CN110515072A - 基于毫米波雷达的封闭环境下agv定位系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于毫米波雷达的封闭环境下AGV定位系统及方法，该系统包括依次设置的无芯片射频标签模块，毫米波雷达模块、无线传输模块和上位机模块；其中毫米波雷达模块包括依次设置的射频收发模块、信号调理模块、信号处理模块。定位方法包括：射频收发模块接收AGV射频标签反射的信号；由信号调理模块对接收到的信号依次进行放大和滤波；信号处理模块对信号调理模块处理后的信号进行解析获取AGV位置信息；无线传输模块将AGV位置信息发送至上位机模块。相比于传统的GPS定位方案，本发明借助毫米波的优势，具有更稳定的定位能力，受环境因素影响更小，且识别精度非常高，可全天候工作。
Description
技术领域
本发明属于AGV定位导航领域，特别是一种基于毫米波雷达的封闭环境下AGV定位系统及方法。
背景技术
自动引导车(AGV)最初的定义来源于美国物流协会.即能通过自身装备的电磁或光学等导引装置，沿规定的导引路径自动行驶，同时还拥有安全保护以及各种移载功能的运输车辆。
AGV相较于传统叉车和拖车作业，有着明显的优势。对物流自动化和智能化程度有很大的提高，也能极大优化我国各制造企业的生产作业环节。叉车或拖车工作人员在工作期间需要吃饭喝水、休息，还可能发生怠工等影响作业效率的事件，而AGV作为自动化物料搬运设备，可在线充电，24小时满负荷作业，具有人工作业无法比拟的优势。并且，通过最近几年的飞速发展，AGV的购置费已降低到与叉车比较接近的水平，这与不断上涨的人工成本相比较，少人化的收益日益明显。相对于叉车及拖车行驶路径和速度的未知性，AGV的导引路径和速度却是非常明确的，因此，大大提高了物料搬运的准确性；同时，AGV还可做到对物料的跟踪监控，可靠性得到极大提高。
在诸如大型仓库，隧道等封闭环境下，GPS信号微弱甚至丢失，此时GPS定位不再可靠，但是AGV依然需要一个高精度的定位系统进行正常行驶。从现有技术层面上讲，解决方案包括磁导航，视觉导航等。虽然磁导航能够给AGV提供一个稳定的导航功能，但是无论是铺设磁条还是磁钉，花费都比较大，而且后期的维护成本也较高。视觉导航成本较低，但是稳定性较差，一旦视线出现遮挡等情况，导航可能失效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稳定性好、识别精度高、成本低且能适应全天候工作的AGV定位系统及方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：基于毫米波雷达的封闭环境下AGV定位系统，包括依次设置的无芯片射频标签模块、毫米波雷达模块、无线传输模块和上位机模块；其中毫米波雷达模块包括依次设置的射频收发模块、信号调理模块以及信号处理模块；
所述无芯片射频标签模块，用于标识不同的自动引导车AGV以及反射雷达信号；
所述射频收发模块，用于发射接收射频信号；
所述信号调理模块，用于对射频收发模块接收到的信号依次进行放大以及滤波；
所述信号处理模块，用于根据信号调理模块处理后的信号解析AGV位置信息；
所述无线传输模块，用于将AGV位置信息发送至上位机模块。
基于上述毫米波雷达的封闭环境下AGV定位系统的定位方法，包括以下步骤：
步骤1、射频收发模块接收无芯片射频标签反射的信号；
步骤2、由信号调理模块对接收到的信号依次进行放大和滤波；
步骤3、信号处理模块对信号调理模块处理后的信号进行解析获取AGV位置信息；
步骤4、无线传输模块将AGV位置信息发送至上位机模块。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)相比于传统的使用GPS定位系统，具有更稳定的定位能力，受环境因素影响更小，在封闭环境下不会存在丢失卫星信号的情况发生，且识别精度也非常高；2)进一步地相比于同样识别精度的激光雷达定位系统，成本低，不容易损坏且易维护；3)此外在外界环境不佳如存在大雾，雾霾，沙尘等影响同样具有良好的工作能力，能适应全天候工作。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明基于毫米波雷达的封闭环境下AGV定位系统结构示意图。
图2为本发明基于毫米波雷达的封闭环境下AGV定位系统工作示意图。
图3为本发明基于毫米波雷达的封闭环境下AGV定位方法流程图。
具体实施方式
结合图1，本发明基于毫米波雷达的封闭环境下AGV定位系统，包括依次设置的无芯片射频标签模块、毫米波雷达模块、无线传输模块和上位机模块；其中毫米波雷达模块包括依次设置的射频收发模块、信号调理模块以及信号处理模块；
所述无芯片射频标签模块，用于标识不同的自动引导车AGV以及反射雷达信号；
所述射频收发模块，用于发射接收射频信号；
所述信号调理模块，用于对射频收发模块接收到的信号依次进行放大以及滤波；
所述信号处理模块，用于根据信号调理模块处理后的信号解析AGV位置信息；
所述无线传输模块，用于将AGV位置信息发送至上位机模块。
进一步优选地，AGV无芯片射频标签模块位于AGV的侧面，毫米波雷达模块、无线传输模块布置在封闭环境边缘。
进一步地，射频收发模块采用多发多收微带阵列天线。
进一步优选地，多发多收微带阵列天线具体采用两发四收的微带阵列天线。
示例性优选地，两发四收的微带阵列天线采用77GHz频率波段。
进一步地，信号处理模块包括依次设置的：
数模转换模块，用于对信号调理模块处理后的信号进行数模转换；
