本發(fā)明涉及無軌導航agv領(lǐng)域，特別涉及一種無軌導航agv的精確定位及停車方法。

背景技術(shù)：

slam(simultaneouslocalizationandmapping)技術(shù)，即時定位與地圖構(gòu)建，由于其重要的理論與應用價值，被很多學者認為是實現(xiàn)真正全自主移動機器人的關(guān)鍵。當前掃地機器人、無人駕駛汽車、agv等自主移動領(lǐng)域都在大規(guī)模使用slam技術(shù)?，F(xiàn)代工業(yè)運輸體系中，特別是智能工廠貨物搬運領(lǐng)域，無軌導航agv(automatedguidedvehicle)扮演著舉足輕重的角色。在無人工廠建設(shè)、無人駕駛研究、智能導航技術(shù)穩(wěn)步邁進的今天，無軌導航agv借助slam技術(shù)以靈活性更加受廣大企業(yè)青睞，但是由于slam技術(shù)普遍存在誤差較大，在末端定位和停車過程中難以滿足agv所需的精度，例如agv在自動進入充電塢過程中，由于slam技術(shù)定位精度不高會導致無軌導航agv多次進入充電塢失敗，影響其正常的工作運行。在原有slam技術(shù)的基礎(chǔ)上，如何解決無軌導航agv的精確定位與停車就成為當前研究的熱點和亟待解決的問題。當前眾多企業(yè)投入大量的人力、物力探尋無軌導航agv的局部精確定位與停車方案，基于超聲波傳感器、相機技術(shù)方案層出不窮，花費巨大但是效果始終難以到達讓人滿意的程度。在大量實驗和測試的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另辟蹊徑，使用高精度激光雷達,利用激光雷達回波強度值(echoamplitude)檢測三角形狀反射板的輪廓，通過挑選特殊反射點，進而確定agv的位置和方向，彌補slam技術(shù)在此方面的不足。本發(fā)明中主要涉及的技術(shù)是基于最小二乘法的位置計算和agv方向角的計算與篩選，基于本設(shè)計思路的實現(xiàn)方法和算法穩(wěn)定性好、精度高、操作方便，完全可以滿足無軌導航agv實時的精確定位與精準停車需求，彌補slam技術(shù)的不足。

目前鑒于slam技術(shù)的不足，針對agv導航彌補方式的研究與應用頗多，具有代表性的主要是磁導航、gps(全球定位系統(tǒng))、圖像識別導航、慣性導航、光學導航、電磁導航、直接坐標導航、rfid定位導航、激光導航等，實現(xiàn)原理和方法也千差萬別。

慣性導航輔助slam技術(shù)主要是在agv上安裝陀螺儀，對無軌導航agv的偏航角進行控制，在行駛區(qū)域的地面上安裝定位塊，agv通過對陀螺儀偏差信號的計算及地面定位信號的采集來確定自身的位置和方向，從而實現(xiàn)輔助slam技術(shù)定位。

圖像識別導航是對agv行駛區(qū)域的環(huán)境進行圖像識別，實現(xiàn)智能行駛，研究潛力巨大，目前應用比較多的是掃描二維碼導航。可以在精度要求比較高的局部場合配合slam導航。

gps是全球定位系統(tǒng)的簡稱。它是由空間衛(wèi)星、地面監(jiān)控和用戶接收等三大部分組成。gps導航儀的工作原理是根據(jù)高速運動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點的位置。當前gps應用頗為廣泛，無軌導航agv也受此啟發(fā)，在一些場景采用gps技術(shù)與slam技術(shù)相融合的方式導航。

現(xiàn)有技術(shù)的缺點主要包括：

(1)圖像識別等導航方式不夠靈活，對于沒有粘貼二維碼的區(qū)域不能進行導航，行走路線頗為受限。類似于電磁導航等方式，路徑難以更改擴展，對復雜路徑的局限較大。

(2)對于無軌導航agv慣性導航配合slam導航方式，高精度慣性導航設(shè)備價格昂貴，導引精度和可靠性與陀螺儀的制造精度和使用壽命密切相關(guān)，一般來說，陀螺儀由于自身漂移比較大，只能作為輔助導航，高精度的陀螺儀在長時間工作情況下也很難彌補slam技術(shù)的不足。

(3)gps全球定位系統(tǒng)被大多數(shù)人所熟悉，應用頗為廣泛，通過衛(wèi)星對非固定路面系統(tǒng)中的控制對象進行跟蹤和制導，在露天環(huán)境下效果尚可，但是在廠房中效果大打折扣，而且民用級別精度普遍不高。通過gps技術(shù)配合slam導航，在一定程度上可以擴大導航范圍，但對于末端定位精度很難有所提高。

