CN111522023B - 一种应用室内外agv小车的激光定位装置及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用室内外AGV小车的激光定位装置及应用方法，涉及激光定位技术领域。本发明包括激光发射模块、接收立柱和激光测角仪。本发明通过在每个AGV小车上安装一个激光发射器，在场地安装数个带有激光测角仪的立柱，就可以对AGV小车进行准确实时定位，整个方案成本低，安装容易；由于没有机械扫描速度限制，定位响应速度快；可靠性好，寿命长；由于激光有一定的垂直发散角度，即使在场地不平整时，也能够保证很好的激光接收；激光角度测量模块直接接收AGV小车发射的激光，这个信号很强，可以解决雨雾天恶劣天气和距离远时信号不稳定问题；由于在测量模块内部安装阳光隔离片，可以完全解决阳光干扰问题。

Description

一种应用室内外AGV小车的激光定位装置及应用方法

技术领域

本发明属于AGV小车激光定位技术领域，特别是涉及一种应用室内外AGV小车的激光定位装置及应用方法。

背景技术

目前AGV小车激光定位一般是在AGV小车行驶路径的周围安装多个已知坐标激光反射板，在AGV小车安装一个激光雷达发射激光束，同时采集由反射板反射的激光束，通过三角几何运算确定其当前的位置和方向；这个一般用在室内定位，但是在室外，由于场地面积大，距离远，场地不平整，天气恶劣，灰尘大，阳光直射等等原因，此项定位技术就存在很多问题，比如在室外需要安装很多反射板，维修也复杂，容易污染；激光雷达靠反射方式来采集激光，在雨雾天，灰尘大时候，反射激光强度不够，无法进行长距离采集；由于激光雷达是一维的，地面不平整时，容易丢失激光信号；在强烈阳光下直射，激光信号容易被阳光被湮灭；每一个AGV小车上需要装一个激光雷达，成本高，可靠性也不好；采样速度受到限制，在AGV小车以较快速度运行时误差较大；

针对以上缺点，本发明一种新的AGV小车激光定位装置，只需要在AGV小车顶端安装一个固态的环状激光发射模块，在场地安装多个立柱，在每个立柱上安装一个全向激光测角仪； AGV小车运动时发射器发出一个环状激光，此激光可以被安装在场地所有立柱上的全向激光测角仪接收到计算出相应的激光入射角度，根据入射角度值与每个立柱的坐标位置，得到AGV小车到每个立柱的不同直线方程，多个不同直线方程相交交点就是AGV小车的坐标位置。

以此可以看出，只需要在每个AGV小车上安装一个激光发射器，在场地安装数个带有激光测角仪的立柱，就可以对AGV小车进行准确实时定位，整个方案成本低，安装容易；由于没有机械扫描速度限制，定位响应速度快；可靠性好，寿命长；由于激光有一定的垂直发散角度，即使在场地不平整时，也能够保证很好的激光接收；激光角度测量模块直接接收AGV小车发射的激光，这个信号很强，可以解决雨雾天恶劣天气和距离远时信号不稳定问题；由于在测量模块内部安装阳光隔离片，可以完全解决阳光干扰问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用室内外AGV小车的激光定位装置及应用方法，解决现有的AGV小车在室外环境复杂，灰尘大，阳光强的情况下定位装置和定位方法信号强度低、安装成本高和误差大的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种应用室内外AGV小车的激光定位装置，包括激光发射模块、接收立柱和激光测角仪，所述激光发射模块与激光测角仪相互配合；所述接收立柱一表面与激光测角仪连接。

进一步地，所述激光发射模块包括连接板、激光管和无线通信处理模块；所述连接板周侧面安装有若干激光管；所述连接板与激光管之间嵌套配合；若干所述连接板之间上下依次粘连；所述无线通信处理模块与激光管之间电性连接。

进一步地，所述连接板为圆形板体结构；若干所述激光管沿连接板的圆周均匀排列；所述激光管的轴心线与连接板圆心线重合，激光发射方向由连接板圆心指向外部，形成一个360°环状激光发射器。

