一种基于激光测距的移动平台跟踪方法技术

本发明专利技术公开了一种基于激光测距的移动平台跟踪方法,主要装置包括激光测距单元、被跟踪移动平台和主移动平台。激光测距单元由三个激光位移传感器和一块定制反光板组成，激光位移传感器安装在跟踪平台的前端面，定制反光板安装在被跟踪平台的后端面，利用激光TOF方式测量被跟踪移动平台的位姿信息。本发明专利技术的优点在于：1)测量精度高，反应快速，成本低，具有较高的适应性。2)既可以保证主移动平台运动的连续性，也可以保证跟踪的准确性。3)在两个移动平台初始位置确定的前提下，主平台可在场地环境、被跟踪平台运动状态都未知的情况下进行精确运动。4)老旧AGV改造简单，工程实际协同场景中，应用前景广泛。应用前景广泛。应用前景广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光测距的移动平台跟踪方法


[0001]本专利技术涉及一种应用于航空制造领域的基于激光测距的移动平台跟踪方法，其属于航空制造领域。

技术介绍

[0002]在工业4.0的背景下，无人工厂不仅解放了人工劳动力，而且使生产效率大幅度提高，是未来制造业工厂的一种发展方向。在无人工厂的自动化转站和物料运输中，基于各种导航方式的AGV有着广泛的应用。在AGV技术迅速发展的今天，多移动平台协同完成单次行驶任务、基于新旧技术的移动平台共存以及临时调度其他车间移动平台的现象广泛存在，在上述过程中出现了多移动平台运行干涉、基于旧技术的移动平台无法满足运行的精度要求、临时调度的移动平台对于现场环境未知等问题，需要一种简单便捷的移动平台跟踪方法实现双移动平台的高精度协同作业和对老旧移动平台的精度升级。
[0003]因此，利用激光位移传感器和定制反光板，设计了一种基于激光测距的移动平台跟踪方法。该方法装置简单，使得主移动平台在环境未知的情况下完成对被跟踪移动平台的高精度跟踪，当老旧移动平台安装激光位移传感器并对高精度移动平台进行跟踪行驶时，也完成了一次精度升级。

技术实现思路

[0004]本专利技术公开了一种基于激光测距的移动平台跟踪方法,其主要装置包括激光测距单元、被跟踪移动平台和主移动平台。激光测距单元由三个激光位移传感器和一块定制反光板组成，激光位移传感器安装在主移动平台的前端面，定制反光板安装在被跟踪平台的后端面，对被跟踪移动平台的二维位姿在进行测量。被跟踪移动平台为前车，以一定方式运动，主移动平台为后车，需要跟随前车协同运动。本专利技术的跟踪方法为：主移动平台通过不断获取激光位移传感器的实测值,计算出被跟踪移动平台的相对位姿，并结合传感器测量频率计算出前车速度矢量，实现主移动平台对被跟踪移动平台的精确跟踪。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种基于激光测距的移动平台跟踪方法，其包含以下步骤：
[0006]1.1.安装激光测距单元。两车协同标定时，被跟踪平台处于静止状态，根据激光测距单元的数值，调整主移动平台使两车位姿处于目标初始位姿。
[0007]1.2.两车协同运动时，根据激光测距单元数值计算被跟踪移动平台的位姿。
[0008]1.3.主移动平台依据被跟踪移动平台位姿变化，解算被跟踪平台运动速度，依据速度调整自身运动状态以实现跟踪功能。
[0009]2.一种基于激光测距的移动平台跟踪方法，所述步骤1.1包括以下内容：
[0010]2.1.在主移动平台前端面上安装三个激光位移传感器，依次记为激光传感器1、2、3，激光传感器之间的间距分别为L1‑2、L2‑3，激光发射方向与航向平行。
[0011]2.2.在被跟踪移动平台后端面安装定制反光板，其由三个激光传感器的接收面构成，其中两个接收面与航向垂直，另一个接收面与地面垂直，且与其余两面夹角为θ。激光位
移传感器用于测量主移动平台前端面与三个接收面之间的距离，并将其发送至控制中心作为跟踪依据。
[0012]2.3.在运动的初始位置，被跟踪平台处于静止状态，调整主移动平台位姿，使三个接收面分别处于对应激光传感器的测量范围内。
[0013]根据激光测距单元的数值，调整主移动平台位姿，设置主移动平台调整阈值，即认为当调整后的移动平台的位姿与目标位姿的误差在此阈值范围内时初始定位完成。两平台的目标位姿关系为两平台航向平行、中轴线重合、航向间距为设定值。即令三个激光位移传感器数值L1，L2，L3满足：
[0014]|L1‑
L3|≤E1ꢀꢀꢀ
(19)
[0015][0016][0017]其中E1、E2、E3为平台调整阈值，L为两平台初始纵向间距，A为激光器2的光线与反光段交界处的初始横向距离。记此时被跟踪移动平台横向位姿分量X＝0，纵向位姿分量Y＝0，航向位姿
[0018]3.一种基于激光测距的移动平台跟踪方法，所述步骤1.2包括以下内容：
[0019]3.1.当被跟踪移动平台位姿发生变化时，激光位移传感器1、2、3的数值变化为l1，l2，l3，主移动平台的运动控制单元需要获得的数据为被跟踪平台的横向位姿分量X、纵向位姿分量Y以及航向角位姿
[0020]3.2.其中航向角位姿可由公式(22)得到。
[0021][0022]3.3.首先讨论横向位姿分量与纵向位姿分量都为0时的情况，记此时激光位移传感器2的数值为l
′2。
[0023][0024]当横向位姿分量X和纵向位姿分量Y不为0时，构造辅助三角形
△
ABC、
△
DEF进行求解。在
△
DEF中，点F为l
′2的延长线与中段反光面的交点，纵向位姿分量Y＝l
FG
，l
EF
⊥
l
FG
，横向位姿分量X＝l
EF
。点D在反光面上，为激光器2的实际照射点，l
DE
⊥
l
EF
。l
DE
＝l2‑
l
′2‑
Y，
[0025]在
△
ABC中，点B为l
′2的延长线与两端反光面所在平面的交点，点A与点C位于l
DE
的延长线上，l
AC
⊥
l
AB
，l
AC
＝L+Y
‑
(l2+l
CD
)，
[0026]由辅助
△
ABC和
△
DEF可列公式(24)和(25)。
[0027][0028][0029]联立公式(24)和(25)，未知数数量等于独立方程数，有如下唯一解。
[0030][0031][0032]4.一种基于激光测距的移动平台跟踪方法，所述步骤1.3包括以下内容：
[0033]4.1.记激光位移传感器的测量频率为f，则两次相邻测量的间隔时间为结合两次测量的被跟踪移动平台的位姿差值ΔX、ΔY、可以通过公式(28)～(30)得到前车在二维平面内的速度矢量，即三个速度分量V
x
、V
y
、w。
[0034][0035][0036][0037]4.2.为了提高精度，运动开始后，选取n1个连续的测量周期的V
x
、V
y
、w求得均值记n1个连续的测量周期结束时被跟踪移动平台位姿为X1、Y1、通过公式(31)～(33)推测经过n1·
n2·
T后被跟踪移动平台的位姿X
′1、Y
′1、
[0038][0039][0040][0041]其中n1、n2为设定值，n1＜10，n2＞10n1，n1，n2∈N
+
。
[0042]4.3.根据公式(34)～(36)计算得到主移动平台此时需要的行驶速度4.3.根据公式(34)～(36)计算得到主移动平台此时需要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光测距的移动平台跟踪方法，其特征在于其包含以下步骤：1.1.安装激光测距单元，两车协同标定时，被跟踪平台处于静止状态，根据激光测距单元的数值，调整主移动平台使两车位姿处于目标初始位姿；1.2.两车协同运动时，根据激光测距单元数值计算被跟踪移动平台的位姿；1.3.主移动平台依据被跟踪移动平台位姿变化，解算被跟踪平台运动速度，依据速度调整自身运动状态以实现跟踪功能。2.根据权利要求1所述的一种基于激光测距的移动平台跟踪方法，其特征在于所述步骤1.1包括以下内容：2.1.在主移动平台前端面上安装三个激光位移传感器，依次记为激光传感器1、2、3，激光传感器之间的间距分别为L1‑2、L2‑3，激光发射方向与航向平行；2.2.在被跟踪移动平台后端面安装定制反光板，其由三段激光传感器的接收面构成，其中两个接收面与航向垂直，另一个接收面与地面垂直，且与其余两面夹角为θ。激光位移传感器用于测量主移动平台前端面与三个接收面之间的距离，并将其发送至控制中心作为跟踪依据；2.3.在两车协同标定时，被跟踪平台处于静止状态，调整主移动平台位姿，使三个接收面分别处于对应激光传感器的测量范围内；根据激光测距单元的数值，调整主移动平台位姿，设置主移动平台调整阈值，即认为当调整后的移动平台的位姿与目标位姿的误差在此阈值范围内时初始定位完成。两平台的目标位姿关系为两平台航向平行、中轴线重合、航向间距为设定值。即令三个激光位移传感器数值L1，L2，L3满足：|L1‑
L3|≤E1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)(1)其中E1、E2、E3为平台调整阈值，L为两平台初始纵向间距，A为激光器2的光线与反光段交界处的初始横向距离。记此时被跟踪移动平台横向位姿分量X＝0，纵向位姿分量Y＝0，航向位姿3.根据权利要求2所述的一种基于激光测距的移动平台跟踪方法，其特征在于所述步骤1.2包括以下内容：3.1.当被跟踪移动平台位姿发生变化时，激光位移传感器1、2、3的数值变化为l1，l2，l3，主移动平台的运动控制单元需要获得的数据为被跟踪移动平台的横向位姿分量X、纵向位姿分量Y以及航向角位姿3.2.其中航向角位姿可由公式(4)得到；3.3.首先讨论横向位姿分量与纵向位姿分量都为0时的情况，记此时激光器2的光线在反光板上的照射点为点G，其数值为l
′2；
当横向位姿分量X和纵向位姿分量Y不为0时，在二维平面内构造辅助三角形ΔABC、ΔDEF进行位姿求解。在ΔDEF中，点F为l
′2的延长线与中段反光面的交点，延长段l
FG
为纵向位姿分量Y，l
EF
为横向位姿分量X，l
EF
⊥
l
FG
。点D在反光面上，为激光器2的实际照射点，l
DE
⊥
l
EF

【专利技术属性】
技术研发人员：李泷杲，黄翔，齐凯，李根，曾琪，黄智超，周蒯，楼佩煌，钱晓明，
申请(专利权)人：南京航空航天大学苏州研究院，
类型：发明
国别省市：