本發(fā)明的目的是為了無軌導航agv基于slam技術(shù)的基礎(chǔ)上提供一種可靠性高、穩(wěn)定性好、精度高、價格適宜的末端精度定位和停車方案。根據(jù)導航方式需要，在適當?shù)奈恢梅胖萌切螤畹姆瓷浒?，根?jù)激光雷達回波強度提取反射板上的特殊反射點，本發(fā)明的方法是提取三個特殊反射點，實現(xiàn)三點定位，主要借助最小二乘法確定agv在全局坐標系下的坐標方位，然后通過多象限計算agv的方向角。也可以通過輪廓檢測，計算出小車相對于反射板的相對位置和方向角，使得agv可以精準?？吭诜瓷浒宓闹付ㄎ恢茫朔N方法在很大程度上彌補了slam技術(shù)定位精度不足的缺陷，也為無軌導航agv自動充電提供了可靠的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明實施例提供了一種無軌導航agv的精確定位及停車方法。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種無軌導航agv的精確定位及停車方法，所述方法包括：

agv通過激光雷達掃描反射板，獲取反射板上預設(shè)位置的坐標；

從所述預設(shè)位置中選擇用于定位的位置；

根據(jù)所述選中的位置通過預設(shè)的規(guī)則計算出agv當前的位置。

進一步地，所述agv通過激光雷達掃描反射板，獲取反射板上預設(shè)位置的坐標包括：

以所述激光雷達的位置為坐標原點，向周圍掃描的過程中每一個激光束均返回一個距離和一個對應的回波強度值；

根據(jù)回波強度值計算出反射板的位置；

根據(jù)回波強度值出現(xiàn)在激光掃描數(shù)組的次序獲取反射板的角度信息；

計算出反射板上各個預設(shè)位置的坐標。

進一步地，所述從所述預設(shè)位置中選擇用于定位的位置包括：

將所述預設(shè)位置按照角度值從小到大排序，所述預設(shè)位置所包含的距離信息也依照此順序排列；

計算前兩個預設(shè)位置之間的第一距離值；

對于所有預設(shè)位置，兩兩計算其間的第二距離值；

計算每個第二距離值與第一距離值之間的差值，選取所述差值的絕對值中最小的對應的預設(shè)位置為所述用于定位的位置；

根據(jù)上述規(guī)則依次選取所述用于定位的位置直到選取的用于定位的位置達到預設(shè)的數(shù)量要求。

進一步地，所述預設(shè)的數(shù)量要求為3個。

進一步地，所述根據(jù)所述選中的位置通過預設(shè)的規(guī)則計算出agv當前的位置包括：

對于所述選中的位置，依據(jù)最小二乘法計算出agv當前的位置。

進一步地，所述方法還包括：

多象限計算agv方向角并篩選出最合理的agv當前的位置。

本發(fā)明實施例提供一種無軌導航agv的精確定位及停車方法，所述方法包括：agv通過激光雷達掃描反射板，獲取反射板上預設(shè)位置的坐標；從所述預設(shè)位置中選擇用于定位的位置；根據(jù)所述選中的位置通過預設(shè)的規(guī)則計算出agv當前的位置；是一種可靠性高、穩(wěn)定性好、精度高、價格適宜的末端精度定位和停車方案。根據(jù)導航方式需要，在適當?shù)奈恢梅胖萌切螤畹姆瓷浒?，根?jù)激光雷達回波強度提取反射板上的特殊反射點，本發(fā)明的方法是提取三個特殊反射點，實現(xiàn)三點定位，主要借助最小二乘法確定agv在全局坐標系下的坐標方位，然后通過多象限計算agv的方向角。也可以通過輪廓檢測，計算出小車相對于反射板的相對位置和方向角，使得agv可以精準?？吭诜瓷浒宓闹付ㄎ恢茫朔N方法在很大程度上彌補了slam技術(shù)定位精度不足的缺陷，也為無軌導航agv自動充電提供了可靠的解決方案。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實施例提供的一種無軌導航agv的精確定位及停車方法流程圖;

圖2是本發(fā)明實施例提供的激光掃描反射板原理圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的定位點相對于激光雷達在第一象限示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例提供的定位點相對于激光雷達在第二象限示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例提供的定位點相對于激光雷達在第三象限示意圖；

圖6是本發(fā)明實施例提供的定位點相對于激光雷達在第四象限示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例一

