CN111256686A - 一种agv陀螺仪导航传感器交互式漂移补偿方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种AGV陀螺仪导航传感器交互式漂移补偿方法及装置，包括：三轴加速度计传感器单元，用于生成X、Y、Z三个矢量方向的加速度数据送至数据采集单元；数据采集单元，用来采集三轴加速度数据和陀螺仪传感器角速度、温度数据；数据处理单元，用于对采集的加速度数据进行滤波分析，判断AGV车体是否处于静止状态，执行漂移补偿数值计算并将漂移补偿值送至漂移补偿执行单元；漂移补偿执行单元，用于更新漂移补偿值并发送至陀螺仪传感器。本发明通过采取漂移补偿装置进行实时漂移补偿与上位机漂移补偿指令补偿两种方式结合的补偿方式，能够在AGV运行过程中给予陀螺仪传感器实时的，交互式的漂移补偿，最大限度的纠正偏移误差，提高陀螺仪设备的导航精度。

Description

一种AGV陀螺仪导航传感器交互式漂移补偿方法及装置

技术领域

本发明属于AGV陀螺仪导航领域。

背景技术

陀螺仪导航是AGV领域中近年来新兴的导航技术，陀螺仪导航是AGV导航中不易受到干扰的自主式导航系统。AGV车体通过陀螺仪传感器测量载体在惯性参考系的角速度，从而获得车体航偏角和位置等数据，适用于智能仓储物流、车间移动装配等各种复杂地理环境和外界干扰下的精确定向和定位。

但是由于陀螺仪传感器硬件特性限制，陀螺仪传感器芯片受外界环境，尤其是温度的影响较大，导致其输出精度下降，最终导致AGV运行稳定性下降。针对这种情况，陀螺仪厂商普遍采取温度标定方法对陀螺仪传感器进行温度漂移补偿，可以在一定程度上弥补陀螺仪对温度敏感所带来的漂移。但这种方法的局限性在于，温度标定是根据历史数据拟合标定的一组数据，在实际应用中仍受AGV运行环境的各种因素影响，如温度变化速率、振动、电场磁场、湿度、气压等，而陀螺仪传感器无法实时调整漂移补偿量，使得AGV在长时间、环境复杂情况下的导航精度和稳定性无法得到有效保证。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种AGV陀螺仪导航传感器交互式漂移补偿方法及装置，相较现有技术，在AGV运行过程中以多种方式与陀螺仪导航传感器进行实时的，交互式的漂移补偿，最大限度的纠正偏移误差，提高AGV陀螺仪导航设备的导航精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种AGV陀螺仪导航传感器交互式漂移补偿装置，包括：

三轴加速度计传感器单元，用于生成加速度数据送至数据采集单元；

数据采集单元，用来采集三轴加速度数据和陀螺仪传感器角速度、温度数据；

数据处理单元，用于对采集的加速度数据进行滤波分析，判断AGV车体是否处于静止状态，执行漂移补偿数值计算并将漂移补偿值送至漂移补偿执行单元；

漂移补偿执行单元，用于更新漂移补偿值并发送至陀螺仪传感器。

所述数据采集单元通过SPI总线连接三轴加速度计传感器单元，在AGV上电启动后实时采集三轴加速度数据、陀螺仪角速度、温度数据。

所述数据处理单元含有计数器，用于累加或清零。

一种AGV陀螺仪导航传感器交互式漂移补偿方法，包括以下步骤：

在AGV和陀螺仪传感器上电启动后，上位机控制陀螺仪传感器进行AGV运行前的第一次漂移补偿，补偿时间为若干秒；

在AGV运行过程中，漂移补偿装置通过实时采集三轴加速度计传感器单元数据，处理并判断当前AGV运行状态；当AGV车体处于静止状态时间达到设定时间时，则漂移补偿装置对陀螺仪导航传感器进行一次漂移补偿；

在AGV运行时，上位机根据AGV运行情况向陀螺仪传感器发送漂移指令，陀螺仪传感器进行漂移补偿。

所述上位机控制陀螺仪传感器进行AGV运行前的第一次漂移补偿，包括以下步骤：

上位机向陀螺仪传感器发送漂移补偿开始指令，此时数据采集单元以设定频率采集陀螺仪传感器输出的角速度数据并计数；

达到预设的漂移补偿时长后，上位机向陀螺仪传感器发送漂移补偿结束指令，陀螺仪传感器通知数据采集单元停止数据采集，数据处理单元计算采集的角速度数据均值，将均值作为新的漂移补偿值，通过漂移补偿执行单元更新并发送陀螺仪传感器漂移补偿值至陀螺仪传感器。

