一种AGV车辆分区域按需高精度室内定位控制系统的制作方法

一种agv车辆分区域按需高精度室内定位控制系统
技术领域
1.本发明属于agv车辆的自主定位技术领域，特别是一种agv车辆分区域按需高精度室内定位控制系统。


背景技术：

2.agv是automated guided vehicle的缩写，意即“自动导引车”，是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。agv是现代工业自动化物流系统中的关键设备之一，它是以电池为动力，装备有电磁或光学等自动导航装置，能够独立自动寻址，并通过计算机系统控制，完成无人驾驶的搬运作业的设备。导航与定位是agv车辆的关键技术之一。
3.尽管目前室内定位技术飞速发展，已经有了许多可选的定位技术，如指纹定位、惯导定位、基于激光的地图匹配定位、基于视觉的地图匹配定位、基于激光反光板的定位等。但这些定位技术在性能上表现出了较大的差异性。除了定位精度上的差异，定位系统部署与维护的方式，使用方式，定位所能提供的系统容量、定位部署成本等都存在差异。各种定位技术目前都存在各自的问题，考虑部署成本和定位精度等因素，不同的定位技术适用于不同的应用场合。
4.对于一些复杂场景，agv车辆的整个作业过程往往跨越不同的区域，而在不同区域中，agv车辆的动作和行为不同，导致其定位精度的要求也不同。以大型设备的仓库为例(agv车辆用于该仓库中大型设备的转运)，agv车辆在走廊区域行驶时要求的定位精度低，而在进出门与设备装卸区要求的定位精度高。此外，即使在同一区域，由于环境的动态性，在不同的时间对于定位精度的要求也不同。例如agv在走廊区域发生两车相汇时，为避免发生碰撞，此时要求的定位精度较高。
5.为实现上述场景的定位需求，一种简单的方式就是全区域都使用高精度的定位技术，但这种方式的问题是极大增加定位设施的部署成本和使用成本。另一种方式是增强agv车辆的能力，使之能够感知环境的动态性，并调整相应的定位方案，但其缺点是极大增加了agv车辆的研制难度，从而增加agv车辆的成本。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种agv车辆分区域按需高精度室内定位控制系统，该系统基于控制中心全局视角能力，可充分利用不同传感设备的定位性能，为agv车辆提供即时且高效的定位方案，满足agv车辆在不同区域、不同环境中导航的定位需求。
7.实现本发明目的的技术解决方案为：一种agv车辆分区域按需高精度室内定位控制系统，所述系统包括控制中心、定位辅助装置以及agv车辆；所述控制中心和agv车辆通过无线通信网络进行数据交互，控制中心与agv车辆都载有所在工作区域的数字地图，agv车辆安装有定位感知设备，定位辅助装置包含校正靶标及激光反光板，用于agv车辆的定位与校正；
8.所述控制中心根据agv车辆所在区域定位要求，决定agv车辆的定位方式，并通过无线通信网络将定位方案信息下发给agv车辆；
9.所述agv车辆根据定位方案，基于数字地图和本地感知设备进行自主定位，并将定位信息通过无线通信网络实时传输给控制中心。
10.进一步地，所述定位感知设备包括激光雷达、全景相机以及imu定位感知设备，支持信息采集的时间同步。
11.进一步地，所述数字地图包括至少两种精度类别的数字地图，定位要求至少包括两种精度类别。
12.进一步地，所述定位方式包含基本定位方式和融合定位方式，所述基本定位方式至少包含惯导定位、基于激光的地图匹配定位、基于视觉的地图匹配定位以及基于激光反光板定位；所述融合定位方式是上述基本定位方式的任意组合。
13.进一步地，所述定位方案信息包含定位方式及其参数；
14.a)当定位方式为惯导定位时，所述参数为二元组《t，v》，其中，t为定位的最小时间同步校正周期，v为agv车辆的行驶速度；
15.b)当定位方式为基于激光的地图匹配定位时，所述参数为三元组《f，p，v》，其中，f为激光雷达的扫描频率，p为车载数字地图的精度类别，v为agv车辆的行驶速度；
16.c)当定位方式为基于视觉的地图匹配定位时，所述参数为四元组《r，f，p，v》，其中，r为视觉相机的分辨率，f为视觉相机的帧率，p为车载数字地图的精度类别，v为agv车辆的行驶速度；
17.d)当定位方式为基于激光反光板定位时，所述参数为三元组《n，p，v》，其中，n为单次定位所需的激光反射板数目，p为车载地图的精度类别，v为agv车辆的行驶速度；
