CN106774334A - 一种多激光扫描器的激光导引agv导航定位方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多激光扫描器的激光导引AGV导航定位方法及装置。两个激光扫描器安装在AGV车体前端的对角处和后端的对角处两处位置，二者沿AGV对角线安装布置，且位于同一安装平面上；通过对两个不同方向的激光扫描器所获取的扫描信息进行数据融合处理，可获取更广阔的扫描视野，避免了因AGV自身对激光扫描器遮挡而带来的视野受阻的问题。从而能够有效的保证AGV小车获取更加全面的环境数据，获得更加精准的导航和定位效果，提高导航和定位的稳定性和精准度。
Description
技术领域
本发明涉及激光导航定位领域，属于自动导引运输车(AGV)在采用激光导航定位时所涉及的导航定位方法领域，具体为一种多激光扫描器的激光导引AGV导航定位方法及装置。
背景技术
激光导引AGV(Automated Guided Vehicle)广泛应用于工业、军事、烟草、智能停车库中的自动化搬运***中，它是通过激光扫描扫描器并结合导航定位算法实现对AGV的定位。激光扫描器以设定的扫描频率和分辨率连续发射激光束到周围环境，并接受物体反射回的激光束，依据光的飞行时间计算出激光器到物体的距离，并将数据输出到AGV的车载控制计算机，AGV的车载控制计算机通过导航定位算法实时计算出AGV的位姿(x，y，theta)。目前激光导引AGV均采用单一的激光扫描器，并将激光扫描器通过高高的支柱安装于AGV的最高处，使激光扫描器处于距地面约2m高的位置，可避免行人、物体和AGV本身对激光器的遮挡，但是这限制了激光导引AGV在高度空间受限场合中的应用。对需要钻入托盘或运载货物下面的潜入式AGV、无激光器安装支柱的扁平化AGV或高度受限的AGV中，激光扫描器需安装在AGV的前后端面或左右侧面，这将受到AGV本身的遮挡，影响激光雷达的视野范围，这严重制约了激光导引AGV朝着扁平化、潜入式结构方式的发展，约束了激光导引AGV在高度受限场合的应用。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题和不足，本发明旨在提供一种多激光扫描器的激光导引AGV导航定位方法及装置，通过在AGV的前后端面或侧面安装多个激光扫描器扩大视野，通过将多个扫描器的数据进行融合，从而完成对AGV位姿的实时计算，解决了激光扫描器因安装高度或障碍物等受限进行导航的场合的应用的问题，使得AGV导航定位能够用于扁平化、潜入式结构应用领域，本发明的算法实时性强、易于实现工程应用，具有稳定和精准的导航定位能力。
具体的，本发明是这样实现的：一种多激光扫描器的激光导引AGV导航定位方法，包括步骤：
S01：AGV车体上安装有两个激光扫描器，两个激光扫描器分别对扫描区域A1和扫描区域A2的原始激光扫描数据进行采集，并对采集数据进行滤波及数据预处理；
S02：对S01中滤波和数据预处理后的数据进行特征提取，获取激光扫描数据的特征数据；
S03：对S02中获取的特征数据提取点、直线段或圆弧中的一种或几种特征数据，并对所提取点、直线段或圆弧特征数据分别进行关联匹配，获得关联匹配数据；
S04：从AGV车体上的控制器中获取行车数据；
S05：对激光扫描数据进行数据融合，所述数据融合是根据关联匹配数据和行车数据对多个激光扫描器的数据进行叠加、拼接的融合运算处理，数据融合运算处理后获得一组融合数据；
S06：判断AGV车载控制器中是否存有已建立的电子地图：若电子地图已建立则进入步骤S08导航模式，否则进入步骤S07建图模式；
S07：所述建图模式，是根据步骤S05中获取的融合数据建立AGV对环境特征的电子地图，并保存在AGV车载控制器，然后进入步骤S08；
S08：导航模式，AGV车载控制器进行实时计算AGV的位置和姿态数据，同时探测AGV前进方向的障碍物，并将计算结果和障碍检测结果发送给AGV车载控制器，完成对AGV的导航。
