一种agv惯性导航系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于自动控制领域，特别是一种AGV小车导航系统。
【背景技术】
[0002]目前AGV自动引导小车已经成为智能制造、先进物流以及数字化工厂中的重要设备，作为方便工厂运输、提高生产效率具有非常重要的作用。而所谓自动引导，即是沿着指定轨迹运行，目前常见的巡线导航有光电传感器、视觉、激光和磁导航传感器等等，对于光电传感器，配合黑白胶带整体便宜、简单，但是信号很容易因为地面不平导致不稳、胶带易受灰尘、垃圾影响等，导致巡线不能很稳定；视觉可视范围大，对线的要求不高，但是很容易受光线影响，且视频采集处理卡价格不菲，采样频率不高；而目前国内外市面上最常见的AGV产品大多采用磁条导航。而磁条导航AGV虽然相对价格便宜，且运行也较为可靠，但是每次运行AGV需要铺设磁条，特别路径较长时，铺设工作量较大，路径过长时，磁条的成本会比较高，同时更换路线后，由于磁条底部粘性变弱，不能重复使用，磁条后期在水、碾压、磨损等条件下，维护较麻烦，而随着工业4.0和智能制造需求，因此市场上对一种使用更灵活、方便的AGV导航的研发是迫在眉睫。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种AGV惯性导航系统，该系统采用磁钉代替磁条铺设路径，有效节约成本，减少铺设工作量，同时可以重复使用，固定漂移处理模块和卡尔曼滤波处理模块能够有效的滤除陀螺仪采集的数据的固定漂移和随机误差，角度获取模块能够准确得到角度数据，精度为±0.1度，航迹推算模块可准确推算出所有采样时刻的位置和姿态，精度达到±5mm，导航系统导航精度可达±10mm。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种AGV惯性导航系统，它包括陀螺仪、磁钉、编码器、磁传感器、数据处理单元和运动控制单元，陀螺仪设置在AGV小车上，磁钉铺设在地面AGV航道上，磁传感器设置在AGV小车车头底部的中线上，陀螺仪、磁传感器、编码器和运动控制单元分别与数据处理单元连接，编码器、数据处理单元和运动控制单元设置在AGV小车上的控制盒内；所述的数据处理单元包括依次连接的陀螺仪采集模块、固定漂移处理模块、卡尔曼滤波处理模块、角度获取模块、磁钉校准模块、航迹推算模块和PID调节器，陀螺仪采集模块从陀螺仪获取采集到的数据，磁钉校准模块从磁传感器获得磁钉的位置，编码器与轨迹推算单元连接，PID调节器与运控控制单元连接。
[0005]所述的陀螺仪采集模块通过数据处理单元的SPI通信接口定时发送一次查询协议到陀螺仪，以获取陀螺仪采集的原始数据。
[0006]所述的固定漂移处理模块从陀螺仪采集的数据中采样一组数据，获取该组采样数据期望值，再将原始数据减去该期望值，滤去固定漂移，滤去固定漂移后的数据成标准的高斯分布，为卡尔曼滤波做准备。
[0007]所述的卡尔曼滤波处理模块对滤去固定漂移的数据进行卡尔曼滤波，滤去随机误差。
[0008]所述的角度获取模块将卡尔曼滤波后的数据进行积分得到角度数据。
[0009]所述的磁钉校准模块将磁传感器采集的磁钉位置转换为AGV轨迹偏移角度，并对偏移角度进行校准。
[0010]所述的航迹推算模块将编码器的里程数据、角度获取模块获得的陀螺仪角度数据形成极坐标关系，通过迭代推算出所有采样时刻的位置和姿态，形成航迹。
[0011]所述的PID调节器根据当前时刻的位置点和给定位置点计算AGV小车的调整角度。
[0012]所述的陀螺仪为防震动的一维陀螺仪传感器ADXRS453，其通信接口为SPI，通信方式为查询协议。
[0013]本发明的有益效果是:本发明提供了一种AGV惯性导航系统，该系统采用磁钉代替磁条铺设路径，有效节约成本，减少铺设工作量，同时可以重复使用，固定漂移处理模块和卡尔曼滤波处理模块能够有效的滤除陀螺仪采集的数据的固定漂移和随机误差，角度获取模块能够准确得到角度数据，精度为±0.1度，航迹推算模块可准确推算出所有采样时刻的位置和姿态，精度达到±5mm，导航系统导航精度可达±10mm。
【附图说明】
[0014]图1为导航系统结构框图；
图2为数据处理单元结构框图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
[0016]如图1所示，一种AGV惯性导航系统，它包括陀螺仪、磁钉、编码器、磁传感器、数据处理单元和运动控制单元，陀螺仪设置在AGV小车上，磁钉铺设在地面AGV航道上，磁传感器设置在AGV小车车头底部的中线上，陀螺仪、磁传感器、编码器和运动控制单元分别与数据处理单元连接，编码器、数据处理单元和运动控制单元设置在AGV小车上的控制盒内；如图2所示，数据处理单元包括依次连接的陀螺仪采集模块、固定漂移处理模块、卡尔曼滤波处理模块、角度获取模块、磁钉校准模块、航迹推算模块和PID调节器，陀螺仪采集模块从陀螺仪获取采集到的数据，磁钉校准模块从磁传感器获得磁钉的位置，编码器与轨迹推算单元连接，PID调节器与运控控制单元连接。