18.e)当定位方式为融合定位时，所述参数为一个二元组的列表[《e，m》，
…
]，其中，e为基本定位方式的编号，m为该基本定位方式相应的参数。
[0019]
进一步地，所述agv车辆包括接收模块、定位模块以及反馈模块，其中：
[0020]
所述接收模块，用于接收控制中心下发的定位方案信息；
[0021]
所述定位模块，用于按照接收到的定位方案信息进行agv车辆的自主定位；
[0022]
所述反馈模块，用于实时反馈agv车辆位置数据。
[0023]
进一步地，所述激光雷达在agv车辆行驶过程中实时测量障碍物信息，并传输给控制中心，控制中心实时调整定位方案并下发给agv车辆。
[0024]
本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明基于控制中心全局视角能力，可充分利用不同传感设备的定位性能，为agv车辆提供即时且高效的定位方案，满足agv车辆在不同区域、不同环境中导航的定位需求。
[0025]
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
[0026]
图1是agv车辆分区域按需高精度室内定位控制系统构成示意图。
[0027]
图2是通道行驶场景定位流程图。
[0028]
图3是两车交汇场景定位流程图。
[0029]
图4是无碰撞过门场景定位流程图。
[0030]
图5是精准停靠场景定位流程图。
[0031]
图6是agv车辆与控制中心交互控制流程图。
具体实施方式
[0032]
为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0033]
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0034]
结合图1，本发明提供了一种agv车辆分区域按需高精度室内定位控制系统，所述系统包括控制中心、定位辅助装置以及agv车辆；所述控制中心和agv车辆通过无线通信网络进行数据交互，控制中心与agv车辆都载有所在工作区域的数字地图，agv车辆安装有定位感知设备，定位辅助装置包含校正靶标及激光反光板，用于agv车辆的定位与校正；这里，校正靶标及激光反光板，是根据高精度地图初始化在外部空间里预置好的。校正靶标即参考标定点，在高精度地图构建时初始化，通过高精度地图匹配方式辅助行驶的车辆定位矫正。激光反射板定位方式是指车辆对激光雷达扫描得到的反光板与地图中的反光板进行匹配，通过三角定位的方法计算出agv车辆的位置信息。
[0035]
所述定位感知设备包括激光雷达、全景相机以及imu定位感知设备，支持信息采集的时间同步；所述数字地图包括至少两种精度类别的数字地图，定位要求至少包括两种精度类别。
[0036]
所述控制中心根据agv车辆所在区域定位要求，决定agv车辆的定位方式，并通过无线通信网络将定位方案信息下发给agv车辆；
[0037]
所述agv车辆根据定位方案，基于数字地图和本地感知设备进行自主定位，并将定位信息通过无线通信网络实时传输给控制中心。
[0038]
所述定位方式包含基本定位方式和融合定位方式，所述基本定位方式至少包含惯导定位、基于激光的地图匹配定位、基于视觉的地图匹配定位以及基于激光反光板定位；所述融合定位方式是上述基本定位方式的任意组合。
[0039]
所述定位方案信息包含定位方式及其参数；
[0040]
a)当定位方式为惯导定位时，所述参数为二元组《t，v》，其中，t为定位的最小时间同步校正周期，v为agv车辆的行驶速度；
[0041]
b)当定位方式为基于激光的地图匹配定位时，所述参数为三元组《f，p，v》，其中，f为激光雷达的扫描频率，p为车载数字地图的精度类别，v为agv车辆的行驶速度；
[0042]
c)当定位方式为基于视觉的地图匹配定位时，所述参数为四元组《r，f，p，v》，其中，r为视觉相机的分辨率，f为视觉相机的帧率，p为车载数字地图的精度类别，v为agv车辆的行驶速度；
[0043]
d)当定位方式为基于激光反光板定位时，所述参数为三元组《n，p，v》，其中，n为单次定位所需的激光反射板数目，p为车载地图的精度类别，v为agv车辆的行驶速度；
[0044]
e)当定位方式为融合定位时，所述参数为一个二元组的列表[《e，m》，
…
