CN110147104A - 一种基于毫米波雷达的agv导引方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于毫米波雷达的AGV导引方法，通过部署一定数量毫米波雷达模块使雷达视场覆盖AGV所有活动区域，各个雷达模块分析计算各自视场内的目标信息，包括目标的位置信息和速度信息，并通过与中央处理单元的通信将目标信息传输至中央处理单元。中央处理单元根据各雷达模块的安装位置信息和各个AGV的初始位置信息，并综合分析各雷达模块实时传输的目标信息，计算出各个AGV的实时位置信息，并根据各个AGV的目的地位置信息向AGV发送相应运动控制指令，本发明的方法，可以降低AGV导引的制造成本和对AGV应用环境的要求。
Description
技术领域
本发明涉及雷达应用技术领域，尤其涉及一种基于毫米波雷达的AGV导引方法。
背景技术
随着物流行业的迅速发展和工厂自动化水平的不断提高，自动导引运输车(AGV)系统已经发展成为生产物流系统中最大的专业分支之一，并出现产业化发展的趋势，成为现代化企业自动化装备不可缺少的重要组成部分。导引技术是AGV系统的关键技术之一。目前，常用的引导技术包括磁带导引、光学导引、惯性导引和激光导引等。其中前两种导引技术虽然成本较低，但是对环境要求过高，导引可靠性较差、精度较低；后两种导引技术虽然精度较高，路径更灵活，但制造成本却非常高，此外利用激光进行导引还对环境要求较相对苛刻(外界光线，地面要求，能见度要求等)，不适合室外(尤其是易受雨、雪、雾的影响)。
雷达具有测距、测速、测角功能，可以用于对AGV的定位、跟踪和导引。由于一方面雷达波波长越短其对应的雷达天线尺寸越小，进而有利于减小雷达系统的整体几何；尺寸另一方面波长越短越有利于实现高带宽的雷达信号，而这将有利于提高雷达检测的分辨能力和精度。因此波长在毫米级的毫米波雷达系统在以上两方面具有优势，其应用领域也较广。目前，毫米波雷达已经应用于汽车、智能家居、工业检测等领域。近年来，随着毫米波雷达芯片的出现，基于毫米波雷达的应用成本显著下降且雷达模块体积进一步减小，同时结合MIMO天线技术可以大大提高测量分辨率和精度。因此，基于毫米波雷达的AGV导引技术具备了较高的性价比。
针对常用导引技术存在的问题，本发明提供了一种基于毫米波雷达的AGV导引方法。该方法根据AGV自身以及活动区域环境特点，配置一定数量的雷达模块，各雷达模块将获取的数据传输至中央处理单元，然后中央处理单元根据这些数据分析计算出所有AGV的位置和速度，并根据各个AGV的目的地位置向AGV发送相应运动控制指令。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种基于毫米波雷达的AGV导引方法，该方法通过部署一定数量毫米波雷达模块使雷达视场覆盖AGV所有活动区域，各个雷达模块(注：本申请中出现的雷达模块，如无特殊说明均指毫米波雷达模块)分析计算各自视场内的目标信息，包括目标的位置信息和速度信息，并通过与中央处理单元的通信将目标信息传输至中央处理单元。中央处理单元根据各雷达模块的安装位置信息和各个AGV的初始位置信息，并综合分析各雷达模块实时传输的目标信息，计算出各个AGV的实时位置信息，并根据各个AGV的目的地位置信息向AGV发送相应运动控制指令；本发明的方法，可以降低AGV导引的制造成本和对AGV应用环境的要求。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种基于毫米波雷达的AGV导引方法，包括以下步骤：
步骤一，根据AGV运行速度、定位精度以及活动区域特征，设计雷达模块；
步骤二，安装一定数量的雷达模块，使雷达视场覆盖AGV所有活动区域；
步骤三，各个雷达模块实时分析计算各自视场内的AGV目标信息，包括目标的位置信息和速度信息，并通过与中央处理单元的通信将目标信息传输至中央处理单元；
步骤四，中央处理单元根据各雷达模块的安装位置信息和各个AGV的初始位置信息，并综合分析各雷达模块实时传输的目标信息，计算出各个AGV的实时位置和速度信息，然后根据各个AGV的目的地位置信息和实时状态信息进行路径规划并向AGV发送相应运动控制指令。
进一步方案为，所述步骤一中雷达模块具有检测视场内目标以及与中央处理单元通信的功能，雷达检测的目标为AGV，根据AGV的运行速度、定位精度以及活动范围可以确定雷达测距、测速、测角的上下限和精度技术指标，基于技术指标和实时性需求完成雷达模块设计。
进一步方案为，所述雷达模块包括MIMO天线、FMCW射频前端、数字信号处理器、控制器、通信模组。
进一步方案为，所述步骤二中根据AGV活动区域大小和单个雷达模块视场范围大小，选择适当数量的雷达模块并安装在环境中固定位置，使得AGV所有活动区域都能够被雷达视场覆盖。
