關(guān)于激光導(dǎo)引AGV小車激光定位算法的探討

精品文檔-下載后可編輯關(guān)于激光導(dǎo)引AGV小車激光定位算法的探討在整個(gè)AGV系統(tǒng)中，AGV導(dǎo)引技術(shù)(即動(dòng)態(tài)跟蹤定位技術(shù))是最主要的核心技術(shù)，其中導(dǎo)引技術(shù)包含導(dǎo)航技術(shù)和指引技術(shù)。導(dǎo)航的作用是確定和向主站報(bào)告AGV小車的當(dāng)前位置，從而保持AGV小車的位姿。指引的作用是根據(jù)主站發(fā)送的控制指令和AGV小車的估計(jì)位置明確AGV小車的導(dǎo)引角度、速度以及運(yùn)行路線。

激光定位算法在AGV技術(shù)應(yīng)用中是非常重要的。激光導(dǎo)引AGV小車采用激光掃描器和預(yù)先在AGV小車運(yùn)行區(qū)域周圍布置好位置的反光板作為激光定位算法計(jì)算所需的基礎(chǔ)環(huán)境。激光導(dǎo)引AGV小車的導(dǎo)航系統(tǒng)有靜態(tài)位置計(jì)算模式和在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下持續(xù)動(dòng)態(tài)位置的計(jì)算兩種位置計(jì)算模式，下面分別進(jìn)行分析。

AGV小車靜態(tài)位置計(jì)算模式

當(dāng)AGV小車第一次進(jìn)入系統(tǒng)，AGV小車的當(dāng)前位置不知道時(shí)，要進(jìn)行初始化位置計(jì)算，通過(guò)比較一些已知反光板的已知方位，小車控制器中的導(dǎo)航模塊能計(jì)算出小車的位置。

小車靜止；

激光掃描器能找到至少三個(gè)反光板的方位；

反光板的位置已知。

如在激光掃描器旋轉(zhuǎn)一周中捕捉到的小車的方位與最后知道的期望的方位相匹配，則這個(gè)位置就可作為當(dāng)前位置。如果沒(méi)有存儲(chǔ)最后知道的位置或匹配發(fā)生錯(cuò)誤，則采取下面的定位方法。

激光掃描器旋轉(zhuǎn)一圈，三個(gè)分布較好的方位被選擇，通過(guò)計(jì)算可確定出小車在坐標(biāo)系統(tǒng)中的位置，如位置正確，則余下的大部分可測(cè)量的方位與已知的反光板相匹配。

其中小車到反光板的方位如圖1所示。反光板應(yīng)放在操作區(qū)域的合適位置處，并且反光板對(duì)AGV的運(yùn)行路線來(lái)說(shuō)應(yīng)盡量呈三角形排列。

在此主要針對(duì)激光導(dǎo)航模塊中的激光定位算法進(jìn)行分析。

這種方法的缺點(diǎn)在于：由于要測(cè)出各接收器至反射信標(biāo)如反光板的絕對(duì)距離，測(cè)距裝置的費(fèi)用較高，并且定位系統(tǒng)要有一同步時(shí)間作為基準(zhǔn)(如圖2所示)。

通過(guò)已知反射板的位置及小車與它們之間的夾角。利用三角法可計(jì)算出小車位置點(diǎn)的位置和方位。此方法需要測(cè)量信號(hào)有極高的角度分辨率、極窄的波束，因此一般用于采用激光定位的場(chǎng)合。

AGV小車在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下持續(xù)動(dòng)態(tài)位置計(jì)算模式

當(dāng)初始化位置計(jì)算結(jié)束后，小車就可開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，小車需要進(jìn)行持續(xù)位置的計(jì)算。下面采用位姿估算校正法進(jìn)行分析。

這種估算法的數(shù)學(xué)運(yùn)動(dòng)模型是以“位姿估算”為基礎(chǔ)的。它利用小車當(dāng)前運(yùn)行的速度、轉(zhuǎn)向的角度、間隔時(shí)間等參數(shù)對(duì)下一位置進(jìn)行估算，計(jì)算出的是相對(duì)于前一位置的新位置。

當(dāng)小車進(jìn)行完畢初始化位置計(jì)算，則導(dǎo)航模塊自動(dòng)切換到另外的操作模式――持續(xù)位置計(jì)算，當(dāng)小車運(yùn)動(dòng)時(shí)采取這個(gè)模式，激光導(dǎo)航模塊將預(yù)期的假想位置與實(shí)際的小車到反光板的方位結(jié)合起來(lái)決定小車的位置。

通過(guò)從小車控制模塊傳來(lái)的當(dāng)前小車的速度、轉(zhuǎn)向和測(cè)量的小車到反光板的方位，就可以計(jì)算小車的位置，作為首要條件，小車的最初X、Y的位置必須知道。

每50ms進(jìn)行一次位置計(jì)算，包括三個(gè)主要階段：

階段1：位置估計(jì)

在位置估算中，最常用的方式是采用增量式的旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行位姿估算。位姿估算存在的誤差分為兩類，一是系統(tǒng)誤差，由系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)參數(shù)或車輪動(dòng)力運(yùn)動(dòng)特性引起，主要原因有車輪半徑不等、車輪半徑與標(biāo)稱值不符、車輪安裝不平行、車輪跨距不固定、編碼器分辨率有限；二是非系統(tǒng)誤差，是由工作環(huán)境中的不確定因素引起，包括地面不平、車輪打滑等。在正常工作條件下，即地面平整無(wú)異物、車體加速平緩、車輪與地面間摩擦力足夠大等，此時(shí)影響定位精度的主要是系統(tǒng)誤差。

階段2：從新的估計(jì)位置處匹配反光板

在50ms時(shí)間內(nèi)，激光掃描器大概旋轉(zhuǎn)了180°在此區(qū)間若掃描到4塊反光板，則從掃描到的最后一塊反光板開(kāi)始匹配。導(dǎo)航模塊將接收到的反射光線與所期望的反光板列表進(jìn)行比較，決定反射光線是否來(lái)自一個(gè)反光板，具體來(lái)自哪個(gè)反光板，任何被認(rèn)為是從反射板來(lái)的光線都必須滿足一定的規(guī)則，從而被認(rèn)為是有效的反射板，我們把這個(gè)過(guò)程稱為反射板的匹配。只有匹配的反射板才能被用來(lái)校正小車的估計(jì)位置。其規(guī)則是：

1所期望的方向和測(cè)量的方向之間的區(qū)別必須足夠小；

2沒(méi)有反射板允許與匹配的反射板太近，如果太近，則此方位不能用來(lái)校正估計(jì)的位置；

3．沒(méi)有反射能與正在檢測(cè)的方位太接近，如果有，則這個(gè)方位不能被用來(lái)校正估計(jì)的位置；

4如果沒(méi)有預(yù)期的反光板的方位與可測(cè)量的方位足夠接近，則這個(gè)方位是錯(cuò)誤的。

階段3：校正預(yù)先估計(jì)的位置

小車的位置可根據(jù)相關(guān)聯(lián)的反射板修正自身的位置，以使所校正的AGV的位置到匹配的反光板的方位與所測(cè)量的角度相同。據(jù)此調(diào)整AGV下一步的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作。

估算法工作原理如圖3所示。假設(shè)反光板2是匹配的反光板，則AGV校正的位置是在小車后一時(shí)刻速度方向上偏移AOL，其中，L為小車的估計(jì)位置到匹配的反光板的距離。

AGV根據(jù)校正后的位置和所存儲(chǔ)的預(yù)期位置相比較，然