CN113752883A - 一种基于高速信息通信的agv物料配送车定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于高速信息通信的AGV物料配送车定位系统，包括位置检测模块、数据传输模块、供电模块、滤波器和后台管理主机系统；所述位置检测模块包括初级侧线圈、四个探测线圈、次级侧线圈和陀螺仪，位置检测模块根据陀螺仪的偏转角度、探测线圈的实测感应电压获得次级侧线圈的位置坐标；位置检测模块将获取的次级侧线圈的位置坐标发送给数据传输模块，数据传输模块将次级侧线圈的位置坐标通过滤波器发送给后台管理主机系统，后台管理主机系统对AGV物料配送车的位置信息数据进行分析处理后直接发送回数据传输模块。本发明采用陀螺仪检测旋转角度，并结合算法修正了角度偏差的影响，提高定位系统性能，方便AGV物料配送车的充电管理。

Description

一种基于高速信息通信的AGV物料配送车定位系统
技术领域
本发明涉及无线充电领域，具体涉及一种基于高速信息通信的AGV物料配送车定位系统。
背景技术
AGV，是Automated Guided Vehicle的简称，中文全称为自动导航装置，指装备有电磁或光学等的自动导航装置，能够沿规定的导航路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。因其具备自动化程度高、充电自动化、减少占地面积等特点，在现代企业车间里得到越来越多的应用，实现物料配送等功能。
AGV物料配送车无线充电时的准确定位是亟待精进的技术，对于一般的无线充电系统多采用激光、毫米波、视频等方式进行定位，成本高、控制复杂，已有的磁场感应四线圈定位方案在成本和实现方式上都具有优势，但由于磁场存在对称性，该方案受定位原理的限制，次级侧线圈的角度旋转会给定位算法带来很大误差，本发明致力于减少角度旋转对四线圈定位方案效果的影响；同时，传统的定位信息及车端信息，一般不进行数据的平台上传，仅在充电系统内部进行通讯，进行就地管理，不利于实现及时的定位管理和大平台的多机充电管理。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于高速信息通信的AGV物料配送车定位系统，包括位置检测模块、数据传输模块、供电模块、滤波器和后台管理主机系统；所述位置检测模块包括初级侧线圈、四个探测线圈、次级侧线圈和陀螺仪，位置检测模块根据陀螺仪的偏转角度、探测线圈的实测感应电压获得次级侧线圈的位置坐标；位置检测模块将获取的次级侧线圈的位置坐标发送给数据传输模块，数据传输模块将次级侧线圈的位置坐标通过滤波器发送给后台管理主机系统，后台管理主机系统对AGV物料配送车的位置信息数据进行分析处理后直接发送回数据传输模块；所述供电模块为位置检测模块和数据传输模块提供电能；所述初级侧线圈设置在地面固定地点；所述四个探测线圈、次级侧线圈和陀螺仪固定在待定位AGV物料配送车上；所述数据传输模块包括交换机和功率放大器。
进一步地，所述四个探测线圈安装在次级侧线圈上且与次级侧线圈位置保持相对固定，所述陀螺仪安装在次级侧线圈上，并与其保持方向一致，因此陀螺仪的偏转角即为次级侧线圈相对于初级侧线圈的纵向偏移角。
进一步地，所述获取探测线圈在初级侧线圈的定位区域的采样电压的方法具体为：
以初级侧线圈中心为坐标原点建立直角坐标系XOYOZ，初级侧线圈与次级侧线圈的相对位置由(x，y，θ)表示，其中，x表示次级侧线圈的横坐标，y表示次级侧线圈的纵坐标，θ表示次级侧线圈相对于初级侧线圈的纵向偏移角；探测线圈位于次级侧线圈的四个边中心点，其距离次级侧线圈中心的距离为d。
进一步地，所述次级侧线圈的位置坐标的获取方法具体为：
