一种基于超宽带和惯性导航技术的AGV定位系统及定位方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于超宽带和惯性导航技术的AGV定位系统及定位方法，系统包括主控模块，还包括分别与主控模块连接的电源模块、UWB模块、输入模块、伺服驱动器、IMU模块、Flash模块、DDR存储模块、通信模块；主控模块通过通信模块还与上位机连接，伺服驱动器与AGV的电机连接。该定位方法基于该定位系统进行定位，该系统和定位方法改善了AGV在室内运动过程中，因障碍物等环境问题以及时间积累产生的状态累积误差导致的定位精度低的缺点。该定位系统也避免了因环境问题产生的布线难得问题，从而使得AGV系统更加灵活可靠。

An AGV Positioning System and Method Based on UWB and Inertial Navigation Technology

The invention discloses an AGV positioning system and positioning method based on ultra-wideband and inertial navigation technology. The system includes a main control module, including power module, UWB module, input module, servo driver, IMU module, Flash module, DDR storage module and communication module connected with the main control module respectively. The main control module is also connected with the host computer through the communication module, and the servo drive module is also connected with the host computer. The device is connected with the motor of AGV. The positioning method is based on the positioning system. The system and positioning method improve the low positioning accuracy of AGV caused by environmental problems such as obstacles and cumulative state errors caused by time accumulation during indoor motion. This positioning system also avoids the rare wiring problems caused by environmental problems, which makes the AGV system more flexible and reliable.