进一步地，所述激光测角仪包括安装板、摄像头、隔离片和无线通信及图像处理模块；所述安装板为圆形板体结构；所述安装板一表面与若干摄像头粘连，摄像头沿安装板的圆周均匀排列；所述摄像头的轴心线与安装板圆心线重合，摄像头镜头方向由安装板圆心指向外部，其摄制的范围覆盖整个360°水平范围。

进一步地，所述安装板另一表面与无线通信及图像处理模块粘连；所述无线通信及图像处理模块包括无线通信器和图像处理器；所述无线通信及图像处理模块与摄像头之间电性连接；所述安装板一表面与若干隔离片粘连。

进一步地，所述激光发射模块一表面连接有AGV小车；若干所述隔离片均与摄像头的位置相适应，隔离片在摄像头外圈，沿着圆心放射方向垂直均匀安装，这样保证摄像头只能接收其正面水平方向来的激光。

本实施例的一种应用室内外AGV小车的激光定位装置的应用方法，所述激光定位装置的控制方法如下：

步骤一，当需要对AGV小车定位时，发出定位指令，激光发射模块发射出环状脉冲激光；

步骤二，激光测角仪中的摄像头直接抓取环状脉冲激光的图像，并通过图像处理器计算出激光的入射角度；

步骤三，根据已知的接收立柱的坐标位置和计算得出的激光入射角度，求出AGV小车到立柱的直线方程；

步骤四，根据不同立柱坐标位置求出的不同的直线方程，取其中两个的交点，确定AGV小车的坐标。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过在每个AGV小车上安装一个激光发射器，在场地安装数个带有激光测角仪的立柱，就可以对AGV小车进行准确实时定位，整个方案成本低，安装容易；由于没有机械扫描速度限制，定位响应速度快；可靠性好，寿命长；由于激光有一定的垂直发散角度，即使在场地不平整时，也能够保证很好的激光接收；激光角度测量模块直接接收AGV小车发射的激光，这个信号很强，可以解决雨雾天恶劣天气和距离远时信号不稳定问题；由于在测量模块内部安装阳光隔离片，可以完全解决阳光干扰问题。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使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发明的一些实施例，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为本发明的一种应用室内外AGV小车的激光定位装置及应用方法效果展示图；

图2为本发明的一种应用室内外AGV小车的激光定位装置及应用方法效果俯视图；

图3为本发明的一种应用室内外AGV小车的激光定位装置的激光发射模块的结构示意图；

图4为本发明的一种应用室内外AGV小车的激光定位装置的激光测角仪结构及安装展示图；

图5为本发明的一种应用室内外AGV小车的激光定位装置的激光测角仪俯视图；

图6为AGV小车坐标位置与各测定位点的水平方向关系示意图；

图7为AGV小车坐标位置与各测定位点的垂直方向关系示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-激光发射模块，2-接收立柱，3-激光测角仪，11-连接板，12-激光管，13-无线通信处理模块，31-安装板，32-摄像头，33-隔离片，34-无线通信及图像处理模块，4-AGV小车。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6所示，本发明为一种应用室内外AGV小车的激光定位装置，包括激光发射模块1、接收立柱2和激光测角仪3，激光发射模块1与激光测角仪3相互配合；接收立柱2一表面与激光测角仪3连接。

优选地，激光发射模块1包括连接板11、激光管12和无线通信处理模块13；连接板11周侧面安装有若干激光管12；连接板11与激光管12之间嵌套配合；若干连接板11之间上下依次粘连；无线通信处理模块13与激光管12之间电性连接。

优选地，连接板11为圆形板体结构；若干激光管12沿连接板11的圆周均匀排列；激光管12的轴心线与连接板11圆心线重合，激光发射方向由连接板11圆心指向外部，形成一个360°环状激光发射器。

优选地，激光测角仪3包括安装板31、摄像头32、隔离片33和无线通信及图像处理模块34；安装板31为圆形板体结构；安装板31一表面与若干摄像头32粘连，摄像头32沿安装板31的圆周均匀排列；摄像头（32）的轴心线与安装板31圆心线重合，摄像头32镜头方向由安装板31圆心指向外部，摄制的范围覆盖整个360°水平范围。