当次级侧线圈出现角度偏移时，读取陀螺仪的数值θ0，将第一、第二、第三、第四探测线圈的坐标分别记为(xt1，yt1)、(xt2，yt2)、(xt3，yt3)、(xt4，yt4)，即：
Figure BDA0003206195680000021
进一步地，采用间隔定点采样结合三次样条函数插值的方法获得以初级侧线圈为中心的定位区域内的任一单位步长内点的磁场强度。
进一步地，所述获得次级侧线圈的位置坐标的具体步骤为：
通过探测线圈坐标、以初级侧线圈为中心的定位区域内的任一单位步长内点的磁场强度和离散化方程，获得某个位置的所对应的四个探测线圈的误差值ξ：
Figure BDA0003206195680000022
同时该位置的ξ满足ξ≤ε，ε为误差限值；其中，
Figure BDA0003206195680000023
为某一位置的探测线圈的理论值，Q为离散化单元的数量，由探测线圈面积决定；Sq为当前位置的探测线圈所在区域的第q个离散化单元的面积，q＝1，2，...，Q，P为初级侧线圈匝数，
Figure BDA0003206195680000024
为当前位置的探测线圈所在区域的第q个离散化单元的磁感应强度的z轴分量；
寻找使得ξ最小的(x，y)即为次级侧线圈位置。
进一步地，所述数据传输模块的信息传输方式为4G、5G或WiFi传输。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供了一种基于高速信息通信的AGV物料配送车定位系统，采用陀螺仪检测旋转角度，结合陀螺仪信息通过解算离散化方程的方法求解次级侧线圈的位置，减少角度偏移对定位效果的干扰，提高定位系统性能，实现AGV物料配送车多自由度定位的同时将位置信息实时传输至后台管理主机系统，方便AGV物料配送车的充电管理；
(2)本发明在AGV物料配送车定位时通过5G或其他网络向后台管理主机系统实时传输AGV物料配送车位置信息，可以让后台管理主机系统能实时掌握每一辆AGV物料配送车的充电情况，可以即时对AGV物料配送车充电状态进行优化，大幅提高多台AGV物料配送车充电效率。
附图说明
图1为本发明实施例的基于高速信息通信的AGV物料配送车定位系统的模块结构示意图。
图2为本发明实施例的位置检测模块中各线圈和陀螺仪的位置关系示意图。
图3为本发明实施例的获取次级侧线圈位置坐标的方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
下面结合附图对本申请提供的基于高速信息通信的AGV物料配送车定位系统做详细说明。
实施例1：
如图1所示，所述基于高速信息通信的AGV物料配送车定位系统包括位置检测模块、数据传输模块、供电模块和后台管理主机系统；所述位置检测模块包括初级侧线圈、四个探测线圈、次级侧线圈和陀螺仪，其中四个探测线圈安装在次级侧线圈上，并且与次级侧线圈位置保持相对固定；位置检测模块识别次级侧线圈相对初级侧线圈的横向偏移、纵向偏移和轴线间的平面旋转角度，将四个探测线圈和陀螺仪安装在次级侧线圈上，通过探测磁场变化进行定位。
如图2和图3所示，以初级侧线圈中心为坐标原点建立坐标系XOYOZ，初级侧线圈与次级侧线圈的相对位置由(x，y，θ)表示，其中，x表示次级侧线圈中心的横坐标，y表示次级侧线圈中心的纵坐标，θ表示初级侧线圈相对于初级侧线圈的纵向偏移角；探测线圈位于次级侧线圈的四个边中心处，其中心距离次级侧线圈中心的距离为d；陀螺仪安装在次级侧线圈上，并零度角方向与次级侧线圈y保持方向一致，因此陀螺仪的的偏转角度代表着次级侧线圈相对于初级侧线圈的偏转角度，可直接测得，用θ表示；
包含角度的定位流程处理如下：
步骤1、构建初级侧线圈为中心的定位区域空间磁感应强度的二维数组；