【技术实现步骤摘要】
一种基于超宽带和惯性导航技术的AGV定位系统及定位方法
本专利技术涉及自动导引车（AGV）导航定位
，具体是一种基于超宽带和惯性导航技术的AGV定位系统及定位方法。
技术介绍
AGV作为智能移动机器人重要的分支，在很多领域得到了广泛的应用，因此具有相当大的工程意义与研究价值。近年来GPS被广泛应用于室外定位，然而由于GPS信号衰减、多路径效应以及复杂室内环境等因素制约，其难以胜任室内精确定位任务。随着科技的进步和居民生活的改善，人们对于室内定位服务的需求与日俱增，尤其是在诸如商场、展厅、智能仓储等工业领域。同室外定位技术相比，室内定位技术的发展依旧处于起步阶段。惯导定位具有自主导航、鲁棒性强的突出优点，然而惯性导航元件IMU的陀螺仪存在漂移，其随着时间而产生的累积定位误差需要实时进行校正。除此之外室内环境往往复杂，存在遮挡，UWB信号会反射和折射，从而导致非视距(NLOS)误差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种基于超宽带和惯性导航技术的AGV定位系统，该系统和定位方法改善了AGV在室内运动过程中，因障碍物等环境问题以及时间积累产生的状态累积误差导致的定位精度低的缺点。该定位系统也避免了因环境问题产生的布线难得问题，从而使得AGV系统更加灵活可靠。实现本专利技术目的的技术方案是：一种基于超宽带和惯性导航技术的AGV定位系统，包括主控模块，还包括分别与主控模块连接的电源模块、UWB模块、输入模块、伺服驱动器、IMU模块、Flash模块、DDR存储模块、通信模块；主控模块通过通信模块还与上位机连接，伺服驱动器与AGV的电机连接。所述的主控模块，是基于STM32F407VET6芯片的主控模块。所述的UWB模块，是基于收发芯片为DWM1000芯片的UWB模块，UWB模块包括UWB定位标签和固定基站，主控模块与UWB定位标签连接通信，UWB定位标签与固定基站连接通信，固定基站还与主控模块连接通信，固定基站设在待定位的室内环境中。所述的IMU模块，是基于MPU-9250芯片的IMU模块。所述的通信模块，采用贴片式的Wifi模组，与主控模块的芯片通过串口进行通信，从而使得主控模块的芯片更方便地对Wifi模组进行操作。所述的输入模块，为紧急按钮，便于AGV在定位导航过程中采取安全措施，控制AGV的启停。一种基于超宽带和惯性导航技术的AGV定位系统的定位方法，包括如下步骤：1）在AGV运行的环境中，设置室内固定基站；2）主控模块发送位置请求至UWB模块和IMU模块；3）UWB模块接收到请求后，具体工作为：将采集到的位置信号转化为射频信号发送至室内固定基站，基站对位置信息进行滤波计算后，将位置信息发送至主控模块；同时IMU模块接收到位置信息请求后，将采集到AGV位置数据通过自带的微处理器计算后发送至主控模块；4）主控模块将接收到的位置信息和数据存储至DDR存储模块中；5）上位机询问AGV位置信息时，主控模块调取DDR存储模块中存储的位置信息和数据通过通信模块发送至上位机；6）上位机对UWB模块和IMU模块采集的位置信息和数据，通过KF/EKF进行滤波计算融合，将融合后的定位数据通过通信模块，发送给主控模块，并由主控看通过CAN总线将融合后的定位数据发送给伺服驱动器来控制电机的转速，完成AGV车辆的导航定位和调度。本专利技术提供的一种基于超宽带和惯性导航技术的AGV定位系统及定位方法，该系统不需要使用传统的在地面上布线来进行AGV的导航定位，并采用模块化的设计方式使得系统运行更加稳定可靠，相比传统的AGV定位技术存在着极大的差异，改善了AGV在室内运动过程中，因障碍物等环境问题以及时间积累产生的状态累积误差导致的定位精度低的缺点。此外该定位系统也避免了因环境问题产生的布线难得问题，从而使得AGV系统更加灵活可靠。附图说明图1为本专利技术一种基于超宽带和惯性导航技术的AGV定位系统的结构框图；图2为本专利技术一种基于超宽带和惯性导航技术的AGV定位系统的工作流程图；图3为本专利技术的UWB模块的结构框图；图4为本专利技术所述的IMU模块的结构框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步阐述，但不是对本专利技术的限定。实施例：如图1所示，一种基于超宽带和惯性导航技术的AGV定位系统，包括主控模块，还包括分别与主控模块连接的电源模块、UWB模块、输入模块、伺服驱动器、IMU模块、Flash模块、DDR存储模块、通信模块；主控模块通过通信模块还与上位机连接，伺服驱动器与AGV的电机连接。所述的主控模块，是基于STM32F407VET6芯片的主控模块，该芯片可在电压允许的范围内稳定工作。所述的UWB模块，是基于收发芯片为DWM1000芯片的UWB模块，UWB模块包括UWB定位标签和固定基站，主控模块与UWB定位标签连接通信，UWB定位标签与固定基站连接通信，固定基站还与主控模块连接通信，固定基站设在待定位的室内环境中；UWB定位标签直接插在主控模块的主控板上，如图3所示，UWB定位标签将采集到位置信号转化为射频信号发送给室内固定基站，室内固定基站对位置信息进行简单的滤波计算后，发送至主控模块。所述的IMU模块，是基于MPU-9250芯片的IMU模块，带有SPI通信接口与主控模块通信，可以直接输出数据。如图4所示，IMU模块包括三轴加速度器、三轴陀螺仪及三轴磁力器三种传感器，带有SPI通信接口与主控模块通信，可以直接输出数据，此外它自身带有运动处理器，很大程度上可以减轻主控芯片的数字运算任务；IMU模块采集到AGV的相关姿态数据时，可以通过自身所带的微处理器将这些数据通过四元数/欧拉角，解算出AGV的坐标，然后将解算出的坐标发送到主控之中。所述的通信模块，采用贴片式的Wifi模组，与主控模块的芯片通过串口进行通信，从而使得主控模块的芯片更方便地对Wifi模组进行操作。所述的输入模块，为紧急按钮，便于AGV在定位导航过程中采取安全措施，控制AGV的启停。如图2所示，一种基于超宽带和惯性导航技术的AGV定位系统的定位方法，包括如下步骤：1）在AGV运行的环境中，设置室内固定基站；2）主控模块发送位置请求至UWB模块和IMU模块；3）如图3所示，UWB模块接收到请求后，UWB定位标签将采集到的位置信号转化为射频信号发送至室内固定基站，基站对位置信息进行滤波计算后，将位置信息发送至主控模块；同时IMU模块接收到位置信息请求后，将采集到AGV位置数据通过自带的微处理器计算后发送至主控模块；如图4所示，IMU模块是基于MPU-9250芯片的IMU模块，包括三轴加速度器、三轴陀螺仪及三轴磁力器三种传感器，带有SPI通信接口与主控模块通信，可以直接输出数据。此外它自身带有运动处理器，很大程度上可以减轻主控芯片的数字运算任务；IMU模块采集到AGV的相关姿态数据时，可以通过自身所带的微处理器将这些数据通过四元数/欧拉角，解算出AGV的坐标，然后将解算出的坐标发送到主控之中；4）主控模块将接收到的位置信息和数据存储至DDR存储模块中；5）上位机询问AGV位置信息时，主控模块调取DDR存储模块中存储的位置信息和数据通过通信模块发送至上位机；6）上位机对UWB模块和IMU模块采集的位置信息和数据，通过KF/EKF进行滤波计算融合，将融合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超宽带和惯性导航技术的AGV定位系统，其特征在于，包括主控模块，还包括分别与主控模块连接的电源模块、UWB模块、输入模块、伺服驱动器、IMU模块、Flash模块、DDR存储模块、通信模块；主控模块通过通信模块还与上位机连接，伺服驱动器与AGV的电机连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于超宽带和惯性导航技术的AGV定位系统，其特征在于，包括主控模块，还包括分别与主控模块连接的电源模块、UWB模块、输入模块、伺服驱动器、IMU模块、Flash模块、DDR存储模块、通信模块；主控模块通过通信模块还与上位机连接，伺服驱动器与AGV的电机连接。2.根据权利要求1所述的一种基于超宽带和惯性导航技术的AGV定位系统，其特征在于，所述的主控模块，是基于STM32F407VET6芯片的主控模块。3.根据权利要求1所述的一种基于超宽带和惯性导航技术的AGV定位系统，其特征在于，所述的UWB模块，是基于收发芯片为DWM1000芯片的UWB模块，UWB模块包括UWB定位标签和固定基站，主控模块与UWB定位标签连接通信，UWB定位标签与固定基站连接通信，固定基站还与主控模块连接通信，固定基站设在待定位的室内环境中。4.根据权利要求1所述的一种基于超宽带和惯性导航技术的AGV定位系统，其特征在于，所述的IMU模块，是基于MPU-9250芯片的IMU模块。5.根据权利要求1所述的一种基于超宽带和惯性导航技术的AGV定位系统，其特征在于，所述的通信模块，采用贴片式的Wifi...

【专利技术属性】
技术研发人员：匡兵，陈凤冉，孙毛毛，田春月，王翔龙，李永斌，陈彬彬，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45