本發(fā)明實施例提供了一種無軌導航agv的精確定位及停車方法，如圖1所示，所述方法包括：

步驟101，agv通過激光雷達掃描反射板，獲取反射板上預設(shè)位置的坐標；

步驟102，從所述預設(shè)位置中選擇用于定位的位置；

步驟103，根據(jù)所述選中的位置通過預設(shè)的規(guī)則計算出agv當前的位置。

進一步地，所述agv通過激光雷達掃描反射板，獲取反射板上預設(shè)位置的坐標包括：

以所述激光雷達的位置為坐標原點，向周圍掃描的過程中每一個激光束均返回一個距離和一個對應的回波強度值；

根據(jù)回波強度值計算出反射板的位置；

根據(jù)回波強度值出現(xiàn)在激光掃描數(shù)組的次序獲取反射板的角度信息；

計算出反射板上各個預設(shè)位置的坐標。

進一步地，所述從所述預設(shè)位置中選擇用于定位的位置包括：

將所述預設(shè)位置按照角度值從小到大排序，所述預設(shè)位置所包含的距離信息也依照此順序排列；

計算前兩個預設(shè)位置之間的第一距離值；

對于所有預設(shè)位置，兩兩計算其間的第二距離值；

計算每個第二距離值與第一距離值之間的差值，選取所述差值的絕對值中最小的對應的預設(shè)位置為所述用于定位的位置；

根據(jù)上述規(guī)則依次選取所述用于定位的位置直到選取的用于定位的位置達到預設(shè)的數(shù)量要求。

進一步地，所述預設(shè)的數(shù)量要求為3個。

進一步地，所述根據(jù)所述選中的位置通過預設(shè)的規(guī)則計算出agv當前的位置包括：

對于所述選中的位置，依據(jù)最小二乘法計算出agv當前的位置。

進一步地，所述方法還包括：

多象限計算agv方向角并篩選出最合理的agv當前的位置。

本發(fā)明實施例提供一種無軌導航agv的精確定位及停車方法，所述方法包括：agv通過激光雷達掃描反射板，獲取反射板上預設(shè)位置的坐標；從所述預設(shè)位置中選擇用于定位的位置；根據(jù)所述選中的位置通過預設(shè)的規(guī)則計算出agv當前的位置；是一種可靠性高、穩(wěn)定性好、精度高、價格適宜的末端精度定位和停車方案。根據(jù)導航方式需要，在適當?shù)奈恢梅胖萌切螤畹姆瓷浒?，根?jù)激光雷達回波強度提取反射板上的特殊反射點，本發(fā)明的方法是提取三個特殊反射點，實現(xiàn)三點定位，主要借助最小二乘法確定agv在全局坐標系下的坐標方位，然后通過多象限計算agv的方向角。也可以通過輪廓檢測，計算出小車相對于反射板的相對位置和方向角，使得agv可以精準停靠在反射板的指定位置，此種方法在很大程度上彌補了slam技術(shù)定位精度不足的缺陷，也為無軌導航agv自動充電提供了可靠的解決方案。

實施例二

本發(fā)明實施例提供了一種無軌導航agv的精確定位及停車方法，如圖1至圖6所示，所述方法包括：

(1)利用激光雷達掃描反射板建圖，獲取反射板上的每個位置的精確坐標。

激光雷達的激光束以一定頻率掃描到反射板上，激光雷達一般安裝在agv的頂部，主要是為了視野良好，能夠全方位掃描到反射板。激光雷達掃描到反射板原理，如圖2所示。無軌導航agv在作業(yè)區(qū)不斷移動，變化方向，三角形反射板的布置要確保agv在實時移動過程中能夠掃描到足夠的特殊點(如圖2中a、b、c三點)，以此來進行定位。

在利用激光雷達和反射板導航之前，必須要先對區(qū)域內(nèi)所有反射板上的點進行建圖，獲取其坐標。以激光雷達的位置為坐標原點，向周圍掃描的過程中，每一個激光束可以返回一個距離(d)和一個回波強度值，由于反射板的回波強度值較周圍普通物體高出很多，所以可以判別出反射板,還可以根據(jù)回波強度值出現(xiàn)在激光掃描數(shù)組的次序獲得反射板的角度信息(a)。進而可以對反射板上的各個點進行建圖，以無軌導航agv建圖時的位置為坐標原點(0,0),得到坐標：

(1)

(2)

得到所有的反射板建模坐標信息后，按照角度順序保存成數(shù)組形式。

(2)選取反射板上的特殊點，并進行坐標匹配。

在定位過程中，本發(fā)明專利主要選取反射板的端點和拐點，在每一次掃描過程中，會掃到多個特殊點用于定位，但是本發(fā)明不會利用所有特殊點，要從中篩選出三個特殊點用于導航定位。根據(jù)選取的定位點的原則，盡量使選取的特殊定位點不要太集中，這樣會導致導航精度更高。選取定位點后，重要的環(huán)節(jié)就是獲取定位點相對應的坐標。本發(fā)明主要采取如下方法：

