一種agv慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域，特別是一種AGV小車導(dǎo)航系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前AGV自動(dòng)引導(dǎo)小車已經(jīng)成為智能制造、先進(jìn)物流以及數(shù)字化工廠中的重要設(shè)備，作為方便工廠運(yùn)輸、提高生產(chǎn)效率具有非常重要的作用。而所謂自動(dòng)引導(dǎo)，即是沿著指定軌跡運(yùn)行，目前常見的巡線導(dǎo)航有光電傳感器、視覺、激光和磁導(dǎo)航傳感器等等，對于光電傳感器，配合黑白膠帶整體便宜、簡單，但是信號很容易因?yàn)榈孛娌黄綄?dǎo)致不穩(wěn)、膠帶易受灰塵、垃圾影響等，導(dǎo)致巡線不能很穩(wěn)定；視覺可視范圍大，對線的要求不高，但是很容易受光線影響，且視頻采集處理卡價(jià)格不菲，采樣頻率不高；而目前國內(nèi)外市面上最常見的AGV產(chǎn)品大多采用磁條導(dǎo)航。而磁條導(dǎo)航AGV雖然相對價(jià)格便宜，且運(yùn)行也較為可靠，但是每次運(yùn)行AGV需要鋪設(shè)磁條，特別路徑較長時(shí)，鋪設(shè)工作量較大，路徑過長時(shí)，磁條的成本會(huì)比較高，同時(shí)更換路線后，由于磁條底部粘性變?nèi)?，不能重?fù)使用，磁條后期在水、碾壓、磨損等條件下，維護(hù)較麻煩，而隨著工業(yè)4.0和智能制造需求，因此市場上對一種使用更靈活、方便的AGV導(dǎo)航的研發(fā)是迫在眉睫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種AGV慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用磁釘代替磁條鋪設(shè)路徑，有效節(jié)約成本，減少鋪設(shè)工作量，同時(shí)可以重復(fù)使用，固定漂移處理模塊和卡爾曼濾波處理模塊能夠有效的濾除陀螺儀采集的數(shù)據(jù)的固定漂移和隨機(jī)誤差，角度獲取模塊能夠準(zhǔn)確得到角度數(shù)據(jù)，精度為±0.1度，航跡推算模塊可準(zhǔn)確推算出所有采樣時(shí)刻的位置和姿態(tài)，精度達(dá)到±5mm，導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航精度可達(dá)±10mm。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:一種AGV慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，它包括陀螺儀、磁釘、編碼器、磁傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和運(yùn)動(dòng)控制單元，陀螺儀設(shè)置在AGV小車上，磁釘鋪設(shè)在地面AGV航道上，磁傳感器設(shè)置在AGV小車車頭底部的中線上，陀螺儀、磁傳感器、編碼器和運(yùn)動(dòng)控制單元分別與數(shù)據(jù)處理單元連接，編碼器、數(shù)據(jù)處理單元和運(yùn)動(dòng)控制單元設(shè)置在AGV小車上的控制盒內(nèi)；所述的數(shù)據(jù)處理單元包括依次連接的陀螺儀采集模塊、固定漂移處理模塊、卡爾曼濾波處理模塊、角度獲取模塊、磁釘校準(zhǔn)模塊、航跡推算模塊和PID調(diào)節(jié)器，陀螺儀采集模塊從陀螺儀獲取采集到的數(shù)據(jù)，磁釘校準(zhǔn)模塊從磁傳感器獲得磁釘?shù)奈恢茫幋a器與軌跡推算單元連接，PID調(diào)節(jié)器與運(yùn)控控制單元連接。
[0005]所述的陀螺儀采集模塊通過數(shù)據(jù)處理單元的SPI通信接口定時(shí)發(fā)送一次查詢協(xié)議到陀螺儀，以獲取陀螺儀采集的原始數(shù)據(jù)。
[0006]所述的固定漂移處理模塊從陀螺儀采集的數(shù)據(jù)中采樣一組數(shù)據(jù)，獲取該組采樣數(shù)據(jù)期望值，再將原始數(shù)據(jù)減去該期望值，濾去固定漂移，濾去固定漂移后的數(shù)據(jù)成標(biāo)準(zhǔn)的高斯分布，為卡爾曼濾波做準(zhǔn)備。
[0007]所述的卡爾曼濾波處理模塊對濾去固定漂移的數(shù)據(jù)進(jìn)行卡爾曼濾波，濾去隨機(jī)誤差。
[0008]所述的角度獲取模塊將卡爾曼濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行積分得到角度數(shù)據(jù)。
[0009]所述的磁釘校準(zhǔn)模塊將磁傳感器采集的磁釘位置轉(zhuǎn)換為AGV軌跡偏移角度，并對偏移角度進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0010]所述的航跡推算模塊將編碼器的里程數(shù)據(jù)、角度獲取模塊獲得的陀螺儀角度數(shù)據(jù)形成極坐標(biāo)關(guān)系，通過迭代推算出所有采樣時(shí)刻的位置和姿態(tài)，形成航跡。
[0011]所述的PID調(diào)節(jié)器根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的位置點(diǎn)和給定位置點(diǎn)計(jì)算AGV小車的調(diào)整角度。