]，其中，e
为基本定位方式的编号，m为该基本定位方式相应的参数。
[0045]
所述agv车辆包括接收模块、定位模块以及反馈模块，其中：
[0046]
所述接收模块，用于接收控制中心下发的定位方案信息；
[0047]
所述定位模块，用于按照接收到的定位方案信息进行agv车辆的自主定位；
[0048]
所述反馈模块，用于实时反馈agv车辆位置数据。
[0049]
所述激光雷达在agv车辆行驶过程中实时测量障碍物信息，并传输给控制中心，控制中心实时调整定位方案并下发给agv车辆。
[0050]
下面结合实施例对本发明进行进一步说明。
[0051]
agv车辆需完成某一仓库中大型设备的运输、装卸等任务。以车辆将设备从仓库外运输到装卸区为例(另有将设备从装卸区运输到仓库外)，可以分为通道行驶、两车交汇、无碰撞过门及精准停靠在指定装卸区等场景。这些行驶场景均要求车辆在行驶过程中具备高精度定位的能力，即在仓库内通道等其他区域定位精度达到
±
20mm，过门、装卸等核心区域定位精度达到
±
2mm。
[0052]
【实施例1】通道行驶场景
[0053]
1、目标功能
[0054]
装有大型设备的车辆从仓库外移动到仓库内通道区，通道区agv车满足
±
20mm的定位精度。
[0055]
2、定位控制流程
[0056]
如图2所示，定位控制流程如下：
[0057]
a)定位设备列表及参数初始化
[0058]
imu定位感知设备《1，《t，v》》＝《1，《0，0》》；
[0059]
1为惯导定位的编号；t为定位的最小时间同步校正周期，初始值为0ms；v为agv车辆的行驶速度，初始值为0m/s。
[0060]
激光雷达《2,《f，p，v》》＝《2，《0，1，0》》；
[0061]
2为基于激光的地图匹配定位编号；f为激光扫描仪的扫描频率，初始值为0hz；p为车载地图的精度类别，初始值为0，代表不使用地图；v为agv车辆的行驶速度，初始值为0m/s。
[0062]
全景相机《3,《r，f，p，v》》》＝《3，《0*0，0，0，0》》；
[0063]
3为基于视觉的地图匹配定位编号；r为视觉相机的分辨率，初始值为0*0；f为视觉相机的帧率，初始值为0fps；p为车载地图的精度类别，初始值为0，代表不使用地图；v为agv车辆的行驶速度，初始值为0m/s。
[0064]
b)agv车辆发送位置数据给控制中心
[0065]
agv车将位置数据发送给控制中心，控制中心将数据与高精度地图匹配判断agv车辆所处区域。如果agv车辆处于通道区，则继续向下执行，如果agv车辆处于别的区域，切换到别的实施例方案。
[0066]
c)控制中心发送定位方案给agv车辆
[0067]
控制中心配置通道区定位方案为基于惯导、激光及视觉的地图匹配融合定位，返回参数《《1，《1，5》》，《2，《50，1，5》》，《3，《4416*1242，15，1，5》》》。
[0068]
参数所代表含义为最小时间同步校正周期为1ms，激光扫描仪的扫描频率50hz，车
载地图为精度为
±
20mm的地图，agv车的行驶速度为5m/s，视觉相机的分辨率为4416*1242，帧率为15fps。
[0069]
控制中心通过无线通信网络将定位方案信息下发给agv车辆。
[0070]
d)agv车辆按照通道区定位方案行驶
[0071]
根据定位方案，车辆采用误差为
±
20mm的低精度数字地图，基于数字地图和激光扫描仪、全景相机以及imu进行融合定位，并采用校准靶标辅助定位。并将位置数据通过无线通信网络传输给控制中心。
[0072]
e)异常检测
[0073]
当agv车辆使用激光雷达测量得到既定路径上有障碍物时，agv车辆首先计算出障碍物的位置数据，然后将自身位置数据和障碍物位置数据发送给控制中心。控制中心通过对比车辆和障碍物的距离调整定位方案，如减少车辆速度v到0，以达到紧急避撞的目的。
[0074]
当障碍物清理或移动后，控制中心重新调整agv车的车速v为5m/s。
[0075]
f)agv车辆发送位置数据给控制中心
[0076]
此步骤与b)相同。agv车将位置数据发送给控制中心，控制中心将数据与高精度地图匹配判断agv车辆所处区域。
[0077]
【实施例2】两车交汇场景
[0078]
1、目标功能
[0079]
两辆装有大型设备的车辆同时在通道区行驶会发生交汇，需避免交汇时产生碰撞。
[0080]
2、定位控制流程
