一种磁导航AGV的高精度定位方法技术

本发明专利技术公开了一种磁导航AGV的高精度定位方法，极大的提高了磁导航AGV定位的精度以及稳定性，并且相比于其他磁导航方法，有着较高的灵活性，提高了磁导航小车的运行速度以及工作效率。本发明专利技术将扩展卡尔曼滤波与模糊控制相结合，不仅提高了磁导航小车的定位精度，并且在小车高速运行状态下，可以极大地提高小车的灵活性，提高此导航小车的工作效率，以满足高精度，高速度的场合需要。

A High Precision Location Method for Magnetic Navigation AGV

【技术实现步骤摘要】
一种磁导航AGV的高精度定位方法
本专利技术涉及磁导航
，具体为一种磁导航AGV的高精度定位方法。
技术介绍
磁导航技术广泛应用在AGV领域，以磁导航为技术主体的AGV凭借其较高的定位精度，较高的灵活性，广泛应用在物流运输等领域。磁导航技术主要满足AGV路径引导以及小车定位的需求，但磁导航方法有着许多弊端，例如小车在高速运动过程中，会出现累计误差，以及小车的稳定性会极大地降低。
技术实现思路
本专利技术提出了一种全新的定位方法，极大的提高了磁导航AGV定位的精度以及稳定性，并且相比于其他磁导航方法，有着较高的灵活性，提高了磁导航小车的运行速度以及工作效率。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种磁导航AGV的高精度定位方法，包括以下步骤：步骤一：建立磁导航小车的运动学模型：首先安装圆柱形小磁铁，然后在磁导航小车上安装霍尔效应传感器，传感器通过测量磁通量密度以及磁偶极电位，测量小磁铁与传感器之间的相对位置；步骤二：建立隶属度函数和模糊控制规则：模糊控制的两个输入参数为de和θe，分别是小车当前位置与期望路径的横向偏差以及角度偏差；步骤三：基于扩展卡尔曼滤波算法的误差纠正：扩展卡尔曼滤波有预测和更新两个过程，根据上一时刻的状态量xk-1，控制输入量uk-1，噪声干扰量wk-1，来计算出下一时刻的状态量，此步骤包括以下四个过程：过程一：预测磁导航小车下一时刻位置；过程二：计算错误协方差矩阵；过程三：观测和匹配过程；过程四：评估过程。优选的，所述步骤一中，磁导航小车质心的线速度以及角速度计算公式如下所示：通过时间迭代的方法计算磁导航小车的位移公式：Δxc＝vc·cosθc·TΔyc＝vc·sinθc·TΔθc＝ωc·T总计算公式如下：优选的，所述步骤一中，测量小磁铁与传感器之间的相对位置所用公式如下：其中，U,By,Bx,Bz，由霍尔效应传感器测得，然后计算出磁导航小车相对于磁铁的位置坐标：x,y,z。优选的，所述步骤二的模糊控制规则如下所示：(1)如果de和θe都为零，则导航速度设置为高速模式，即：如果θe＝Z,de＝Z，则θ＝Z,vs＝Z；(2)如果θe为左小，de为左近，则θ为右小，vs为右低速，即：如果θe＝LS,de＝LN，则θ＝RS,vs＝RS；(3)如果θe为又大，de为右远，则θ为左大，vs为左高速，即：如果θe＝RL,de＝RF，则θ＝LB,vs＝LF。优选的，所述步骤三中，计算出下一时刻的状态量所用公式如下：f(xk)＝f(xk-1,uk-1,wk-1)，对于磁导航小车，控制输入量为vc，ωc，则：通过小磁块计算小车的当前位置，其中ηθ为霍尔效应传感器的测量噪声，则：zk＝h(xk,ηθ)。优选的，所述步骤三中，过程一所用公式为：优选的，所述步骤三中，过程二所用公式为：其中Q为协方差矩阵，Ak，Bk为雅可比矩阵，优选的，所述步骤三中，过程三所用公式为：其中表示霍尔传感器计算的磁导航小车位置与编码器预测的小车位置之间的偏差值。Sk为协方差矩阵。优选的，所述步骤三中，过程四所用公式为：与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了一种高精度，高灵活性的磁导航方法，将扩展卡尔曼滤波与模糊控制相结合，不仅提高了磁导航小车的定位精度，并且在小车高速运行状态下，可以极大地提高小车的灵活性，提高此导航小车的工作效率，以满足高精度，高速度的场合需要。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为磁导航小车运动学模型图；图3为磁导航小车角度误差θ_e的隶属度函数图；图4为磁导航小车水平距离误差d_e的隶属度函数图；图5为磁导航小车角速度的隶属度函数图；图6为磁导航小车线速度的隶属度函数图；图7为线速度的模糊控制规则图；图8为角速度的模糊控制规则图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-8，本专利技术提供一种技术方案：一种磁导航AGV的高精度定位方法，包括以下步骤：步骤一：建立磁导航小车的运动学模型：首先安装圆柱形小磁铁，然后在磁导航小车上安装霍尔效应传感器，传感器通过测量磁通量密度以及磁偶极电位，测量小磁铁与传感器之间的相对位置，磁导航小车运动学模型如图2所示。这其中，磁导航小车质心的线速度以及角速度计算公式如下所示：通过时间迭代的方法计算磁导航小车的位移公式：Δxc＝vc·cosθc·TΔyc＝vc·sinθc·TΔθc＝ωc·T总计算公式如下：测量小磁铁与传感器之间的相对位置所用公式如下：其中，U,By,Bx,Bz，由霍尔效应传感器测得，然后计算出磁导航小车相对于磁铁的位置坐标：x,y,z。；步骤二：建立隶属度函数和模糊控制规则：由于里程计或者编码器的计算会产生累计偏差值，所以需要修正偏差值让磁导航小车可以快速地精确地追踪到目标，模糊控制的两个输入参数为de和θe，分别是小车当前位置与期望路径的横向偏差以及角度偏差，模糊控制规则如下所示：(1)如果de和θe都为零，则导航速度设置为高速模式，即：如果θe＝Z,de＝Z，则θ＝Z,vs＝Z；(2)如果θe为左小，de为左近，则θ为右小，vs为右低速，即：如果θe＝LS,de＝LN，则θ＝RS,vs＝RS；(3)如果θe为又大，de为右远，则θ为左大，vs为左高速，即：如果θe＝RL,de＝RF，则θ＝LB,vs＝LF；图3显示磁导航小车角度误差θ_e的隶属度函数，其中字母表示含义为：LL:左大，LS:左小，ZE：零正，RS：右小，RL：右大；图4显示磁导航小车水平距离误差d_e的隶属度函数，其中字母表示含义为：LF:左远，LN:左近，MD：零中，RN：右近，RF：右远；图5显示磁导航小车角速度的隶属度函数，其中字母表示含义为：LB:左大，LS:左小，Z：零正，RS：右小，RB：右大；图6显示磁导航小车线速度的隶属度函数，其中字母表示含义为：LF:左快，LS:左慢，Z：零正，RS：右慢，RF：右快；图7和图8分别为线速度和角速度的模糊控制规则。通过以上方式建立隶属度函数和模糊控制规则，极大地提高了磁导航小车的速度和稳定性，并在此基础上提高了小车的工作效率。步骤三：基于扩展卡尔曼滤波算法的误差纠正：由于磁导航小车的打滑以及编码器的累计误差导致定位的不精确，故提出一种扩展卡尔曼滤波算法，提高小车的定位精度，满足高精度场合的需要，扩展卡尔曼滤波有预测和更新两个过程，根据上一时刻的状态量xk-1，控制输入量uk-1，噪声干扰量wk-1，来计算出下一时刻的状态量，计算出下一时刻的状态量所用公式如下：f(xk)＝f(xk-1,uk-1,wk-1)，对于磁导航小车，控制输入量为vc，ωc，则：通过小磁块计算小车的当前位置，其中ηθ为霍尔效应传感器的测量噪声，则：zk＝h(xk,ηθ)，此步骤包括以下四个过程：过程一：预测磁导航小车下一时刻位置，所用公式为：过程二：计算错误协方差矩阵，所用公式为：其中Q为协方差矩阵，Ak，Bk为雅可比矩阵，过程三：观测和匹配过程，所用公式为：其中表示霍尔传感器计算的磁导航小车位置与编码器预测的小车位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁导航AGV的高精度定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：建立磁导航小车的运动学模型：首先安装圆柱形小磁铁，然后在磁导航小车上安装霍尔效应传感器，传感器通过测量磁通量密度以及磁偶极电位，测量小磁铁与传感器之间的相对位置；步骤二：建立隶属度函数和模糊控制规则：模糊控制的两个输入参数为de和θe，分别是小车当前位置与期望路径的横向偏差以及角度偏差；步骤三：基于扩展卡尔曼滤波算法的误差纠正：扩展卡尔曼滤波有预测和更新两个过程，根据上一时刻的状态量xk‑1，控制输入量uk‑1，噪声干扰量wk‑1，来计算出下一时刻的状态量，此步骤包括以下四个过程：过程一：预测磁导航小车下一时刻位置；过程二：计算错误协方差矩阵；过程三：观测和匹配过程；过程四：评估过程。