优选地，安装板31另一表面与无线通信及图像处理模块34粘连；无线通信及图像处理模块34包括无线通信器和图像处理器；无线通信及图像处理模块34与摄像头32之间电性连接；安装板31一表面与若干隔离片33粘连。

优选地，激光发射模块1一表面连接有AGV小车4；若干隔离片33均与摄像头32的位置相适应，隔离片33在摄像头32外圈，沿着圆心放射方向垂直均匀安装，这样保证摄像头只能接收其正面水平方向来的激光。

本实施例的一种应用室内外AGV小车的激光定位装置的应用方法，激光定位装置的控制方法如下：

步骤一，当需要对AGV小车4定位时，发出定位指令，激光发射模块1发射出环状脉冲激光；

步骤二，激光测角仪3中的摄像头32直接抓取环状脉冲激光的图像，并通过图像处理器计算出激光的入射角度；

步骤三，根据已知的接收立柱2的坐标位置和计算得出的激光入射角度，求出AGV小车4到立柱的直线方程；

步骤四，根据不同立柱坐标位置求出的不同的直线方程，取其中两个的交点，确定AGV小车4的坐标。

实施例1：

请参阅图1-5所示，本实施例为一种应用室内外AGV小车的激光定位装置的安装方法：

激光发射模块1水平安装于AGV小车4顶端，其中连接板11为直径10cm左右圆板，激光管12为点状或线状或多点状的激光发射管，直径12mm左右，工作电流在500mA,，波长为红外808nm；多个激光管12水平固定在连接板板11上，沿着圆周均匀排列，轴心线指向圆心，出光口朝外，其发射的激光形成一个360°封闭的带一定垂直发散角度的环状激光，其垂直方向发散角度为10°左右；无线通信处理模块13为市场普通标准的单片机模块，主要控制激光管12，发出或接收指令，进行一些运算，它通过导线与激光管12连接；

场地间隔安装4个接收立柱2，其高度高于AGV小车上的激光发射模块1的位置，每个立柱间隔50米，高1.5米左右，每个立柱上安装一个激光测角仪3。

实施例2：

请参阅图5、6所示，本实施例为本发明的激光测角仪3的工作原理：

激光测角仪3中的安装板31为之间200cm的圆形板，4个摄像头32以安装板31圆心为原点间隔10cm水平均匀放置，轴心线指向圆心，镜头朝外；摄像头32为100万像素的普通摄像头，水平视角为90°；4个摄像头32相互配合能够覆盖水平360°方向的激光信号；摄像头32镜头安装808nm滤光片，只能接收808nm激光；隔离片33在摄像头32外圈，沿着圆心放射方向垂直均匀安装，这样保证摄像头32只能接收其正面水平方向来的激光。

实施3：

请参阅图6所示，本实施例为AGV小车4的位置坐标测定方法：

激光发射模块1水平安装在AGV小车4顶端，在场地增设多个接收立柱2，在每个接收立柱2上安装一个激光测角仪3；当AGV小车4需要定位时，发射出一个定位指令指令，激光发射模块1发出一个环状脉冲激光；场地接收立柱2上所有激光测角仪3都可以接收到激光，摄像头32进行图片抓取，通过图像处理器可以求出AF值；已知摄像头32焦距PF值，可以通过公式tgK=AF/PF计算出激光来的方向水平入射角度K；由于每个接收立柱2的坐标位置已知，由此可得到AGV小车4到接收立柱2的直线方程AT；同样可以计算出BT，CT，DT等不同直线方程，取其中两个求出交点即为AGV小车4的坐标。