进一步的，步骤S02中所述特征数据包括自然轮廓特征数据或人工地标特征数据或两者的混合数据。
进一步的，所述自然轮廓特征数据包括特征点数据、直线段数据、圆弧数据；所述人工地标包括平面或圆柱形反射胶贴；
进一步的，步骤S04中所述的行车数据指：行走编码器数据、转向编码器数据、陀螺仪数据。
进一步的，步骤S05中所述融合运算处理的处理过程由“昆船AGV激光导航算法V1.0”进行数据融合运算处理。
一种多激光扫描器的激光导引AGV导航定位装置，包括AGV车体、置于AGV车体上的车载控制器，驱动AGV车体移动的驱动装置，其特征在于于AGV车体上安装有至少两个激光扫描器：AGV车体前端安装有第一激光扫描器，第一激光扫描器的扫描区域A1，于AGV车体后端安装有第二激光扫描器，第二激光扫描器的扫描区域A2。
进一步的，所述第一激光扫描器和第二激光扫描器可分别安装于AGV车体的正前端和正后端，二者沿AGV车体中线安装布置，且二者均安装于同一安装平面A上。
进一步的，所述第一激光扫描器和第二激光扫描器可分别安装于AGV车体前后端的对角处，二者沿AGV对角线安装布置，且位于同一安装平面上。
进一步的，所述AGV车体还包括位于车体前端的前执行机构和/或位于车体后端的后执行机构，所述驱动装置为置于AGV车体底面上的行走轮。
进一步的，所述前执行机构、后执行机构可为液压顶升装置、凸轮顶升机构、齿轮齿条、涡轮蜗杆或丝杠结构，所述行走轮可为麦克纳姆轮、转向架、舵轮。
本发明的工作原理介绍：AGV车体上安装有至少两个激光扫描器，两个激光扫描器安装在AGV车体前端的对角处和后端的对角处两处位置，二者沿AGV对角线安装布置，且位于同一安装平面上；或者AGV车体的正前端和正后端两处位置，二者沿AGV车体中线安装布置，且二者均安装于同一安装平面A上。通过对两个不同方向的激光扫描器所获取的扫描信息进行数据融合处理，可获取更广阔的扫描视野，避免了因AGV自身对激光扫描器遮挡而带来的视野受阻的问题。安装于AGV车体的正前端和正后端两处位置的激光扫描器，分别能够获取180°范围内的环境数据；而安装在AGV车体前端的对角处和后端的对角处两处位置的激光扫描器能够分别获得270°范围内的环境数据，通过数据融合的叠加后可获取360°的环境数据，从而能够有效的保证AGV小车获取更加全面的环境数据，获得更加精准的导航和定位效果，提高导航和定位的稳定性和精准度。
两个激光扫描器分别对扫描区域A1和扫描区域A2的原始轮廓数据进行采集，并对采集数据进行滤波及数据预处理；从滤波和数据预处理后的数据中提取轮廓特征，获取轮廓数据的特征数据；并对获取的特征数据中的点、直线段或圆弧中的一种或几种特征数据分别进行关联匹配，获得关联匹配数据；从AGV车体上的控制器中获取行车数据；对多个激光扫描数据进行数据融合，所述数据融合是根据关联匹配数据和行车数据对多个激光扫描器的数据进行叠加、拼接的融合运算处理，数据融合运算处理后获得一组融合数据；判断车载控制器中是否存有已建立的电子地图：若电子地图已建立则进入导航模式，否则进入建图模式；
所述建图模式，是根据融合数据建立AGV对环境特征的电子地图，并保存在AGV车载控制器；
导航模式，实时计算AGV的位置和姿态数据，同时探测AGV前进方向的障碍物，并将计算结果和障碍检测结果发送给AGV车载控制器，完成对AGV车体的导航。
步骤S02中所述特征数据包括自然轮廓特征数据或人工地标特征数据或两者的混合数据。所述自然轮廓特征数据包括特征点数据、直线段数据、圆弧数据；所述人工地标包括平面或圆柱形反射胶贴；步骤S04中所述的行车数据指：行走编码器数据、转向编码器数据、陀螺仪数据。
步骤S05中所述融合运算处理的处理过程由“昆船AGV激光导航算法V1.0”算法程序进行数据融合运算处理。
从数个激光扫描器采集的数据经过“昆船AGV激光导航算法V1.0”完成滤波、预处理，特征提取，数据融合，数据关联匹配和导航定位计算等计算处理工作；处理后的数据发送至车载控制器用于提供导航定位操作。
