一种基于PSD测距的AGV精确定位方法技术

一种基于PSD测距的AGV精确定位方法如下：(1)采用视觉导引方式，使AGV的定位精度达到±10mm以内；(2)AGV粗定位完成后，利用PSD测距，测得两个基准点坐标，从而根据直线方程确定AGV当前横向和纵向的偏移距离和偏斜角度，得到AGV的当前位姿；(3)AGV当前姿态和目标姿态作为输入，建立AGV的运动方程，计算AGV的偏航角度、旋转角度；(4)通过麦克纳姆轮AGV的全向运动(向前、向后直行，向左、向右横移，任意角度斜行，0回转半径原地旋转及上述运动的组合)，实现AGV的姿态调整；(5)AGV姿态调整过程中，实时解算AGV的位姿，直至定位精度达到±0.3mm为止。本发明专利技术的定位精度高，计算简单，工程实现容易。

An accurate location method of AGV based on PSD ranging

A AGV precise positioning method based on PSD location is as follows: (1) using visual navigation, the positioning accuracy of AGV was achieved within 10mm; (2) AGV coarse positioning is completed, using the PSD measure, measured two basis point coordinates, to determine the AGV horizontal and vertical offset and deflection angle according to the linear equation, AGV's current position; (3) AGV the attitude and attitude of the target as input, the motion equation of AGV, yaw angle and calculating AGV rotation angle; (4) the omnidirectional motion Mecanum wheel AGV (forward and back straight, left and right lateral, arbitrary angle oblique 0, the radius of gyration and the spin motion, adjust AGV combination) attitude; (5) the AGV attitude adjustment process, pose real-time solution of AGV, until the positioning accuracy of 0.3mm. The invention has the advantages of high positioning accuracy, simple calculation and easy engineering realization.