[0081]
如图3所示，定位控制流程如下：
[0082]
a)定位设备列表及参数初始化
[0083]
同实施例1中的a)。
[0084]
b)agv车辆发送位置数据给控制中心
[0085]
同实施例1中的b)。
[0086]
c)控制中心发送定位方案给agv车辆
[0087]
同实施例1中的c)。
[0088]
d)agv车按照通道区定位方案行驶
[0089]
同实施例1中的d)。
[0090]
e)交汇检测
[0091]
控制中心同时获得两辆即将交汇的agv车辆的位置数据。当数据小于某一阈值时，控制中心判定两车具有碰撞风险，控制中心通过对比两辆车的距离调整定位方案，如减少两个车辆行驶速度v到3m/s，让agv车辆可以在交汇时有充分的响应时间自主调整行驶方向，以达到避撞的目的。
[0092]
当两车交汇后，控制中心重新调整agv车的车速v为5m/s。
[0093]
f)agv车辆发送位置数据给控制中心
[0094]
此步骤与b)相同。agv车将位置数据发送给控制中心，控制中心将数据与高精度地图匹配判断agv车辆所处区域。
[0095]
【实施例3】无碰撞过门场景
[0096]
1、目标功能
[0097]
装有大型设备的车辆从通道区移动到库房内时需要通过库房门，需避免在过门区域内与门产生碰撞，过门区agv车辆满足
±
2mm的定位精度。
[0098]
2、定位控制流程
[0099]
如图4所示，定位控制流程如下：
[0100]
定位设备列表及参数初始化
[0101]
imu定位感知设备《1，《t，v》》＝《1，《0，0》》；
[0102]
1为惯导定位的编号；t为定位的最小时间同步校正周期，初始值为0ms；v为agv车辆的行驶速度，初始值为0m/s；
[0103]
激光雷达《2,《f，p，v》》＝《2，《0，1，0》》；
[0104]
2为基于激光的地图匹配定位编号；f为激光扫描仪的扫描频率，初始值为0hz；p为车载地图的精度类别，初始值为0，代表不使用地图；v为agv车辆的行驶速度，初始值为0m/s；
[0105]
全景相机《3,《r，f，p，v》》》＝《3，《0*0，0，0，0》》；
[0106]
3为基于视觉的地图匹配定位编号；r为视觉相机的分辨率，初始值为0*0；f为视觉相机的帧率，初始值为0fps；p为车载地图的精度类别，初始值为0，代表不使用地图；v为agv车辆的行驶速度，初始值为0m/s。
[0107]
a)agv车发送位置数据给控制中心
[0108]
agv车将位置数据发送给控制中心，控制中心将数据与高精度地图匹配判断agv车辆所处区域。如果agv车辆处于过门区，则继续向下执行，如果agv车辆处于别的区域，切换到别的实施例方案。
[0109]
b)控制中心发送定位方案给agv车
[0110]
控制中心配置通道区定位方案为基于惯导、激光及视觉的地图匹配融合定位，返回参数《《1，《0.5，3》》，《2，《100，2，3》》，《3，《2048*1024，15，2，3》》》。
[0111]
参数所代表含义为最小时间同步校正周期为0.5ms，激光扫描仪的扫描频率100hz，车载地图为精度为
±
2mm的地图，agv车的行驶速度为3m/s，视觉相机的分辨率为2048*1024，帧率为15fps。
[0112]
控制中心通过无线通信网络将定位方案信息下发给agv车辆。
[0113]
c)agv车辆按照过门区定位方案行驶
[0114]
根据定位方案，车辆采用误差为
±
2mm的高精度数字地图。基于数字地图和激光扫描仪、全景相机以及imu进行融合定位，采用激光反射板辅助定位，并将位置数据通过无线通信网络传输给控制中心。
[0115]
d)过门检测
[0116]
车辆基于三角形匹配方法对激光雷达扫描得到的反光板与地图中的反光板进行匹配，建立扫描到的反光板和地图中反光板的对应关系，当匹配到至少3个反射板时开始检测。
[0117]
激光雷达通过扫描得到的3块及以上反光板，基于三边定位算法计算出车辆位置状态数据，发送给定位解算模块进行融合求出激光雷达精准位置数据。
[0118]
门框上标记有一些检测特征点，agv车使用激光雷达测量得到激光雷达距离门框
特征点的距离，agv车辆将自身的位置数据和与特征点的距离数据发送给控制中心，控制中心调整定位方案，如减少两个车辆行驶速度v到1m/s，以达到过门的目的。
[0119]
当车辆过门后，控制中心重新调整agv车的车速v为3m/s。