进一步方案为，所述步骤三中活动区域内AGV的数量可以是多个，雷达模块能够检测到多个目标。
进一步方案为，所述步骤四中在AGV活动区域的环境中创建直角坐标系，使得每个安装好的雷达模块具有固定的坐标值，根据雷达模块的坐标值和其天线的辐射方向，中央处理单元就可以将雷达模块检测目标的实时位置信息换算成在直角坐标系中的坐标值；位于不同初始位置的AGV也具有各自固定的坐标值；中央处理单元根据雷达检测到的AGV实时目标信息和各个AGV的初始位置信息，就可以实时跟踪记录各个AGV的位置和速度信息。
进一步方案为，所述步骤四中运动控制指令包括前进、后退、侧向行进、停止等控制AGV行走机构运动状态的指令。
本发明的有益效果在于：
本发明的方法通过部署一定数量毫米波雷达模块使雷达视场覆盖AGV所有活动区域，各个雷达模块分析计算各自视场内的目标信息，包括目标的位置信息和速度信息，并通过与中央处理单元的通信将目标信息传输至中央处理单元。中央处理单元根据各雷达模块的安装位置信息和各个AGV的初始位置信息，并综合分析各雷达模块实时传输的目标信息，计算出各个AGV的实时位置信息，并根据各个AGV的目的地位置信息向AGV发送相应运动控制指令。本发明的方法，可以降低AGV导引的制造成本和对AGV应用环境的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要实用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的方法流程图。
图2为各方之间通信示意图。
其中AGV将自己的实时状态信息传输到中央处理单元，实时状态信息包括AGV的速度、AGV周围有无障碍等，这些信息用中央处理单元进行路径规划。中央处理单元向雷达模块传输的雷达参数，用于对雷达进行配置，包括射频前端参数配置、数据采集、处理、传输参数配置等，通常用于雷达模块初始化。
图3为雷达安装位置示意。
其中扇形块代表雷达模块安装位置及辐射方向，圆圈代表AGV，虚线区域代表AGV活动区域。图(a)表示AGV活动区域较小时，采用单个雷达即能覆盖的安装方案；图(b)表示活动区域较大时，多个雷达进行覆盖的方案。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
在任一实施例中，如图1-3所示，本发明的一种基于毫米波雷达的AGV导引方法，包括以下步骤：
步骤一，根据AGV运行速度、定位精度以及活动区域特征，设计雷达模块；雷达模块具有检测视场内目标以及与中央处理单元通信的功能，雷达检测的目标为AGV，根据AGV的运行速度、定位精度以及活动范围可以确定雷达测距、测速、测角的上下限和精度技术指标，基于技术指标和实时性需求完成雷达模块设计。所述雷达模块包括MIMO天线、FMCW射频前端、数字信号处理器、控制器、通信模组。
步骤二，安装一定数量的雷达模块，使雷达视场覆盖AGV所有活动区域；根据AGV活动区域大小和单个雷达模块视场范围大小，选择适当数量的雷达模块并安装在环境中固定位置，使得AGV所有活动区域都能够被雷达视场覆盖。
步骤三，各个雷达模块实时分析计算各自视场内的AGV目标信息，包括目标的位置信息和速度信息，并通过与中央处理单元的通信将目标信息传输至中央处理单元；活动区域内AGV的数量可以是多个，雷达模块能够检测到多个目标。
步骤四，中央处理单元根据各雷达模块的安装位置信息和各个AGV的初始位置信息，并综合分析各雷达模块实时传输的目标信息，计算出各个AGV的实时位置和速度信息，然后根据各个AGV的目的地位置信息和实时状态信息进行路径规划并向AGV发送相应运动控制指令。在AGV活动区域的环境中创建直角坐标系，使得每个安装好的雷达模块具有固定的坐标值，根据雷达模块的坐标值和其天线的辐射方向，中央处理单元就可以将雷达模块检测目标的实时位置信息换算成在直角坐标系中的坐标值；位于不同初始位置的AGV也具有各自固定的坐标值；中央处理单元根据雷达检测到的AGV实时目标信息和各个AGV的初始位置信息，就可以实时跟踪记录各个AGV的位置和速度信息所述步骤四中运动控制指令包括前进、后退、侧向行进、停止等控制AGV行走机构运动状态的指令。
在一个具体实施例中，如图1-3所示，本发明的一种基于毫米波雷达的AGV导引方法，包括以下步骤：
步骤一，根据AGV运行速度、定位精度以及活动区域特征，进行雷达模块设计实现。雷达模块具有检测视场内目标以及与中央处理单元通信的能力。由于雷达检测的目标为AGV，而AGV的运行速度、定位精度以及活动范围可以确定雷达测距、测速、测角的上下限和精度等技术指标参数，而基于技术指标和实时性需求可以完成雷达模块设计实现。雷达模块包括，诸如MIMO天线，FMCW射频前端，数字信号处理器，控制器，通信模组。