所述漂移补偿装置通过实时采集三轴加速度计传感器单元数据，处理并判断当前AGV运行状态具体如下：

数据处理单元内的计数器初始化值为0，每次接收数据采集单元的三个方向加速度数据时，数据处理单元将该数据与上一次采集的数据做差值计算；

如果差值绝对值低于阈值，则AGV车体处于静止状态，计数器加1，同时保存当前陀螺仪传感器漂移值；否则，AGV车体未处于静止状态，计数器清零，并清除历史陀螺仪漂移值。

所述漂移补偿装置对陀螺仪导航传感器进行一次漂移补偿具体为：

当计数器值累加至限值，数据处理单元计算限值个数的陀螺仪漂移值的平均值，送入漂移补偿执行单元更新为新的陀螺仪漂移值，并将新的陀螺仪漂移值发送至陀螺仪导航传感器；陀螺仪导航传感器发送漂移补偿完毕指令至上位机。

所述上位机根据AGV运行情况向陀螺仪传感器发送漂移指令，包括以下步骤：

当遇到下列情形中的至少一种，上位机控制AGV停止运行，并发送漂移补偿指令，补偿时间若干秒钟；再启动AGV继续运行：

当上位机检测到陀螺仪传感器温度发生超出设定范围的变化时；

当上位机检测到陀螺仪传感器在设定时间内未进行过漂移补偿时；

当AGV通过指定的行走路线之前。

本发明具有以下有益效果及优点：

在AGV和陀螺仪导航传感器上电启动后，上位机通过漂移补偿指令进行第一次漂移补偿，保证了AGV运行前导航精度；在AGV运行过程中，通过三轴加速度计判断AGV是否处于静止状态从而可在短时间内多次执行漂移补偿，保证了AGV运行过程中的导航精度；在AGV通过复杂行走路线前或检测到漂移补偿长时间未运行时，上位机可通过指令进行一次漂移补偿，通过上位机交互式漂移补偿，最大限度的纠正偏移误差，提高AGV陀螺仪导航传感器的精度和稳定性。

附图说明

图1是本发明的交互式漂移补偿方法流程图；

图2是本发明的装置结构框图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明。

一种AGV陀螺仪导航传感器交互式漂移补偿方法，包括：

在AGV和陀螺仪导航传感器上电启动后，上位机向陀螺仪导航传感器发送漂移补偿指令，进行第一次漂移补偿；

在AGV运行过程中，漂移补偿装置实时判断当前AGV运行状态，并在AGV静止状态下对陀螺仪导航传感器进行漂移补偿，此过程在AGV运行过程中自动、重复执行；

上位机可根据AGV运行实际情况在一些特定条件下发送漂移指令进行漂移补偿。

上位机与陀螺仪导航传感器采用标准CAN总线通讯协议，第一次漂移补偿时长为8秒，数据采集单元采集8秒内陀螺仪传感器漂移数据，交给数据处理单元经过计算处理，最终通过漂移补偿执行单元更新陀螺仪传感器的漂移补偿值。

数据采集单元在AGV运行过程中以100Hz频率实时采集三轴加速度计X、Y和Z三个方向的加速度数据和陀螺仪传感器漂移值，加速度数据交给数据处理单元通过中值滤波处理，依此判断AGV车体是否处于静止状态。

数据处理单元内置计数器，计数器初始化值为0，每次数据采集单元将三个方向加速度数据交给数据处理单元时，数据处理单元将该数据与上一次采集的数据做差值计算，如果绝对值低于设定阈值时，判定为静止状态，计数器加1，同时保存当前陀螺仪传感器漂移值，否则，计数器清零，并清除历史陀螺仪漂移值。若计数器值累加至2000，数据处理单元计算陀螺仪漂移平均值，通过漂移补偿执行单元更新陀螺仪漂移补偿数据，同时向上位机发送漂移补偿完毕指令。

上位机能够根据AGV运行情况，在以下情况发送漂移补偿指令进行漂移补偿：

当上位机检测到陀螺仪传感器温度发生较大变动时，上位机可以在适当时刻停止AGV运行，并发送漂移补偿指令，补偿时间5秒钟；

当上位机检测到陀螺仪传感器在设定时间段内未成功进行过一次漂移自补偿，则上位机可以在适当时刻停止AGV运行，进行发送漂移补偿指令，补偿时间5秒钟；

当AGV即将通过一些特定复杂行走路线前，上位机可以停止AGV运行，并发送漂移补偿指令，补偿时间5秒钟，然后启动AGV通过这些复杂路线。

一种AGV陀螺仪导航传感器交互式漂移补偿装置，包括：

三轴加速度计传感器单元，连接数据采集单元，用于感知并生成X、Y、Z三个矢量方向的加速度数据。

数据采集单元，一端连接三轴加速度计传感器单元，一端连接陀螺仪导航器件，用来采集三轴加速度计数据和陀螺仪传感器的角速度数据。

数据处理单元，连接数据采集单元，一方面对采集的加速度数据滤波处理，判断AGV车体是否处于静止状态，进行漂移补偿数值计算，一方面用于处理上位机漂移补偿指令，执行漂移补偿。