[0120]
e)agv车辆发送位置数据给控制中心
[0121]
此步骤与b)相同。agv车将位置数据发送给控制中心，控制中心将数据与高精度地图匹配判断agv车辆所处区域。
[0122]
【实施例4】精准停靠场景
[0123]
1、目标功能
[0124]
装有大型设备的车辆过门后需要精准停靠到装卸区，装卸区agv车辆满足
±
2mm的定位精度。
[0125]
2、定位控制流程
[0126]
如图5所示，定位控制流程如下：
[0127]
a)定位设备列表及参数初始化
[0128]
imu定位感知设备《1，《t，v》》＝《1，《0，0》》；
[0129]
1为惯导定位的编号；t为定位的最小时间同步校正周期，初始值为0ms；v为agv车辆的行驶速度，初始值为0m/s；
[0130]
激光雷达《2,《f，p，v》》＝《2，《0，1，0》》；
[0131]
2为基于激光的地图匹配定位编号；f为激光扫描仪的扫描频率，初始值为0hz；p为车载地图的精度类别，初始值为0，代表不使用地图；v为agv车辆的行驶速度，初始值为0m/s；
[0132]
全景相机《3,《r，f，p，v》》》＝《3，《0*0，0，0，0》》；
[0133]
3为基于视觉的地图匹配定位编号；r为视觉相机的分辨率，初始值为0*0；f为视觉相机的帧率，初始值为0fps；p为车载地图的精度类别，初始值为0，代表不使用地图；v为agv车辆的行驶速度，初始值为0m/s。
[0134]
b)agv车发送数据给控制中心
[0135]
agv车将位置数据发送给控制中心，控制中心将数据与高精度地图匹配判断agv车辆所处区域。如果agv车辆处于装卸区，则继续向下执行，如果agv车辆处于别的区域，切换到别的实施例方案。
[0136]
c)控制中心发送定位方案给agv车
[0137]
控制中心配置通道区定位方案为基于惯导、激光及视觉的地图匹配融合定位，返回参数《《1，《0.5，3》》，《2，《100，2，3》》，《3，《2048*1024，15，2，3》》》。
[0138]
参数所代表含义为最小时间同步校正周期为0.5ms，激光扫描仪的扫描频率100hz，车载地图为精度为
±
2mm的地图，agv车的行驶速度为3m/s，视觉相机的分辨率为2048*1024，帧率为15fps。
[0139]
控制中心通过无线通信网络将定位方案信息下发给agv车辆。
[0140]
d)agv车辆按照装卸区定位方案行驶
[0141]
根据定位方案，车辆采用误差为
±
2mm的高精度数字地图。基于数字地图和激光扫描仪、全景相机以及imu进行融合定位，采用激光反射板辅助定位，并将定位信息通过无线通信网络实时传输给控制中心。
[0142]
e)装卸区精确定位
[0143]
车辆基于三角形匹配方法对激光雷达扫描得到的反光板与地图中的反光板进行匹配，建立扫描到的反光板和地图中反光板的对应关系，当匹配到3个反射板时开始检测。
[0144]
激光雷达通过扫描得到的3块及以上反光板，基于三边定位算法计算出车辆位置状态数据，发送给定位解算模块进行融合求出激光雷达精准位置数据。
[0145]
装卸区上有一些特征点，agv车使用激光雷达测量得到激光雷达距离这些特征点的距离，agv车辆将自身的位置数据和与特征点的距离数据发送给控制中心，控制中心调整定位方案，如减少两个车辆行驶速度v到1m/s，以达到精准停靠装卸区的目的。
[0146]
f)任务结束
[0147]
当车辆精准停靠装卸区后，控制中心调整agv车的车速v为0m/s。
[0148]
如图6所示，以上所有实施例中agv车辆与控制中心交互控制流程如下：
[0149]
a)正常交互控制任务中，agv车发送数据给控制中心
[0150]
b)控制中心发送定位方案给agv车
[0151]
c)agv车辆按照定位方案行驶
[0152]
d)在异常检测、交汇检测、过门检测或装卸区精确定位任务中，agv车发送位置或距离数据给控制中心
[0153]
e)控制中心发送调整后的定位方案给agv车
[0154]
f)返回a)或任务结束。
[0155]
本发明基于控制中心全局视角能力，可充分利用不同传感设备的定位性能，为agv车辆提供即时且高效的定位方案，满足agv车辆在不同区域、不同环境中导航的定位需求。
[0156]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。