[0017]所述的陀螺仪采集模块通过数据处理单元的SPI通信接口定时发送一次查询协议到陀螺仪，以获取陀螺仪采集的原始数据。
[0018]所述的固定漂移处理模块从陀螺仪采集的数据中采样一组数据，获取该组采样数据期望值，再将原始数据减去该期望值，滤去固定漂移，滤去固定漂移后的数据成标准的高斯分布，为卡尔曼滤波做准备。
[0019]所述的卡尔曼滤波处理模块对滤去固定漂移的数据进行卡尔曼滤波，滤去随机误差。
[0020]所述的角度获取模块将卡尔曼滤波后的数据进行积分得到角度数据。
[0021]所述的磁钉校准模块将磁传感器采集的磁钉位置转换为AGV轨迹偏移角度，并对偏移角度进行校准。
[0022]所述的航迹推算模块将编码器的里程数据、角度获取模块获得的陀螺仪角度数据形成极坐标关系，通过迭代推算出所有采样时刻的位置和姿态，形成航迹。
[0023]所述的PID调节器根据当前时刻的位置点和给定位置点计算AGV小车的调整角度。
[0024]所述的陀螺仪为防震动的一维陀螺仪传感器ADXRS453，其通信接口为SPI，通信方式为查询协议。
[0025]该系统采用磁钉代替磁条铺设路径，有效节约成本，减少铺设工作量，同时可以重复使用，固定漂移处理模块和卡尔曼滤波处理模块能够有效的滤除陀螺仪采集的数据的固定漂移和随机误差，角度获取模块能够准确得到角度数据，精度为±0.1度，航迹推算模块可准确推算出所有采样时刻的位置和姿态，精度达到±5mm，导航系统导航精度可达± 10mnin
【主权项】
1.一种AGV惯性导航系统，其特征在于:它包括陀螺仪、磁钉、编码器、磁传感器、数据处理单元和运动控制单元，陀螺仪设置在AGV小车上，磁钉铺设在地面AGV航道上，磁传感器设置在AGV小车车头底部的中线上，陀螺仪、磁传感器、编码器和运动控制单元分别与数据处理单元连接，编码器、数据处理单元和运动控制单元设置在AGV小车上的控制盒内；所述的数据处理单元包括依次连接的陀螺仪采集模块、固定漂移处理模块、卡尔曼滤波处理模块、角度获取模块、磁钉校准模块、航迹推算模块和PID调节器，陀螺仪采集模块从陀螺仪获取采集到的数据，磁钉校准模块从磁传感器获得磁钉的位置，编码器与轨迹推算单元连接，PID调节器与运控控制单元连接。2.根据权利要求1所述的一种AGV惯性导航系统，其特征在于:所述的陀螺仪采集模块通过数据处理单元的SPI通信接口定时发送一次查询协议到陀螺仪，以获取陀螺仪采集的原始数据。3.根据权利要求1所述的一种AGV惯性导航系统，其特征在于:所述的固定漂移处理模块从陀螺仪采集的数据中采样一组数据，获取该组采样数据期望值，再将原始数据减去该期望值，滤去固定漂移。4.根据权利要求1所述的一种AGV惯性导航系统，其特征在于:所述的卡尔曼滤波处理模块对滤去固定漂移的数据进行卡尔曼滤波，滤去随机误差。5.根据权利要求1所述的一种AGV惯性导航系统，其特征在于:所述的角度获取模块将卡尔曼滤波后的数据进行积分得到角度数据。6.根据权利要求1所述的一种AGV惯性导航系统，其特征在于:所述的磁钉校准模块将磁传感器采集的磁钉位置转换为AGV轨迹偏移角度，并对偏移角度进行校准。7.根据权利要求1所述的一种AGV惯性导航系统，其特征在于:所述的航迹推算模块将编码器的里程数据、角度获取模块获得的陀螺仪角度数据形成极坐标关系，通过迭代推算出所有采样时刻的位置和姿态，形成航迹。8.根据权利要求1所述的一种AGV惯性导航系统，其特征在于:所述的PID调节器根据当前时刻的位置点和给定位置点计算AGV小车的调整角度。9.根据权利要求1所述的一种AGV惯性导航系统，其特征在于:所述的陀螺仪为防震动的一维陀螺仪传感器ADXRS453，其通信接口为SPI，通信方式为查询协议。
【专利摘要】本发明公开了一种AGV惯性导航系统，它包括陀螺仪、磁钉、编码器、磁传感器、数据处理单元和运动控制单元，陀螺仪设置在AGV小车上，磁钉铺设在地面AGV航道上，磁传感器设置在AGV小车车头底部的中线上，陀螺仪、磁传感器、编码器和运动控制单元分别与数据处理单元连接，编码器、数据处理单元和运动控制单元设置在AGV小车上的控制盒内；所述的数据处理单元包括依次连接的陀螺仪采集模块、固定漂移处理模块、卡尔曼滤波处理模块、角度获取模块、磁钉校准模块、航迹推算模块和PID调节器，编码器与轨迹推算单元连接，PID调节器与运控控制单元连接。该系统角度精度为±0.1度，航迹推算精度为±5mm，导航精度为±10mm。
【IPC分类】G01C21/00, G01C21/16
【公开号】CN105180930
【申请号】CN201510588347
【发明人】包壁祯, 徐兵, 林欢庆, 肖骥, 张巨鹏
【申请人】成都四威高科技产业园有限公司
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月16日