数据采集单元通过SPI总线连接三轴加速度计传感器单元，在AGV上电启动后实时采集三轴加速度数据和陀螺仪传感器角速度数据。

所述数据处理单元，内部含有计数器，由数据处理单元控制其累加或清零操作。

漂移补偿执行单元，所述漂移补偿执行单元与数据处理单元连接，在需要进行漂移补偿操作时，更新陀螺仪传感器的漂移补偿数据，陀螺仪传感器向上位机发送补偿完毕指令。

其中，陀螺仪传感器接收漂移补偿数值后，更新其漂移补偿寄存器中的数值，最终根据更新后的漂移补偿寄存器数值进行漂移补偿。

本发明的设计思路在于：针对行业内普遍采用的温度标定进行陀螺仪温度漂移补偿的办法无法最大限度解决陀螺仪传感器在AGV导航使用上的输出偏移问题，本发明实施例提出，通过采取漂移补偿装置进行实时漂移补偿与上位机漂移补偿指令补偿两种方式结合的补偿方式，能够在AGV运行过程中给予陀螺仪传感器实时的，交互式的漂移补偿，最大限度的纠正偏移误差，提高陀螺仪设备的导航精度。

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示为本发明的一种AGV陀螺仪导航传感器动态漂移补偿方法，该AGV陀螺仪导航传感器动态漂移补偿方法包括：

在AGV和陀螺仪导航传感器上电启动后，上位机通过CAN总线向陀螺仪导航传感器发送漂移补偿指令，进行AGV运行前的第一次漂移补偿，补偿时间为8秒。使AGV在运行前陀螺仪传感器的漂移尽可能小。

通过上位机向陀螺仪传感器发送漂移补偿指令进行漂移补偿的具体过程为：上位机向陀螺仪传感器发送漂移补偿开始指令，此时数据采集单元以100Hz频率采集陀螺仪传感器输出的角速度数据并计数；补偿时间结束后，上位机向陀螺仪传感器发送漂移补偿结束指令，数据采集单元停止数据采集，数据处理单元计算采集的角速度数据均值，将结果作为新的漂移补偿值，最终通过漂移补偿执行单元更新陀螺仪传感器漂移补偿值。

在AGV运行过程中，漂移补偿装置通过实时采集三轴加速度计传感器单元数据，处理并判断当前AGV运行状态，如果AGV车体处于静止状态时间达到2秒，则漂移补偿装置自动对陀螺仪导航传感器进行一次漂移补偿，保证AGV在运行的过程中可以实时的，多次校正陀螺仪数据。

在AGV运行的同时，上位机可根据AGV运行实际情况向陀螺仪传感器发送漂移指令进行漂移补偿。可在下列情形下实施指令补偿：当上位机检测到陀螺仪传感器温度发生较大变动时，上位机可以在适当时刻停止AGV运行，并发送漂移补偿指令，补偿时间5秒钟，再启动AGV继续运行；当上位机检测到陀螺仪传感器在设定时间长度内未进行过漂移补偿时，上位机可以在适当时刻停止AGV运行，发送漂移补偿指令，补偿时间5秒钟，再继续AGV运行；当AGV即将通过一些复杂或特定的行走路线前，为了满足AGV运行精度要求，上位机可以停止AGV运行，发送漂移补偿指令，补偿时间5秒钟，然后再通过该路线，保证AGV在一些特殊情况和场合中的导航精度。

图2是本发明又一个实施例的一种AGV陀螺仪导航传感器动态漂移补偿装置的结构框图，该AGV陀螺仪导航传感器动态漂移补偿装置包括：

三轴加速度计传感器单元、数据采集单元、数据处理单元以及漂移补偿执行单元。

三轴加速度计传感器单元，连接数据采集单元，用于感知并生成X、Y、Z三个矢量方向的加速度数据。

数据采集单元，一端连接三轴加速度计传感器单元，采集三轴加速度计数据，一端连接陀螺仪传感器，采集陀螺仪传感器的角速度数据。

数据处理单元，连接数据采集单元，以100Hz频率采集加速度数据，经滤波处理，判断AGV车体当前是否处于静止状态，具体过程为：数据处理单元内置计数器，初始化时计数器值为0，每次数据采集单元将三个方向加速度数据交给数据处理单元时，数据处理单元将该数据与上一次采集的数据做差值计算，如果该差值的绝对值低于设定阈值时，计数器加1，同时保存当前陀螺仪的漂移值，否则，计数器清零，并清除历史陀螺仪漂移值。若计数器值累加至2000，则可以判断在这2000个采样时间段内，AGV车体是处于静止状态的，数据处理单元计算这2000次陀螺仪漂移平均值，并将结果作为新的漂移补偿值发送给漂移补偿执行单元。