首先，把獲取的特殊定位點先按照角度值從小到大排序，定位點所包含的距離信息也依照此順序排列，計算前兩個定位點之間的距離值，假設(shè)距離和角度分別為""和""，由三角函數(shù)余弦定理可得兩個定位點的距離值c：

(3)

獲取距離值c后，根據(jù)(1)和(2)中建圖獲得坐標值，兩兩計算其距離值：

(4)

把所有獲得與c相減，選取絕對值最小的對應的坐標值和。以此類推，選取其余的坐標值用于導航。

(3)利用最小二乘法建模，獲取位置信息。

由上一個環(huán)節(jié)可知，已經(jīng)獲取了用于導航的反射點的距離、角度和其對應的坐標，但是激光雷達并不能區(qū)分開不同的反射點相對應的反射的距離和角度，以3個反射點為例，根據(jù)最小二乘法，可以計算出6個位置，假設(shè)三點位置分別為、和，未知點到三個反射點的距離為、和,根據(jù)最小二乘法，計算其中的一種情況：

(5)

(6)

(7)

然后利用(5)式減去(7)式，(6)式減去(7)可得：

(8)

(9)

整理成矩陣形式為：

(10)

從而可以計算出，依照此方法可以計算出6個坐標值。

(4)多象限計算agv方向角并篩選。

每一次掃描可以獲得6個備選的位置坐標，可以根據(jù)每個坐標計算到、和的距離值與、和相比較，篩選出理論上最符合實際位置的值：

(11)

(12)

(13)

根據(jù)計算出來的距離值、和之和與、和之和作差，取絕對值得到：

++)(14)

由于激光雷達本身存在測量誤差，加上掃描反射板計算得來的距離和角度誤差，所以在實際中最小的所對應的未必就是所求值，因此還需要利用方向角配合篩選，各個象限分別對應的激光雷達反射角度為、、。

如圖3所示，對于第一個反射點，當反射點相對于激光雷達正方向在第一象限時，計算所得角度記為：

如果:

(15)

其中如果,

(16)

如圖4所示，對于第一個反射點，當反射點相對于激光雷達正方向在第二象限時，計算所得角度記為：

如果:

(17)

其中如果,

(18)

如圖5所示，對于第一個反射點，當反射點相對于激光雷達正方向在第三象限時，計算所得角度記為：

如果:

(19)

其中如果,

(20)

如圖6所示，對于第一個反射點，當反射點相對于激光雷達正方向在第四象限時，計算所得角度記為：

如果:

(21)

其中如果,

(22)

對于第二、第三、第四個反射點，計算方法都一樣。

第二個反射板的情況：

如果:

(23)

其中如果,

(24)

如果:

(25)

其中如果,

(26)

如果:

(27)

其中如果,

(28)

如果:

(29)

其中如果,

(30)

第三個反射板的情況：

如果:

(31)

其中如果,

(32)

如果:

(33)

其中如果,

(34)

如果:

(35)

其中如果,

(36)

如果:

(37)

其中如果,

(38)

如果、、之間相差很小，此時對應的就是我們需要的坐標值，同時方向角取均值為：

(39)

本發(fā)明中無軌導航agv精確定位與停車的完整流程圖如圖1所示。

本發(fā)明實施例提供一種無軌導航agv的精確定位及停車方法，所述方法包括：agv通過激光雷達掃描反射板，獲取反射板上預設(shè)位置的坐標；從所述預設(shè)位置中選擇用于定位的位置；根據(jù)所述選中的位置通過預設(shè)的規(guī)則計算出agv當前的位置；是一種可靠性高、穩(wěn)定性好、精度高、價格適宜的末端精度定位和停車方案。根據(jù)導航方式需要，在適當?shù)奈恢梅胖萌切螤畹姆瓷浒?，根?jù)激光雷達回波強度提取反射板上的特殊反射點，本發(fā)明的方法是提取三個特殊反射點，實現(xiàn)三點定位，主要借助最小二乘法確定agv在全局坐標系下的坐標方位，然后通過多象限計算agv的方向角。也可以通過輪廓檢測，計算出小車相對于反射板的相對位置和方向角，使得agv可以精準?？吭诜瓷浒宓闹付ㄎ恢茫朔N方法在很大程度上彌補了slam技術(shù)定位精度不足的缺陷，也為無軌導航agv自動充電提供了可靠的解決方案。