一种基于磁钉磁场强度纠正的AGV航向定位导航方法技术

本发明专利技术公开了一种基于磁钉磁场强度纠正的AGV航向定位导航方法，是根据路径规划按照一定间距布置的磁钉，并在AGV车头前方布置磁尺传感器、在AGV内部水平铺设惯性测量单元；然后将磁传感器扫描到的磁场强度沿着车体纵向和横向划分区域，标定磁场强度等级；最终在磁钉与磁钉之间使用惯性传感器测量车辆的角速度和速度，以预测位姿，实现车辆控制。本发明专利技术通过将惯性导航控制和基于磁场强度的磁钉导航融合起来，从而实现了高精度的定位控制。从而实现了高精度的定位控制。从而实现了高精度的定位控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁钉磁场强度纠正的AGV航向定位导航方法


[0001]本专利技术属于自动导引车定位导航领域，具体的说是在用磁钉对自动导引车辆进行位姿修正时，通过解析磁钉的磁场强度来获取更高的定位精度。

技术介绍

[0002]随着科学技术的进步，实体制造业工厂正在逐步地转向智能化、无人化，自动导引车辆(AGV)作为一种智能化的工业设备，被广泛应用于各种行业。导航定位技术是AGV自主运动的基础，目前，移动机器人导航的主要方法有磁导航，光学导航、激光导航和惯性导航等。针对当前市场上的磁钉导航应用中，磁尺传感器在靠近磁钉时已经能检测到磁场强度，此时磁尺传感器中心实际并没有到达磁钉上方，如果此时判断认为车体已识别到磁钉，即已经到达预定位置，显然会有明显的定位误差，这样会增加控制的开发难度。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有技术的不足之处，提出一种基于磁钉磁场强度纠正的AGV航向定位导航方法，以期能将惯性导航控制和基于磁场强度的磁钉导航进行融合以实现更高精度的定位，从而达到使自动导引车辆在实际应用中能更准确的到达目标位置。
[0004]为达到上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]本专利技术一种基于磁钉磁场强度纠正的AGV航向定位导航方法的特点是应用于AGV按照规划路径进行导航的工作场景中，在所述规划路径上按一定间距布置磁钉；所述AGV采用双轮差速驱动，假设在两个差速轮圆心连线的中垂线上的车头位置处有一个虚拟前轮，并在所述AGV的车头前方设置有磁尺传感器，在所述AGV的内部水平设置有惯性测量单元；所述定位导航方法是按如下步骤进行：
[0006]步骤1：以所述工作场景的外接矩形构建坐标系，并令以坐标系的x轴为基准的逆时针方向为正方向；
[0007]定义并初始化时刻k＝1；在所述坐标系中标定一个初始k时刻的质心位姿记为(x
k
,y
k
,θ
k
)并作为AGV在规划路径上的出发点，其中，x
k
和y
k
表示坐标系下k时刻的位置坐标，θ
k
是k时刻的行驶方向；
[0008]设置磁钉触发的最低磁场强度为H
min
，并将沿磁尺传感器垂直方向的磁场强度划分为2个等级范围，第一级范围为H
min
—H1，第二级范围为H1—H2；其中，H1表示触发AGV纠正位姿的最低磁场强度，H2表示磁钉检测的最大磁场强度；
[0009]步骤2：设定所述AGV的质心速度最大值为v
max
，AGV以固定加速度α从出发点开始按照规划路径向前行驶，由v(k)＝v(k
‑
1)+α
×
ΔT计算出AGV的k时刻质心速度v(k)，且v(k)≤v
max
，ΔT表示相邻两时刻间的单位采样时间间隔；当k＝1时，令出发点的质心速度v(k
‑
1)＝0；
[0010]步骤3：判断AGV上的磁尺传感器在k时刻是否检测规划路径上的磁钉，若是，则执行步骤4；否则，利用惯导测量k时刻质心角速度w(k)，并执行步骤6；
[0011]步骤4：判断检测到的磁钉的磁场强度是否在第一级范围内，若是，则表示AGV按照所述规划路径正常行驶，无偏离导航不修正；并执行步骤6；否则，表示检测到的磁钉的磁场强度在第二级范围内，则根据所述尺传感器测量到k时刻的位置偏差C(k)，利用PID算法得出k时刻车辆当前车头方向偏离所述规划路线的角度偏差φ(k)，并执行步骤5；
[0012]步骤5：利用式(1)计算AGV在k时刻纠正后的质心角速度W(k)并赋值给w(k)：
[0013]W(k)＝v(k)
×
tan(φ(k))/L
ꢀꢀꢀ
(1)
[0014]式(1)中，L是虚拟前轮距离差速轮中间线的距离；
[0015]步骤6：利用式(2)得到AGV的左差速轮的轮速V
L
(k)和右差速轮的轮速V
R
(k)，使得AGV按照计算的轮速在所述规划路径上行驶：
[0016][0017]式(2)中，B为左、右差速轮的间距，M为差速轮的直径；