[0012]所述的陀螺儀為防震動(dòng)的一維陀螺儀傳感器ADXRS453，其通信接口為SPI，通信方式為查詢協(xié)議。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供了一種AGV慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用磁釘代替磁條鋪設(shè)路徑，有效節(jié)約成本，減少鋪設(shè)工作量，同時(shí)可以重復(fù)使用，固定漂移處理模塊和卡爾曼濾波處理模塊能夠有效的濾除陀螺儀采集的數(shù)據(jù)的固定漂移和隨機(jī)誤差，角度獲取模塊能夠準(zhǔn)確得到角度數(shù)據(jù)，精度為±0.1度，航跡推算模塊可準(zhǔn)確推算出所有采樣時(shí)刻的位置和姿態(tài)，精度達(dá)到±5mm，導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航精度可達(dá)±10mm。
【附圖說明】
[0014]圖1為導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
圖2為數(shù)據(jù)處理單元結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。
[0016]如圖1所示，一種AGV慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，它包括陀螺儀、磁釘、編碼器、磁傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和運(yùn)動(dòng)控制單元，陀螺儀設(shè)置在AGV小車上，磁釘鋪設(shè)在地面AGV航道上，磁傳感器設(shè)置在AGV小車車頭底部的中線上，陀螺儀、磁傳感器、編碼器和運(yùn)動(dòng)控制單元分別與數(shù)據(jù)處理單元連接，編碼器、數(shù)據(jù)處理單元和運(yùn)動(dòng)控制單元設(shè)置在AGV小車上的控制盒內(nèi)；如圖2所示，數(shù)據(jù)處理單元包括依次連接的陀螺儀采集模塊、固定漂移處理模塊、卡爾曼濾波處理模塊、角度獲取模塊、磁釘校準(zhǔn)模塊、航跡推算模塊和PID調(diào)節(jié)器，陀螺儀采集模塊從陀螺儀獲取采集到的數(shù)據(jù)，磁釘校準(zhǔn)模塊從磁傳感器獲得磁釘?shù)奈恢茫幋a器與軌跡推算單元連接，PID調(diào)節(jié)器與運(yùn)控控制單元連接。
[0017]所述的陀螺儀采集模塊通過數(shù)據(jù)處理單元的SPI通信接口定時(shí)發(fā)送一次查詢協(xié)議到陀螺儀，以獲取陀螺儀采集的原始數(shù)據(jù)。
[0018]所述的固定漂移處理模塊從陀螺儀采集的數(shù)據(jù)中采樣一組數(shù)據(jù)，獲取該組采樣數(shù)據(jù)期望值，再將原始數(shù)據(jù)減去該期望值，濾去固定漂移，濾去固定漂移后的數(shù)據(jù)成標(biāo)準(zhǔn)的高斯分布，為卡爾曼濾波做準(zhǔn)備。
[0019]所述的卡爾曼濾波處理模塊對濾去固定漂移的數(shù)據(jù)進(jìn)行卡爾曼濾波，濾去隨機(jī)誤差。
[0020]所述的角度獲取模塊將卡爾曼濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行積分得到角度數(shù)據(jù)。
[0021]所述的磁釘校準(zhǔn)模塊將磁傳感器采集的磁釘位置轉(zhuǎn)換為AGV軌跡偏移角度，并對偏移角度進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0022]所述的航跡推算模塊將編碼器的里程數(shù)據(jù)、角度獲取模塊獲得的陀螺儀角度數(shù)據(jù)形成極坐標(biāo)關(guān)系，通過迭代推算出所有采樣時(shí)刻的位置和姿態(tài)，形成航跡。
[0023]所述的PID調(diào)節(jié)器根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的位置點(diǎn)和給定位置點(diǎn)計(jì)算AGV小車的調(diào)整角度。
[0024]所述的陀螺儀為防震動(dòng)的一維陀螺儀傳感器ADXRS453，其通信接口為SPI，通信方式為查詢協(xié)議。
[0025]該系統(tǒng)采用磁釘代替磁條鋪設(shè)路徑，有效節(jié)約成本，減少鋪設(shè)工作量，同時(shí)可以重復(fù)使用，固定漂移處理模塊和卡爾曼濾波處理模塊能夠有效的濾除陀螺儀采集的數(shù)據(jù)的固定漂移和隨機(jī)誤差，角度獲取模塊能夠準(zhǔn)確得到角度數(shù)據(jù)，精度為±0.1度，航跡推算模塊可準(zhǔn)確推算出所有采樣時(shí)刻的位置和姿態(tài)，精度達(dá)到±5mm，導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航精度可達(dá)± 10mnin