漂移补偿执行单元接收来自数据处理单元的计算结果，更新陀螺仪传感器漂移补偿数值，并将更新完毕的结果通过陀螺仪传感器通知上位机。

Claims (8)

1.一种AGV陀螺仪导航传感器交互式漂移补偿装置，其特征在于包括：

三轴加速度计传感器单元，用于生成加速度数据送至数据采集单元；

数据采集单元，用来采集三轴加速度数据和陀螺仪传感器角速度、温度数据；

数据处理单元，用于对采集的加速度数据进行滤波分析，判断AGV车体是否处于静止状态，执行漂移补偿数值计算并将漂移补偿值送至漂移补偿执行单元；

漂移补偿执行单元，用于更新漂移补偿值并发送至陀螺仪传感器。

2.根据权利要求1所述的一种AGV陀螺仪导航传感器交互式漂移补偿装置，其特征在于：，所述数据采集单元通过SPI总线连接三轴加速度计传感器单元，在AGV上电启动后实时采集三轴加速度数据、陀螺仪角速度、温度数据。

3.根据权利要求1所述的一种AGV陀螺仪导航传感器交互式漂移补偿装置，其特征在于，所述数据处理单元含有计数器，用于累加或清零。

4.一种AGV陀螺仪导航传感器交互式漂移补偿方法，其特征在于包括以下步骤：

在AGV和陀螺仪传感器上电启动后，上位机控制陀螺仪传感器进行AGV运行前的第一次漂移补偿，补偿时间为若干秒；

在AGV运行过程中，漂移补偿装置通过实时采集三轴加速度计传感器单元数据，处理并判断当前AGV运行状态；当AGV车体处于静止状态时间达到设定时间时，则漂移补偿装置对陀螺仪导航传感器进行一次漂移补偿；

在AGV运行时，上位机根据AGV运行情况向陀螺仪传感器发送漂移指令，陀螺仪传感器进行漂移补偿。

5.根据权利要求4所述的一种AGV陀螺仪导航传感器交互式漂移补偿方法，其特征在于，所述上位机控制陀螺仪传感器进行AGV运行前的第一次漂移补偿，包括以下步骤：

上位机向陀螺仪传感器发送漂移补偿开始指令，此时数据采集单元以设定频率采集陀螺仪传感器输出的角速度数据并计数；

达到预设的漂移补偿时长后，上位机向陀螺仪传感器发送漂移补偿结束指令，陀螺仪传感器通知数据采集单元停止数据采集，数据处理单元计算采集的角速度数据均值，将均值作为新的漂移补偿值，通过漂移补偿执行单元更新并发送陀螺仪传感器漂移补偿值至陀螺仪传感器。

6.根据权利要求4所述的一种AGV陀螺仪导航传感器交互式漂移补偿方法，其特征在于，所述漂移补偿装置通过实时采集三轴加速度计传感器单元数据，处理并判断当前AGV运行状态具体如下：

数据处理单元内的计数器初始化值为0，每次接收数据采集单元的三个方向加速度数据时，数据处理单元将该数据与上一次采集的数据做差值计算；

如果差值绝对值低于阈值，则AGV车体处于静止状态，计数器加1，同时保存当前陀螺仪传感器漂移值；否则，AGV车体未处于静止状态，计数器清零，并清除历史陀螺仪漂移值。

7.根据权利要求4所述的一种AGV陀螺仪导航传感器交互式漂移补偿方法，其特征在于，所述漂移补偿装置对陀螺仪导航传感器进行一次漂移补偿具体为：

当计数器值累加至限值，数据处理单元计算限值个数的陀螺仪漂移值的平均值，送入漂移补偿执行单元更新为新的陀螺仪漂移值，并将新的陀螺仪漂移值发送至陀螺仪导航传感器；陀螺仪导航传感器发送漂移补偿完毕指令至上位机。

8.根据权利要求4所述的一种AGV陀螺仪导航传感器交互式漂移补偿方法，其特征在于，所述上位机根据AGV运行情况向陀螺仪传感器发送漂移指令，包括以下步骤：

当遇到下列情形中的至少一种，上位机控制AGV停止运行，并发送漂移补偿指令，补偿时间若干秒钟；再启动AGV继续运行：

当上位机检测到陀螺仪传感器温度发生超出设定范围的变化时；

当上位机检测到陀螺仪传感器在设定时间内未进行过漂移补偿时；

当AGV通过指定的行走路线之前。

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