[0018]步骤7：由双轮差速驱动电机反馈得到AGV在k+1时刻的左差速轮反馈的轮速V
L
(k+1)和右差速轮反馈的轮速V
R
(k+1)，从而利用式(3)计算AGV在k+1时刻的质心角速度w(k+1)和质心速度v(k+1)：
[0019][0020]步骤8：根据式(4)建立AGV的运动方程，并得到k+1时刻AGV的质心位姿X(k+1)＝(x
k+1
,y
k+1
,θ
k+1
)
T
：
[0021][0022]式(3)中，X(k)＝(x
k
,y
k
,θ
k
)
T
为k时刻AGV的质心位姿；D(k)是k时刻和k+1时刻的单位采样时间间隔内AGV在直线上的位移，且D(k)＝v(k)
×
ΔT；δ(k)是k时刻和k+1时刻的单位采样时间内AGV的角位移，且δ(k)＝w(k)
×
ΔT；
[0023]步骤9：将k+1赋值给k后，返回步骤3，直到当前时刻的位置坐标达到目的位置为止。
[0024]与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：
[0025]1、本专利技术通过对检测到的磁钉的磁场强度进行分析，解析检测到的磁钉的磁场强度，以磁场强度最大值为中心划定阈值范围来划分等级和定位修正区域，增强了定位信息的判断条件，使磁传感器对磁钉的识别更加准确，从而提高了精确定位的效率。
[0026]2、本专利技术对最高等级划定阈值范围，以实现定位精度的可调性。
[0027]3、本专利技术在结合惯性导航时，在磁钉处更高精度的定位修正信息，修正了累计误差，可以使自动导引车辆在驶离磁钉后，有更加准确的初始值来进行惯性导航位姿推算，使无人机器人导航在工程实践中获得更精确的定位信息。
附图说明
[0028]图1为磁钉扫描示意图；
[0029]图2为本专利技术磁钉修正获得方向偏差及左右轮转速图；
[0030]图3为惯导推算示意图。
具体实施方式
[0031]本实施例中：一种基于磁钉磁场强度纠正的AGV航向定位导航方法，是应用于AGV按照规划路径进行导航的工作场景中，在规划路径上按一定间距布置磁钉，周围不得有其它强磁性物体，移动路径上不得有障碍物；AGV采用双轮差速驱动，假设在两个差速轮圆心连线的中垂线上的车头位置处有一个虚拟前轮，并在AGV的车头前方设置有磁尺传感器(其距离地面不得高于50mm)，安装板需使用非磁性材料，背景磁场强度不得高于1高斯；在AGV的内部水平设置有惯性测量单元，安装惯性传感器时应注意如下几点：
[0032]首先，要保证传感器安装面与被测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于磁钉磁场强度纠正的AGV航向定位导航方法，其特征是应用于AGV按照规划路径进行导航的工作场景中，在所述规划路径上按一定间距布置磁钉；所述AGV采用双轮差速驱动，假设在两个差速轮圆心连线的中垂线上的车头位置处有一个虚拟前轮，并在所述AGV的车头前方设置有磁尺传感器，在所述AGV的内部水平设置有惯性测量单元；所述定位导航方法是按如下步骤进行：步骤1：以所述工作场景的外接矩形构建坐标系，并令以坐标系的x轴为基准的逆时针方向为正方向；定义并初始化时刻k＝1；在所述坐标系中标定一个初始k时刻的质心位姿记为(x
k
,y
k
,θ
k
)并作为AGV在规划路径上的出发点，其中，x
k
和y
k
表示坐标系下k时刻的位置坐标，θ
k
是k时刻的行驶方向；设置磁钉触发的最低磁场强度为H
min
，并将沿磁尺传感器垂直方向的磁场强度划分为2个等级范围，第一级范围为H
min
—H1，第二级范围为H1—H2；其中，H1表示触发AGV纠正位姿的最低磁场强度，H2表示磁钉检测的最大磁场强度；步骤2：设定所述AGV的质心速度最大值为v
max
，AGV以固定加速度α从出发点开始按照规划路径向前行驶，由v(k)＝v(k
‑
1)+α
×
ΔT计算出AGV的k时刻质心速度v(k)，且v(k)≤v
max
，ΔT表示相邻两时刻间的单位采样时间间隔；当k＝1时，令出发点的质心速度v(k
‑
1)＝0；步骤3：判断AGV上的磁尺传感器在k时刻是否检测规划路径上的磁钉，若是，则执行步骤4；否则，利用惯导测量k时刻质心角速度w(k)，并执行步骤6；步骤4：判断检测到的磁钉的磁场强度是否在第一级范围内，若是，则表示AGV按照所述规划路径正常行...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖献强，韩晨，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：