嵌入式处理模块，包括下采样模块、直接数字控制器，用于对数模转换后的信号进行解析获取AGV位置信息。
结合图2、3，基于上述毫米波雷达的封闭环境下AGV定位系统的定位方法，包括以下步骤：
步骤1、射频收发模块接收无芯片射频标签反射的信号；
步骤2、由信号调理模块对接收到的信号依次进行放大和滤波；
步骤3、信号处理模块对信号调理模块处理后的信号进行解析获取AGV位置信息；
步骤4、无线传输模块将AGV位置信息信息发送至上位机模块。
进一步地，步骤3信号处理模块对信号调理模块处理后的信号进行解析获取AGV位置信息，具体为：
步骤3-1、对信号调理模块处理后的信号进行数模转换；
步骤3-2、根据数模转换后的信号，利用位置解算算法进行信号解析，从而计算出多辆带有无芯片识别标签的AGV位置信息；具体为：
步骤3-2-1、解析数模转换后的信号获得带有无芯片识别标签的AGV相对于毫米波雷达模块的距离和角度信息；
步骤3-2-2、根据距离和角度信息，结合卡尔曼滤波器、封闭环境的地图信息获取AGV当前位置；其中毫米波雷达模块在封闭环境的地图上的位置已知；具体为：
假设共有N个毫米波雷达模块，已知每个毫米波雷达在封闭环境地图上的位置；
以能接收到无芯片射频标签反射信号的若干个射频收发模块的位置为基点，测量当前带有无芯片射频标签的AGV相对于基点所处位置，以此获得当前AGV的具体位置。
本发明相比于传统的GPS定位系统，在封闭环境下具有更稳定的定位能力，受环境因素影响更小，不会存在丢失卫星信号的情况发生，且识别精度也非常高；此外在外界环境不佳如存在大雾，雾霾，沙尘等影响同样具有良好的工作能力，能适应全天候工作要求。
Claims (9)
1.一种基于毫米波雷达的封闭环境下AGV定位系统，其特征在于，包括依次设置的无芯片射频标签模块、毫米波雷达模块、无线传输模块和上位机模块；其中毫米波雷达模块包括依次设置的射频收发模块、信号调理模块以及信号处理模块；
所述无芯片射频标签模块，用于标识不同的自动引导车AGV以及反射雷达信号；
所述射频收发模块，用于发射接收射频信号；
所述信号调理模块，用于对射频收发模块接收到的信号依次进行放大以及滤波；
所述信号处理模块，用于根据信号调理模块处理后的信号解析AGV位置信息；
所述无线传输模块，用于将AGV位置信息发送至上位机模块。
2.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的封闭环境下AGV定位系统，其特征在于，所述AGV无芯片射频标签模块位于AGV的侧面，毫米波雷达模块、无线传输模块布置在封闭环境边缘。
3.根据权利要求1或2所述的基于毫米波雷达的封闭环境下AGV定位系统，其特征在于，所述射频收发模块采用多发多收微带阵列天线。
4.根据权利要求3所述的基于毫米波雷达的封闭环境下AGV定位系统，其特征在于，所述多发多收微带阵列天线具体采用两发四收的微带阵列天线。
5.根据权利要求4所述的基于毫米波雷达的封闭环境下AGV定位系统，其特征在于，所述两发四收的微带阵列天线采用77GHz频率波段。
6.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的封闭环境下AGV定位系统，其特征在于，所述信号处理模块包括依次设置的：
数模转换模块，用于对信号调理模块处理后的信号进行数模转换；
嵌入式处理模块，包括采样模块、直接数字控制器，用于对数模转换后的信号进行解析获取AGV位置信息。
7.基于权利要求1至6任意一项所述基于毫米波雷达的封闭环境下AGV定位系统的定位方法，包括以下步骤：
步骤1、射频收发模块接收无芯片射频标签反射的信号；
步骤2、由信号调理模块对接收到的信号依次进行放大和滤波；
步骤3、信号处理模块对信号调理模块处理后的信号进行解析获取AGV位置信息；
步骤4、无线传输模块将AGV位置信息发送至上位机模块。
8.根据权利要求7所述的基于毫米波雷达的封闭环境下AGV定位方法，其特征在于，步骤3所述信号处理模块对信号调理模块处理后的信号进行解析获取AGV位置信息，具体为：
步骤3-1、对信号调理模块处理后的信号进行数模转换；
步骤3-2、根据数模转换后的信号，利用位置解算算法进行信号解析，从而计算出多辆带有无芯片识别标签的AGV位置信息。
9.根据权利要求8所述的基于毫米波雷达的封闭环境下AGV定位步骤流程，其特征在于，步骤3-2所述利用位置解算算法进行信号解析，从而计算出带有无芯片识别标签的AGV位置信息，具体为：
步骤3-2-1、解析数模转换后的信号获得带有无芯片识别标签的AGV相对于毫米波雷达模块的距离和角度信息；
步骤3-2-2、根据距离和角度信息，结合卡尔曼滤波器、封闭环境的地图信息获取AGV当前位置；具体为：
假设共有N个毫米波雷达模块，已知每个毫米波雷达在封闭环境地图上的位置；
以能接收到无芯片射频标签反射信号的若干个射频收发模块的位置为基点，测量当前带有无芯片射频标签的AGV相对于基点所处位置，以此获得当前AGV的具体位置。
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| CN110967688A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-07 | 武汉天诚同创科技有限公司 | 一种射频卡雷达感应方法 |
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2019
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