以间隔1cm-5cm(本实施例中优选为2cm)对初级侧线圈的定位区域的磁感应强度进行实际采样，将采样结果以[采样点坐标，采样点坐标所对应的磁感应强度]的二维数组形式进行保存；采用函数插值法对磁场数据进行细分化处理，经过三次样条函数插值处理之后，可按步长为0.1cm存储定位区域内的所有点的磁场数据；具体采用Matlab插值函数“interp1”进行处理，可得到以初级侧线圈为中心的定位区域内的任一单位步长内点的磁场强度，本实施例中的单位步长为0.1cm。
步骤2、读取测量数据：当系统工作时，首先读取陀螺仪的数值θ0，其次读取第一、第二、第三、第四探测线圈的感应电压U1、U2、U3、U4，而探测线圈1～4的坐标可分别定义为(xm1，ym1)、(xm2，ym2)、(xm3，ym3)、(xm4，ym4)。
步骤3、求解初级侧线圈位置(x，y)：根据附图2可知，各探测线圈的位置坐标和次级侧线圈的位置坐标(x，y)满足下列关系：
Figure BDA0003206195680000041
根据电磁感应定律，空间中任一位置的探测线圈m上的感应电压的理论值Um，可由式(2)求得：
Figure BDA0003206195680000042
其中，D为次级侧线圈匝数，P为初级侧线圈匝数，BZ为当前积分点的磁感应强度的z轴分量，Ω为探测线圈所在区域(用圆心为(xm，ym，zm)，半径为rm的平行于XOY平面的圆的方程描述)，(xm，ym，zm)为探测线圈m的中心点，φm表示流过探测线圈m的磁通量。将上述方程进行离散化，即得到式(3)：
Figure BDA0003206195680000043
式中，Q为离散化单元的数量，由探测线圈面积决定；Sq为当前位置的探测线圈所在区域的第q个离散化单元的面积，q＝1，2，...，Q，P为初级侧线圈匝数，
Figure BDA0003206195680000044
为当前位置的探测线圈所在区域的第q个离散化单元的磁感应强度的z轴分量。本例中Sq为0.01平方厘米。
根据步骤1得到的以初级侧线圈为中心的定位区域内的任一单位步长内点的磁场强度、步骤2所测得的陀螺仪的数值和探测线圈的感应电压，求得某个位置的所对应的四个探测线圈的误差值ξ，
Figure BDA0003206195680000051
Figure BDA0003206195680000052
BZ为第q个离散化单元的磁感应强度的z轴分量；
寻找使得ξ最小的次级侧线圈位置(x，y)，且该位置的ξ满足式(4)：
ξ≤ε (4)
式中，ε为误差限值，可根据精度需要进行修改，本例中定义为0.4，此时的位置(x，y)即认为是次级侧线圈位置。
位置检测模块将计算得到的次级线圈所处的位置坐标发送给数据传输模块；所述数据传输模块将AGV物料配送车定位信息通过4G、5G或Wifi网络(本实施例采用5G网络)实时传输至后台管理主机系统。所述供电模块与位置检测模块和数据传输模块连接，用于提供电能。
数据传输模块接收的AGV物料配送车位置信息通过滤波器传输至后台管理主机系统，数据传输模块包括交换机和功率放大器，后台管理主机系统接受到AGV物料配送车传来的实时数据，再配合平台的大数据分析计算能力，对AGV物料配送车位置信息数据进行分析，分析后的信息直接发送给数据传输模块，完成对AGV物料配送车位置信息的实时把控，对充电AGV物料配送车管理工作有积极意义。
基于高速信息通信的AGV物料配送车定位系统的优点如下：