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種AGV慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于:它包括陀螺儀、磁釘、編碼器、磁傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和運(yùn)動(dòng)控制單元，陀螺儀設(shè)置在AGV小車上，磁釘鋪設(shè)在地面AGV航道上，磁傳感器設(shè)置在AGV小車車頭底部的中線上，陀螺儀、磁傳感器、編碼器和運(yùn)動(dòng)控制單元分別與數(shù)據(jù)處理單元連接，編碼器、數(shù)據(jù)處理單元和運(yùn)動(dòng)控制單元設(shè)置在AGV小車上的控制盒內(nèi)；所述的數(shù)據(jù)處理單元包括依次連接的陀螺儀采集模塊、固定漂移處理模塊、卡爾曼濾波處理模塊、角度獲取模塊、磁釘校準(zhǔn)模塊、航跡推算模塊和PID調(diào)節(jié)器，陀螺儀采集模塊從陀螺儀獲取采集到的數(shù)據(jù)，磁釘校準(zhǔn)模塊從磁傳感器獲得磁釘?shù)奈恢?，編碼器與軌跡推算單元連接，PID調(diào)節(jié)器與運(yùn)控控制單元連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種AGV慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于:所述的陀螺儀采集模塊通過數(shù)據(jù)處理單元的SPI通信接口定時(shí)發(fā)送一次查詢協(xié)議到陀螺儀，以獲取陀螺儀采集的原始數(shù)據(jù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種AGV慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于:所述的固定漂移處理模塊從陀螺儀采集的數(shù)據(jù)中采樣一組數(shù)據(jù)，獲取該組采樣數(shù)據(jù)期望值，再將原始數(shù)據(jù)減去該期望值，濾去固定漂移。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種AGV慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于:所述的卡爾曼濾波處理模塊對濾去固定漂移的數(shù)據(jù)進(jìn)行卡爾曼濾波，濾去隨機(jī)誤差。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種AGV慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于:所述的角度獲取模塊將卡爾曼濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行積分得到角度數(shù)據(jù)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種AGV慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于:所述的磁釘校準(zhǔn)模塊將磁傳感器采集的磁釘位置轉(zhuǎn)換為AGV軌跡偏移角度，并對偏移角度進(jìn)行校準(zhǔn)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種AGV慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于:所述的航跡推算模塊將編碼器的里程數(shù)據(jù)、角度獲取模塊獲得的陀螺儀角度數(shù)據(jù)形成極坐標(biāo)關(guān)系，通過迭代推算出所有采樣時(shí)刻的位置和姿態(tài)，形成航跡。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種AGV慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于:所述的PID調(diào)節(jié)器根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的位置點(diǎn)和給定位置點(diǎn)計(jì)算AGV小車的調(diào)整角度。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種AGV慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于:所述的陀螺儀為防震動(dòng)的一維陀螺儀傳感器ADXRS453，其通信接口為SPI，通信方式為查詢協(xié)議。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種AGV慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，它包括陀螺儀、磁釘、編碼器、磁傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和運(yùn)動(dòng)控制單元，陀螺儀設(shè)置在AGV小車上，磁釘鋪設(shè)在地面AGV航道上，磁傳感器設(shè)置在AGV小車車頭底部的中線上，陀螺儀、磁傳感器、編碼器和運(yùn)動(dòng)控制單元分別與數(shù)據(jù)處理單元連接，編碼器、數(shù)據(jù)處理單元和運(yùn)動(dòng)控制單元設(shè)置在AGV小車上的控制盒內(nèi)；所述的數(shù)據(jù)處理單元包括依次連接的陀螺儀采集模塊、固定漂移處理模塊、卡爾曼濾波處理模塊、角度獲取模塊、磁釘校準(zhǔn)模塊、航跡推算模塊和PID調(diào)節(jié)器，編碼器與軌跡推算單元連接，PID調(diào)節(jié)器與運(yùn)控控制單元連接。該系統(tǒng)角度精度為±0.1度，航跡推算精度為±5mm，導(dǎo)航精度為±10mm。
【IPC分類】G01C21/00, G01C21/16
【公開號】CN105180930
【申請?zhí)枴緾N201510588347
【發(fā)明人】包壁禎, 徐兵, 林歡慶, 肖驥, 張巨鵬
【申請人】成都四威高科技產(chǎn)業(yè)園有限公司
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年9月16日