实施例4：

请参阅图7所示，本实施例为一种应用室内外AGV小车的激光定位装置的第二种计算方法：

激光发射模块1水平安装在AGV小车4顶端，在场地增设一个或者多个接收立柱2，在每个接收立柱2上安装一个激光测角仪3；当AGV小车4需要定位时，发射出一个定位指令指令，激光发射模块1发出一个环状脉冲激光；场地接收立柱2上所有激光测角仪3都可以接收到激光，摄像头32进行图片抓取，通过图像处理器可以求出垂直方向DF值；已知摄像头32焦距PF值，可以通过公式tgM=DF/PF计算出激光来的方向垂直入射角度M；由于激光测角仪3与激光发射模块1的相对高度H是已知的，根据三角测量原理， AGV小车4到接收立柱2的直线距离PX=H/tgM，其中水平入射角度K和距离PX值，就是AGV小车4相对于每个立柱2的极坐标值。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种应用室内外AGV小车的激光定位装置，包括激光发射模块（1）、接收立柱（2）和激光测角仪（3），其特征在于：所述激光发射模块（1）与激光测角仪（3）相互配合；所述接收立柱（2）一表面与激光测角仪（3）连接；所述激光发射模块（1）包括连接板（11）、激光管（12）和无线通信处理模块（13）；所述连接板（11）周侧面安装有若干激光管（12）；所述连接板（11）与激光管（12）之间嵌套配合；若干所述连接板（11）之间上下依次粘连；所述无线通信处理模块（13）与激光管（12）之间电性连接；

所述激光测角仪（3）包括安装板（31）、摄像头（32）、隔离片（33）和无线通信及图像处理模块（34）；所述安装板（31）为圆形板体结构；所述安装板（31）一表面与若干摄像头（32）粘连，摄像头（32）沿安装板（31）的圆周均匀排列；所述摄像头（32）的轴心线与安装板（31）圆心线重合，摄像头（32）镜头方向由安装板（31）圆心指向外部；若干所述隔离片（33）均与摄像头（32）的位置相适应，隔离片（33）在摄像头外圈，沿着圆心放射方向垂直均匀安装，保证摄像头只能接收其正面水平方向来的激光。

2.根据权利要求1所述的一种应用室内外AGV小车的激光定位装置，其特征在于，所述连接板（11）为圆形板体结构；若干所述激光管（12）沿连接板（11）的圆周均匀排列；所述激光管（12）的轴心线与连接板（11）圆心线重合，激光发射方向由连接板（11）圆心指向外部。

3.根据权利要求1所述的一种应用室内外AGV小车的激光定位装置，其特征在于，所述安装板（31）另一表面与无线通信及图像处理模块（34）粘连；所述无线通信及图像处理模块（34）包括无线通信器和图像处理器；所述无线通信及图像处理模块（34）与摄像头（32）之间电性连接；所述安装板（31）一表面与若干隔离片（33）粘连。

4.根据权利要求3所述的一种应用室内外AGV小车的激光定位装置，其特征在于，所述激光发射模块（1）一表面连接有AGV小车（4）；若干所述隔离片（33）均与摄像头（32）的位置相适应。

5.根据权利要求1至4中任意一条所述的应用室内外AGV小车的激光定位装置的应用方法，其特征在于，所述激光定位装置的控制方法如下：

步骤一，当需要对AGV小车（4）定位时，发出定位指令，激光发射模块（1）发射出环状脉冲激光；

步骤二，激光测角仪（3）中的摄像头（32）直接抓取环状脉冲激光的图像，并通过图像处理器计算出激光的水平和垂直入射角度；

步骤三，根据计算得出的激光入射角度，通过以下二种公式确定AGV小车（4）的坐标:

公式1：根据已知的接收立柱（2）的坐标位置，激光的水平入射角度和求出AGV小车（4）到接收立柱（2）的水平直线方程；根据不同立柱坐标位置和激光水平入射角度求出的不同的直线方程，取其中两个的交点，确定AGV小车（4）的坐标；

公式2：根据已知垂直入射角度和激光测角仪（3）与激光发射模块（1）的相对高度值，通过三角测距计算方法确定AGV小车（4）到接收立柱（2）的距离，这个距离与水平入射角度就是AGV小车（4）与接收立柱（2）相对极坐标。