截面积。

4.根据权利要求2所述的基于室内微波基站导航的AGV，其特征在于：在第一前万向轮安装架和第二前万向轮安装架的下方均设有前万向轮安装柱，前万向轮安装柱的下方设有带有空心结构的前万向轮安装板，第一前万向轮安装架和第二前万向轮安装架均为空腔结构，前万向轮安装柱的顶部穿过第一前万向轮安装架和第二前万向轮安装架的底面进入第一前万向轮安装架和第二前万向轮安装架的空腔中，前万向轮安装柱的底部卡入前万向轮安装板的空心结构中；在第一后万向轮安装架和第二后万向轮安装架的下方均设有后万向轮安装柱，后万向轮安装柱的下方设有带有空心结构的后万向轮安装板，第一后万向轮安装架和第二后万向轮安装架均为空腔结构，后万向轮安装柱的顶部穿过第一后万向轮安装架和第二后万向轮安装架的底面进入第一后万向轮安装架和第二后万向轮安装架的空腔中，后万向轮安装柱的底部卡入后万向轮安装板的空心结构中，所述前万向轮安装柱和后万向轮安装柱均为竖直方管结构。

5.根据权利要求3所述的基于室内微波基站导航的AGV，其特征在于：所述车本体还包括车体框架，车体框架被车体底架分为车体上层框架和车体下层框架，在车体上层框架内设有AGV电控处理系统，所述电控处理系统包括PLC控制器，在车体下层框架位于第二前纵梁下方的位置上设有电池，车体下层框架中间段设有驱动轮机构。

6.根据权利要求5所述的基于室内微波基站导航的AGV，其特征在于：所述驱动轮机构包括垂直于AGV行进方向的两侧并相对设置的驱动组件，在驱动组件之间设有视觉传感器，在视觉传感器的上方设有陀螺仪，驱动组件包括电机驱动盒和连接在电机驱动盒外侧壁上并可相对于电机驱动盒转动的第一驱动轮，电机驱动盒内装有伺服电机，伺服电机内设有光电编码器，第一驱动轮通过驱动轴与电机驱动盒连接；在驱动组件上设有避震组件，避震组件包括上避震座、下避震座、铰接座和气弹簧，铰接座固定安装在第二前纵梁的底面两侧，下避震座的一侧与铰接座铰接，下避震座的另一侧与气弹簧的下端铰接，气弹簧的上端与上避震座固定连接，上避震座的上端固定安装在第二后纵梁的底面两侧上。

7.根据权利要求5或6中所述的基于室内微波基站导航的AGV，其特征在于：在车体框架的尾部设有契形凹槽，契形凹槽的两侧分别设有充电正电极板和充电负电极板，所述契形凹槽延伸至车体框架尾部的底端。

8.根据权利要求2所述的基于室内微波基站导航的AGV，其特征在于：所述传送货柜包括货柜壳体和设在货柜壳体内的传送机构，货柜壳体为前端开口的盒体，传送机构包括传送带安装板和货柜框架，所述货柜框架包括上层货柜框架和下层货柜框架，上层货柜框架和下层货柜框架内均设有传送带组件，传送带组件包括一组对称设置的传送带、设置在传送带外侧的皮带固定块、设在皮带固定块内侧的传送带托板和连接在皮带固定块上方并沿水平方向向内延伸的导向块，在皮带固定块后端设有主动轴，主动轴位于皮带固定块内侧的两端分别套有主动轮，在皮带固定块前端设有从动轴，从动轴位于皮带固定块内侧的两端分别套有从动轮，传送带连接在主动轮和从动轮上，在传送带组件的后部设有传送带电机，传送带电机的驱动轴上安装有第二驱动轮，第二驱动轮与主动轮通过皮带连接，在传送带组件后端设有防撞橡胶块，所述防撞胶块设有感应开关。

9.根据权利要求8所述的基于室内微波基站导航的AGV，其特征在于：货柜壳体包括货柜顶板、货柜侧板和货柜后板，所述货柜侧板包括货柜前侧板和货柜后侧板，在货柜前侧板的下部、货柜后侧板的上部和货柜后侧板的下部均设有中空结构，所述中空结构上覆盖有透明板，在货柜顶板上设有LED指示灯，在货柜顶板前端设有射频发射器，在货柜顶板后端设有无载波接收器；在货柜前侧板上设有控制面板，控制面板上设有急停开关、电量监测器、红色指示灯、绿色指示灯和锁开关；控制面板的上方设有显示屏。

10.根据权利要求2所述的基于室内微波基站导航的AGV，其特征在于：AGV车本体的车头前端中间向内开设有U型凹槽，该U型凹槽的中部设有障碍物检测传感器。

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