【技术特征摘要】
1.一种磁导航AGV的高精度定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：建立磁导航小车的运动学模型：首先安装圆柱形小磁铁，然后在磁导航小车上安装霍尔效应传感器，传感器通过测量磁通量密度以及磁偶极电位，测量小磁铁与传感器之间的相对位置；步骤二：建立隶属度函数和模糊控制规则：模糊控制的两个输入参数为de和θe，分别是小车当前位置与期望路径的横向偏差以及角度偏差；步骤三：基于扩展卡尔曼滤波算法的误差纠正：扩展卡尔曼滤波有预测和更新两个过程，根据上一时刻的状态量xk-1，控制输入量uk-1，噪声干扰量wk-1，来计算出下一时刻的状态量，此步骤包括以下四个过程：过程一：预测磁导航小车下一时刻位置；过程二：计算错误协方差矩阵；过程三：观测和匹配过程；过程四：评估过程。2.根据权利要求1所述的一种磁导航AGV的高精度定位方法，其特征在于：所述步骤一中，磁导航小车质心的线速度以及角速度计算公式如下所示：通过时间迭代的方法计算磁导航小车的位移公式：Δxc＝vc·cosθc·TΔyc＝vc·sinθc·TΔθc＝ωc·T总计算公式如下：3.根据权利要求1所述的一种磁导航AGV的高精度定位方法，其特征在于：所述步骤一中，测量小磁铁与传感器之间的相对位置所用公式如下：其中，U,By,Bx,Bz，由霍尔效应传感器测得，然后计算出磁导航小车相对于磁铁的位置坐标：x,y,z。4.根据权利要求1所述的一种磁导航AGV的高精度定位方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁旭，
申请(专利权)人：科罗玛特自动化科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32