步骤二，安装一定数量的雷达模块，使雷达视场覆盖AGV所有活动区域。根据AGV活动区域大小和单个雷达模块视场范围大小，选择适当数量的雷达模块并安装在环境中固定位置，使得AGV所有活动区域都能够被雷达视场覆盖。通常，较大的AGV活动区域需要多个雷达模块才能完全覆盖。同时，为了提高目标检测的可靠性，可以采用冗余设计思路增加雷达模块数量，让多个雷达模块视场对某个区域重叠覆盖。图3给出了两种情形下的安装方案。其中图(a)表示AGV活动区域较小时，采用单个雷达即能覆盖的安装方案；图(b)表示活动区域较大时，多个雷达进行覆盖的方案。
步骤三，各个雷达模块实时分析计算各自视场内的AGV目标信息，包括目标的位置信息和速度信息，并通过与中央处理单元的通信将目标信息传输至中央处理单元。需要说明的是，活动区域内AGV的数量可以是多个，雷达模块能够检测到多个目标。
步骤四，中央处理单元根据各雷达模块的安装位置信息和各个AGV的初始位置信息，并综合分析各雷达模块实时传输的目标信息，计算出各个AGV的实时位置和速度信息，并根据各个AGV的目的地位置信息进行路径规划并向AGV发送相应运动控制指令。
在AGV活动区域的环境中创建直角坐标系，这样每个安装好的雷达模块具有固定的坐标值，根据雷达模块的坐标值和其天线的辐射方向，中央处理单元就可以将雷达模块检测目标的实时位置信息换算成在直角坐标系中的坐标值。同样，位于不同初始位置的AGV也具有各自固定的坐标值。中央处理单元根据雷达检测到的AGV实时目标信息和各个AGV的初始位置信息，就可以实时跟踪记录各个AGV的位置和速度信息。雷达目标跟踪存在很多现有技术方案，不是本专利强调内容，这里不深入介绍。
中央处理单元在获取各个AGV的实时位置和速度信息后，并根据各个AGV的目的地位置信息和实时状态信息进行路径规划并通过无线通信方式向各个AGV发送相应运动控制指令。这里的运动控制指令包括前进、后退、侧向行进、停止等控制AGV行走机构运动状态的指令。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (7)
1.一种基于毫米波雷达的AGV导引方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，根据AGV运行速度、定位精度以及活动区域特征，设计雷达模块；
步骤二，安装一定数量的雷达模块，使雷达视场覆盖AGV所有活动区域；
步骤三，各个雷达模块实时分析计算各自视场内的AGV目标信息，包括目标的位置信息和速度信息，并通过与中央处理单元的通信将目标信息传输至中央处理单元；
步骤四，中央处理单元根据各雷达模块的安装位置信息和各个AGV的初始位置信息，并综合分析各雷达模块实时传输的目标信息，计算出各个AGV的实时位置和速度信息，然后根据各个AGV的目的地位置信息和实时状态信息进行路径规划并向AGV发送相应运动控制指令。
2.如权利要求1所述一种基于毫米波雷达的AGV导引方法，其特征在于，所述步骤一中雷达模块具有检测视场内目标以及与中央处理单元通信的功能，雷达检测的目标为AGV，根据AGV的运行速度、定位精度以及活动范围可以确定雷达测距、测速、测角的上下限和精度技术指标，基于技术指标和实时性需求完成雷达模块设计。
3.如权利要求2所述一种基于毫米波雷达的AGV导引方法，其特征在于，所述雷达模块包括MIMO天线、FMCW射频前端、数字信号处理器、控制器、通信模组。
4.如权利要求1所述一种基于毫米波雷达的AGV导引方法，其特征在于，所述步骤二中根据AGV活动区域大小和单个雷达模块视场范围大小，选择适当数量的雷达模块并安装在环境中固定位置，使得AGV所有活动区域都能够被雷达视场覆盖。
5.如权利要求1所述一种基于毫米波雷达的AGV导引方法，其特征在于，所述步骤三中活动区域内AGV的数量可以是多个，雷达模块能够检测到多个目标。
6.如权利要求1所述一种基于毫米波雷达的AGV导引方法，其特征在于，所述步骤四中在AGV活动区域的环境中创建直角坐标系，使得每个安装好的雷达模块具有固定的坐标值，根据雷达模块的坐标值和其天线的辐射方向，中央处理单元就可以将雷达模块检测目标的实时位置信息换算成在直角坐标系中的坐标值；位于不同初始位置的AGV也具有各自固定的坐标值；中央处理单元根据雷达检测到的AGV实时目标信息和各个AGV的初始位置信息，就可以实时跟踪记录各个AGV的位置和速度信息。
7.如权利要求1所述一种基于毫米波雷达的AGV导引方法，其特征在于，所述步骤四中运动控制指令包括前进、后退、侧向行进、停止等控制AGV行走机构运动状态的指令。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190820 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |