一种基于磁偶极子模型的磁性标记物定位方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于磁偶极子模型的定位方法及装置，方法包括如下步骤：A、固定布置磁性标记物和由M个磁传感器组成的磁传感器模块；B、读取第i个磁传感器所测得的磁感应强度数据，建立磁偶极子模型，得到磁偶极子模型的第一简化模型并转换为一个一元四次方程，并解得该方程的正实根；C、对所述第一简化模型进行变换得到第二简化模型，并计算得到磁性标记物对应于第i个磁传感器时的空间二维位置；D、将磁性标记物分别对应于M个磁传感器时的各空间二维位置进行融合，得到磁性标记物的最终位置。本发明专利技术在保证定位高精度的前提下，减少了计算所需的时间以及计算的空间复杂度，且不依赖于初始位置的猜测与估计，提升了整体的鲁棒性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁偶极子模型的磁性标记物定位方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种基于磁偶极子模型的磁性标记物定位方法及装置。

技术介绍

[0002]由于拥有在无人为干预情况下自动工作的能力，自动导引车(Automated Guided Vehicle，AGV)已被广泛采用。定位和导航方法是AGV解决方案的基本要素，而一些基于标记的定位方法，如磁条、磁钉、射频识别和二维码定位技术，由于其低成本和高稳定性被广泛用于工业物流场景。
[0003]基于磁钉的定位方法，是将磁钉沿着所需的AGV行走路线埋入地面，其中最靠近AGV的磁钉的磁场强度分布通过磁强计传感器阵列测量，因此可以基于感应的磁场强度估计磁钉与磁强计传感器阵列之间的距离。与其他基于标记的定位方法相比，基于磁钉的定位方法不易损坏、不容易受到光、雪、雨的影响，因此，基于磁钉的定位方法是室内和室外环境中的使用且可靠的解决方案。
[0004]但是，传统的磁钉定位方法的精度大多不能满足AGV高精度组装应用的精度需求。在中国专利文献CN107957725B中公开采用了一种基于超强铁钕硼永磁体、磁偶极子模型和优化算法的新型磁定位算法，其优势是定位精度优异。但该方法是基于数值迭代计算的优化算法，数值迭代计算必须有一个初始位置的猜测值，算法计算复杂，在单片机上实时执行难度大。因此，该方法虽然定位精度优异，但计算复杂度较高、计算时间较长且鲁棒性不好。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出一种基于磁偶极子模型的磁性标记物定位方法及装置，在保证定位高精度的前提下，减少了计算所需的时间以及计算的空间复杂度，且不依赖于初始位置的猜测与估计，提升了整体的鲁棒性。
[0006]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]一种基于磁偶极子模型的磁性标记物定位方法，其特征在于：包括如下步骤：
[0008]A、固定布置磁性标记物和由M个磁传感器组成的磁传感器模块，磁性标记物的两极连线竖直延伸，且位于各磁传感器的感应范围内；
[0009]B、读取第i个磁传感器所测得的磁感应强度数据，根据该磁感应强度数据建立磁偶极子模型，基于磁性标记物的竖直布置方式，得到磁偶极子模型的第一简化模型，并将该第一简化模型转换为一个一元四次方程，利用解析方法对该一元四次方程进行求解以得到正实根，并进入步骤C；
[0010]C、对所述第一简化模型进行变换得到第二简化模型，根据磁传感器模块所在位置与磁性标记物中心位置之间的高度相关参数、正实根和第二简化模型，计算得到磁性标记物对应于第i个磁传感器时的空间二维位置；
[0011]D、将磁性标记物分别对应于M个磁传感器时的各空间二维位置进行融合，得到磁性标记物的最终位置。
[0012]进一步的，所述步骤B包括如下步骤：
[0013]B1、建立以磁传感器模块中心为原点的全局坐标系和以第i个磁传感器为中心的局部坐标系，第i个磁传感器在全局坐标系下的坐标为(u
g
,v
g
)；
[0014]B2、根据第i个磁传感器测得的磁感应强度数据建立磁偶极子模型为：
[0015][0016][0017][0018]其中，B
x
、B
y
、B
z
分别为磁感应强度在各方向上的分量，B
T
是与磁性标记物磁矩有关的参数，(x,y,z)是第i个磁传感器在全局坐标系下的位置坐标，设(a,b)是磁性标记物在全局坐标系下的空间二维位置坐标,c为磁传感器模块所在位置相对于磁性标记物中心的高度相关参数，H0＝(m,n,p)
T
是表示磁性标记物方向的单位矢量，m2+n2+p2＝1，
[0019]B3、统一全局坐标系与局部坐标系，以第i个磁传感器为中心建立新的坐标系，在新的坐标系中，磁传感器的位置坐标(x,y,z)＝(0,0,0)，因磁性标记物方向为竖直方向，故磁钉的方向单位矢量为(m,n,p)＝(0,0,1)，则可得到磁偶极子模型的第一简化模型：
[0020]B3、根据第一简化模型构建方程为：
[0021][0022]将该方程简化为一元四次方程：
[0023]A
·
R4‑
F
·
R
‑
C＝0，
[0024]其中，R＝r2＝(a2+b2+c2)，A＝B
x2
+B
y2
+B
z2
，F＝B
T2
，C＝3B
T2
c2；
[0025]B4、利用解析方法对上述一元四次方程进行求解，保留正实根R
z
。
[0026]进一步的，所述步骤C包括如下步骤：
[0027]C1、将第一简化模型变换为第二简化模型：
[0028][0029]C2、分别将步骤B2中测得的B
x
和B
y
、步骤B3中计算所得的正实根R＝R
z
，代入步骤C1中的第二简化模型，即可得到所述磁性标记物在以第i个磁传感器为原点的局部坐标系下的空间二维位置(a
s
,b
s
)；
[0030]C3、设所述磁性标记物对应于第i个磁传感器时，在全局坐标系下的空间二维位置为(a
g
,b
g
)，则：a
g
＝u
g
+a
s
，b
g
＝v
g
+b
s
。
[0031]进一步的，所述M取值为不小于1的整数。
[0032]进一步的，当M＞1时，M个磁传感器间隔布置形成所述磁传感器模块。
[0033]进一步的，所述磁性标记物包括磁钉、磁针或者磁块。
[0034]进一步的，所述磁性标记物竖直布置在地面上且其两极连线竖直延伸，磁性标记物的N极在上S极在下或者S极在上N极在下布置。
[0035]进一步的，所述磁传感器包括磁强计或者特斯拉计。
[0036]进一步的，所述步骤B4中，对所述一元四次方程求解的解析方法包括费拉里法或者天珩公式。
[0037]本专利技术还通过以下技术方案实现；
[0038]一种基于磁偶极子模型的磁性标记物定位装置，包括：
[0039]布置模块：用于固定布置磁性标记物和由M个磁传感器组成的磁传感器模块，磁性标记物的两极连线竖直延伸，且位于各磁传感器的感应范围内；
[0040]建模求解模块：用于读取第i个磁传感器所测得的磁感应强度数据，根据该磁感应强度数据建立磁偶极子模型，基于磁性标记物的竖直布置方式，得到磁偶极子模型的第一简化模型，并将该第一简化模型转换为一个一元四次方程，利用解析方法对该一元四次方程进行求解以得到正实根，对所述第一简化模型进行变换得到第二简化模型，根据磁传感器模块所在位置与磁性标记物中心位置之间的高度相关参数、正实根和第二简化模型，计算得到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于磁偶极子模型的磁性标记物定位方法，其特征在于：包括如下步骤：A、固定布置磁性标记物和由M个磁传感器组成的磁传感器模块，磁性标记物的两极连线竖直延伸，且位于各磁传感器的感应范围内；B、读取第i个磁传感器所测得的磁感应强度数据，根据该磁感应强度数据建立磁偶极子模型，基于磁性标记物的竖直布置方式，得到磁偶极子模型的第一简化模型，并将该第一简化模型转换为一个一元四次方程，利用解析方法对该一元四次方程进行求解以得到正实根，并进入步骤C；C、对所述第一简化模型进行变换得到第二简化模型，根据磁传感器模块所在位置与磁性标记物中心位置之间的高度相关参数、正实根和第二简化模型，计算得到磁性标记物对应于第i个磁传感器时的空间二维位置；D、将磁性标记物分别对应于M个磁传感器时的各空间二维位置进行融合，得到磁性标记物的最终位置。2.根据权利要求1所述的一种基于磁偶极子模型的磁性标记物定位方法，其特征在于：所述步骤B包括如下步骤：B1、建立以磁传感器模块中心为原点的全局坐标系和以第i个磁传感器为中心的局部坐标系，第i个磁传感器在全局坐标系下的坐标为(u
g
,v
g
)；B2、根据第i个磁传感器测得的磁感应强度数据建立磁偶极子模型为：B2、根据第i个磁传感器测得的磁感应强度数据建立磁偶极子模型为：B2、根据第i个磁传感器测得的磁感应强度数据建立磁偶极子模型为：其中，B
x
、B
y
、B
z
分别为磁感应强度在各方向上的分量，B
T
是与磁性标记物磁矩有关的参数，(x,y,z)是第i个磁传感器在全局坐标系下的位置坐标，设(a,b)是磁性标记物在全局坐标系下的空间二维位置坐标,c为磁传感器模块所在位置相对于磁性标记物中心的高度相关参数，H0＝(m,n,p)
T
是表示磁性标记物方向的单位矢量，m2+n2+p2＝1，B3、统一全局坐标系与局部坐标系，以第i个磁传感器为中心建立新的坐标系，在新的坐标系中，磁传感器的位置坐标(x,y,z)＝(0,0,0)，因磁性标记物方向为竖直方向，故磁钉的方向单位矢量为(m,n,p)＝(0,0,1)，则可得到磁偶极子模型的第一简化模型：B3、根据第一简化模型构建方程为：将该方程简化为一元四次方程：
A
·
R4‑
F
·
R
‑
C＝0，其中，R＝r2＝(a2+b2+c2)，A＝B
x2
+B
y2
+B
z2
，F＝B
T2
，C＝3B
T2
c2；B4、利用解析方法对上述一元四次方程进行求解，并保留正实根...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴厚德，郭鹏飞，宋霜，赵四林，姚瀚晨，彭建伟，王姝姝，
申请(专利权)人：泉州装备制造研究所，
类型：发明
国别省市：