【技术实现步骤摘要】
一种基于PSD测距的AGV精确定位方法
本专利技术涉及一种基于PSD测距的AGV精确定位方法，涉及机械工程、电子工程领域中的检测、定位、调姿等。
技术介绍
AGV是柔性制造系统的重要组成部分，在生产过程自动化和智能化方面有着缺一不可的重要作用，尤其是在离散制造型企业，完成多线路间不定点多个工位的即时自动搬运，实现制造业的自动化，进行加工、装配等，所以AGV定位精度的高低，直接影响产品的加工和装配精度，影响产品的特性。目前AGV导航定位方式有：惯性定位、视觉定位、激光定位、GPS定位、光电定位等，定位精度较低，无法满足精密制造、装配等领域对AGV定位精度的要求。定位精度最高为±5mm，为对AGV的粗定位。完全依靠AGV粗定位，存在定位误差较大的问题，达不到加工和装配指标的情况，无法满足某些对定位精度要求较高的使用要求。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种基于PSD测距的AGV精确定位方法，用于解决现有技术中AGV定位精度低的问题。本专利技术解决的技术方案为：一种基于PSD测距的AGV精确定位方法，其特征在于步骤如下：(1)在自动导引运输车AGV(AutomatedGuidedVehicle)底盘安装两个位置敏感检测器PSD(PositionSensitivedetector)，并分别建立AGV坐标系和PSD坐标系；(2)在需要对AGV进行精确定位的工位处，安装两个激光发射仪；(3)采用视觉导引方式，使AGV的中心相对于步骤(2)需要对AGV进行精确定位的工位中心的定位精度达到±10mm以内，完成AGV粗定位；(4)在步骤(3)AGV粗定位完成后，步骤(2)的两个激光发射仪发出的激光束，分别照射在步骤(1)所述的两个PSD的光敏面上形成两个光点，AGV实时采集两个光点分别在两个PSD坐标系o1-x1y1、o2-x2y2下的坐标(x1,y1)，(x2,y2)；(5)根据步骤(4)获得的光点的坐标(x1,y1)，(x2,y2)，确定AGV的当前位姿，包括当前工位坐标系相对于AGV坐标系的偏斜角度、工位坐标系原点相对于AGV坐标系的原点在x方向和y方向的偏移距离；(6)将步骤(5)获得的AGV的当前位姿与目标位姿对比，目标位姿为：AGV当前偏斜角度为0°、横向和纵向的偏移距离也均为0mm，通过基于麦克纳姆轮的AGV的全向运动，实时AGV位姿的调整；(7)AGV位姿调整过程中，实时解算AGV的当前位姿，直至定位精度达到±0.3mm，精确定位完成。所述的步骤(1)中的PSD为二维PSD，光敏面为其重要组成部分，外部的两个激光发射仪发射的两个激光束能够分别照射至两个二维PSD的光敏面上形成两个光点，两个二维PSD能够分别测得自己光敏面上的光点的x坐标和y坐标。AGV底盘所在的平面平行于承载AGV的地面，PSD的光敏面与AGV底盘所在平面平行，朝向地面安装，激光束垂直于承载AGV的地面，则激光束垂直于光敏面。AGV运动过程中，两个PSD之间的相对位置保持不变。坐标系建立如下：两个PSD的坐标系o1-x1y1、o2-x2y2与AGV的坐标系oa-xaya均为平面直角坐标系，两个PSD的坐标系所在的平面均与AGV的坐标系所在的平面平行，AGV的坐标系原点位于底盘中心,AGV的坐标系和两个PSD坐标系的y轴正方向指向AGV的前进方向，3个坐标系的X轴在一条直线上，指向AGV前进方向的右侧，且两个PSD坐标系的坐标原点分别为两个PSD光敏面的中心，且以AGV坐标系的Y轴为对称轴，对称分布。所述步骤(2)中的激光发射仪安装在需要对AGV进行精确定位的工位处，以地面为坐标平面，以该工位的中心为坐标原点，垂直工位向右为X轴，建立工位坐标系og-xgyg，工位坐标系为平面直角坐标系。安装激光发射仪时，使两个激光发射仪的激光发射方向均垂直地面向上且激光束的反向延长线与工位坐标系的X轴相交，两个交点以工位坐标系的Y轴为对称轴，对称分布，且交点与工位坐标系的Y轴的距离与PSD坐标系的坐标原点与AGV坐标系的Y轴的距离相等。两个激光束分别垂直照射在两个PSD的光敏面上，各形成一个激光点，且两激光束中心点间的距离与两个PSD光敏面的中心距相同。所述步骤(3)中的视觉导引方式为：需要对AGV进行精确定位的工位处设置粗定位标识，粗定位标识为与工位坐标系的X轴平行，且与AGV的理想定位位置处停车时，朝向粗定位标识的车体端面之间距离为400mm。在AGV停到工位后AGV坐标系的x轴与工位坐标系og-xgyg的该条直线形成的夹角为AGV当前偏斜角度，AGV的前方、后方、左侧和右侧四个方向的中心位置处各安装一套视觉定位系统；根据运动指令，AGV定位方向的视觉定位系统能够拍摄到AGV停止线，且停止线与AGV端面之间的距离在395mm到405mm之间，且停止线与AGV坐标系的X轴或Y轴(与车头方向有关)之间夹角在-0.5°～0.5°之间时粗定位完成。所述步骤(5)中需要对AGV进行精确定位工位处对AGV的车头方向有要求，车头方向必须固定，以AGV的理论车头方向与工位坐标系的Y轴平行为例进行说明，AGV的当前位姿确定过程如下：1)将PSD坐标系下的两个光点坐标(x1,y1)，(x2,y2)转换到AGV坐标系下，分别为(x1-a,y1)，(x2+a,y2)：其中，a为每个PSD坐标系的坐标原点与AGV坐标系的坐标原点之间的距离；2)利用AGV坐标系下的光点坐标值(x1-a,y1)，(x2+a,y2)，计算AGV当前的位姿，即计算AGV当前偏斜角度、AGV坐标系原点相对于工位坐标系的原点在x方向和y方向的偏移距离；AGV的当前偏斜角度为：α＝arctan(k)其中k为直线的斜率，且x2-x1+2a≠0工位坐标系原点相对于AGV坐标系的原点在x方向偏移距离，即AGV的横向偏移距离为：工位坐标系原点相对于AGV坐标系的原点在y方向偏移距离，即AGV的纵向偏移距离为：所述步骤(6)和(7)中的位姿调整过程即为确定AGV的旋转方向和运动方向并执行相应动作的过程，AGV位姿调整过程中，AGV的运动速度在0.2mm/s到1mm/s之间，旋转速度在0.3°/s到1°/s之间，防止位姿调整过程中的超调震荡。精确定位过程中工位坐标系原点相对于AGV坐标系的原点在x方向和y方向的偏移距离x和y满足:x2+y2≤0.32时，则停止AGV的运动，精确定位完成,定位精度达到±0.3mm。本专利技术中将AGV的运动方向和AGV车头方向之间的夹角记为AGV的偏航角度，偏航角度取值范围为[0°,360°)。AGV向前方即AGV车头方向运动时，偏航角度为0°。计算AGV偏航角度的步骤如下：1)若x＝0，则AGV需沿AGV坐标系的y方向运动，即AGV应向前方或后方运动。若此时y>0，则AGV的偏航角度为β＝0°，即AGV应向前运动；若此时y<0，则AGV的偏航角度为β＝180°，即AGV应向后运动；若此时y＝0，则满足，x2+y2≤0.32AGV精确定位完成，无需再调整。2)若x>0，则AGV的偏航角度为3)若x<0，则AGV的偏航角度为计算AGV旋转方向的步骤如下：4)若k>0，则AGV应逆时针旋转；5)若k<0，则AGV应顺时针旋转；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于PSD测距的AGV精确定位方法，其特征在于步骤如下：(1)在自动导引运输车AGV底盘安装两个位置敏感检测器PSD，并分别建立AGV坐标系和PSD坐标系；(2)在需要对AGV进行精确定位的工位处，安装两个激光发射仪；(3)采用视觉导引方式，使AGV的中心相对于步骤(2)需要对AGV进行精确定位的工位中心的定位精度达到±10mm以内，完成AGV粗定位；(4)在步骤(3)AGV粗定位完成后，步骤(2)的两个激光发射仪发出的激光束，分别照射在步骤(1)所述的两个PSD的光敏面上形成两个光点，AGV实时采集两个光点分别在两个PSD坐标系o