本发明提供了一种基于高速信息通信的AGV物料配送车定位系统，采用陀螺仪检测旋转角度，并结合算法修正了角度偏差的影响，提高定位系统性能，实现AGV物料配送车多自由度定位的同时将位置信息实时传输至后台管理主机系统，方便AGV物料配送车的充电管理。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于高速信息通信的AGV物料配送车定位系统，其特征在于，包括位置检测模块、数据传输模块、供电模块、滤波器和后台管理主机系统；所述位置检测模块包括初级侧线圈、四个探测线圈、次级侧线圈和陀螺仪，位置检测模块根据陀螺仪的偏转角度、探测线圈的感应电压获得次级侧线圈的位置坐标；位置检测模块将获取的次级侧线圈的位置坐标发送给数据传输模块，数据传输模块将次级侧线圈的位置坐标通过滤波器发送给后台管理主机系统，后台管理主机系统对AGV物料配送车的位置信息数据进行分析处理后直接发送回数据传输模块；所述供电模块为位置检测模块和数据传输模块提供电能；所述初级侧线圈设置在地面固定地点；所述四个探测线圈、次级侧线圈和陀螺仪固定在待定位AGV物料配送车上；所述数据传输模块包括交换机和功率放大器。
2.根据权利要求1所述的基于高速信息通信的AGV物料配送车定位系统，其特征在于，所述四个探测线圈安装在次级侧线圈上且与次级侧线圈位置保持相对固定，所述陀螺仪安装在次级侧线圈上，并与其保持方向一致，因此陀螺仪的偏转角即为次级侧线圈相对于初级侧线圈的纵向偏移角。
3.根据权利要求2所述的基于高速信息通信的AGV物料配送车定位系统，其特征在于，所述获取探测线圈在初级侧线圈的定位区域的采样电压的方法具体为：
以初级侧线圈中心为坐标原点建立直角坐标系XOYOZ，初级侧线圈与次级侧线圈的相对位置由(x，y，θ)表示，其中，x表示次级侧线圈的横坐标，y表示次级侧线圈的纵坐标，θ表示次级侧线圈相对于初级侧线圈的纵向偏移角；探测线圈位于次级侧线圈的四个边中心点，其距离次级侧线圈中心的距离为d。
4.根据权利要求3所述的基于高速信息通信的AGV物料配送车定位系统，其特征在于，所述次级侧线圈的位置坐标的获取方法具体为：
当次级侧线圈出现角度偏移时，读取陀螺仪的数值θ0，将第一、第二、第三、第四探测线圈的坐标分别记为(xm1，ym1)、(xm2，ym2)、(xm3，ym3)、(xm4，ym4)，即：
Figure FDA0003206195670000011
同时读取第一、第二、第三、第四探测线圈的感应电压U1、U2、U3、U4。
5.根据权利要求4所述基于高速信息通信的AGV物料配送车定位系统，其特征在于，采用间隔定点采样结合三次样条函数插值的方法获得以初级侧线圈为中心的定位区域内的任一单位步长内点的磁场强度。
6.根据权利要求5所述基于高速信息通信的AGV物料配送车定位系统，其特征在于，获得次级侧线圈的位置坐标的具体步骤为：
通过探测线圈坐标、以初级侧线圈为中心的定位区域内的任一单位步长内点的磁场强度和读取的第一、第二、第三、第四探测线圈的感应电压，获得某个位置的所对应的四个探测线圈的误差值ξ：
Figure FDA0003206195670000021
同时该位置的ξ满足ξ≤ε，ε为误差限值；其中，
Figure FDA0003206195670000022
为某一位置的探测线圈的理论值，Q为离散化单元的数量，由探测线圈面积决定；Sq为当前位置的探测线圈所在区域的第q个离散化单元的面积，q＝1，2，...，Q，P为初级侧线圈匝数，
Figure FDA0003206195670000023
为当前位置的探测线圈所在区域的第q个离散化单元的磁感应强度的z轴分量；
寻找使得ξ最小的(x，y)即为次级侧线圈位置。
7.根据权利要求1所述的基于高速信息通信的AGV物料配送车定位系统，其特征在于，所述数据传输模块的信息传输方式为4G、5G或WiFi传输。
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