【技术特征摘要】
1.一种基于PSD测距的AGV精确定位方法，其特征在于步骤如下：(1)在自动导引运输车AGV底盘安装两个位置敏感检测器PSD，并分别建立AGV坐标系和PSD坐标系；(2)在需要对AGV进行精确定位的工位处，安装两个激光发射仪；(3)采用视觉导引方式，使AGV的中心相对于步骤(2)需要对AGV进行精确定位的工位中心的定位精度达到±10mm以内，完成AGV粗定位；(4)在步骤(3)AGV粗定位完成后，步骤(2)的两个激光发射仪发出的激光束，分别照射在步骤(1)所述的两个PSD的光敏面上形成两个光点，AGV实时采集两个光点分别在两个PSD坐标系o1-x1y1、o2-x2y2下的坐标(x1,y1)，(x2,y2)；(5)根据步骤(4)获得的光点的坐标(x1,y1)，(x2,y2)，确定AGV的当前位姿，包括当前工位坐标系相对于AGV坐标系的偏斜角度、AGV坐标系下工位坐标系原点相对于AGV坐标系的原点在x方向和y方向的偏移距离；(6)将步骤(5)获得的AGV的当前位姿与目标位姿对比，目标位姿为：AGV当前偏斜角度为0°、横向和纵向的偏移距离也均为0mm，通过基于麦克纳姆轮的AGV的全向运动，实时调整AGV的位姿；(7)AGV位姿调整过程中，实时解算AGV的当前位姿，直至定位精度达到±0.3mm，精确定位完成。2.根据权利要求1所述的一种基于PSD测距的AGV精确定位方法，其特征在于：所述的步骤(1)中的PSD为二维PSD，二维PSD包括光敏面，外部的两个激光发射仪发射的两个激光束能够分别照射至两个二维PSD的光敏面上形成两个光点，两个二维PSD能够分别测得各自光敏面上的光点在各自PSD坐标系下的x坐标和y坐标，AGV底盘所在的平面平行于承载AGV的地面，PSD的光敏面与AGV底盘所在平面平行，且朝向地面安装，激光束垂直于承载AGV的地面，则激光束垂直于光敏面，AGV运动过程中，两个PSD之间的相对位置保持不变，坐标系建立如下：两个PSD的坐标系o1-x1y1、o2-x2y2与AGV的坐标系oa-xaya均为平面直角坐标系，两个PSD的坐标系所在的平面均与AGV的坐标系所在的平面平行，AGV的坐标系原点位于底盘中心,AGV的坐标系和两个PSD坐标系的y轴正方向指向AGV的前进方向，3个坐标系的X轴在一条直线上，指向AGV前进方向的右侧，且两个PSD坐标系的坐标原点分别为两个PSD光敏面的中心，且以AGV坐标系的Y轴为对称轴，对称分布。3.根据权利要求1所述的一种基于PSD测距的AGV精确定位方法，其特征在于：所述步骤(2)中的激光发射仪安装在需要对AGV进行精确定位的工位处，以地面为坐标平面，以该工位的中心为坐标原点，垂直工位向右为X轴，建立工位坐标系og-xgyg，工位坐标系为平面直角坐标系，安装激光发射仪时，使两个激光发射仪的激光发射方向均垂直地面向上且激光束的反向延长线与工位坐标系的X轴相交，两个交点以工位坐标系的Y轴为对称轴，对称分布，且交点与工位坐标系的Y轴的距离与PSD坐标系的坐标原点与AGV坐标系的Y轴的距离相等，两个激光束分别垂直照射在两个PSD的光敏面上，各形成一个激光点，且两激光束中心点间的距离与两个PSD光敏面的中心距相同。4.根据权利要求1所述的一种基于PSD测距的AGV精确定位方法，其特征在于：所述步骤(3)中的视觉导引方式为：需要对AGV进行精确定位的工位处设置粗定位标识，粗定位标识为一条与工位坐标系的X轴平行的线，AGV在理想定位位置处停车时，粗定位标识与朝向粗定位...

【专利技术属性】
技术研发人员：于荣荣，刘净瑜，漆嘉林，王颜，张仰成，张加波，张文捷，刘鑫，
申请(专利权)人：北京卫星制造厂，
类型：发明
国别省市：北京,11