可见，通过对增加多个激光扫描器，能够获取同一场景内全方位的特征信息数据，这样当激光器安装高度低于AGV车体高度时，可避免激光器受到AGV自身的遮挡而影响视野，从而达到扩大AGV视野并保障正常完成导航定位，有利于激光导引AGV朝着潜入式、扁平化的结构发展。
附图说明
图1是一种多激光扫描器的激光导引AGV导航定位方法的步骤流程图；
图2是一种多激光扫描器的激光导引AGV导航定位装置的立体结构示意图；
图3是一种多激光扫描器的激光导引AGV导航定位装置的多激光器扫描区域示意图；
图4是一种多激光扫描器的激光导引AGV导航定位装置的结构侧视图；
图5是本发明实施例3的一种多激光扫描器的激光导引AGV导航定位装置的多激光扫描区域示意图；
其中：1—AGV车体、2—第一激光扫描器、3—第二激光扫描器、4—前执行机构、5—后执行机构、6—行走轮。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例1：如图1所示，一种多激光扫描器的激光导引AGV导航定位方法，包括如下步骤：
S01：AGV车体上安装有至少两个激光扫描器，至少两个激光扫描器分别对扫描区域A1和扫描区域A2的原始轮廓数据进行采集，并对采集数据进行滤波及数据预处理；
S02：对S01中滤波和数据预处理后的数据进行特征提取，获取轮廓数据的特征数据；所述特征数据包括自然轮廓特征数据或人工地标特征数据或两者的混合数据。所述自然轮廓特征数据包括特征点数据、直线段数据、圆弧数据；所述人工地标包括平面或圆柱形反射胶贴；
S03：对S02中获取的特征数据提取点、直线段或圆弧中的一种或几种特征数据，并对所提取点、直线段或圆弧特征数据分别进行关联匹配，获得关联匹配数据；
S04：从AGV车体上的控制器中获取行车数据；所述的行车数据指：行走编码器数据、转向编码器数据、陀螺仪数据。
S05：对激光扫描数据进行数据融合，所述数据融合是根据关联匹配数据和行车数据对多个激光扫描器的数据进行叠加、拼接的融合运算处理，数据融合运算处理后获得一组融合数据；所述融合运算处理的处理过程由“昆船AGV激光导航算法V1.0”进行数据融合运算处理。
S06：判断AGV车载处理器中否存有已建立电子地图：若电子地图已建立则进入步骤S08导航模式，否则进入步骤S07建图模式；
S07：所述建图模式，是根据步骤S05中获取的融合数据建立AGV对环境特征的电子地图，并保存在AGV车载控制器，然后进入步骤S08；
S08：导航模式，实时计算AGV的位置和姿态数据，同时探测AGV前进方向的障碍物，并将计算结果和障碍检测结果发送给AGV车载控制器，完成对AGV车体的导航。
实施例2：如图2～图4所示，一种多激光扫描器的激光导引AGV导航定位装置，包括AGV车体1、置于AGV车体1上的车载控制器，驱动AGV车体1移动的驱动装置，其特征在于于AGV车体1上安装有至少两个激光扫描器：AGV车体1前端安装有第一激光扫描器2，第一激光扫描器2的扫描区域A1，于AGV车体1后端安装有第二激光扫描器3，第二激光扫描器3的扫描区域A2。
所述第一激光扫描器2和第二激光扫描器3分别安装于AGV车体1的正前端和正后端，二者沿AGV中线安装布置，且二者均安装于同一安装平面A上。
所述AGV车体1还包括位于车体前端的前执行机构4和/或位于车体后端的后执行机构5，所述驱动装置为置于AGV车体1底面上的行走轮6。
实施例3：如图5所示，在实施例2的基础上做出改进，所述第一激光扫描器2和第二激光扫描器3分别安装于AGV车体1前端的边缘的端头处和AGV车体1后端边缘的不同边的一端头处，二者沿AGV对角线安装布置，且位于同一安装平面上。
所述前执行机构4、后执行机构5可为液压顶升装置、凸轮顶升机构、齿轮齿条、涡轮蜗杆或丝杠结构。
所述行走轮6可为麦克纳姆轮、转向架、舵轮。
上述实施实例仅仅是对具体的实施方式的示意性描述，本发明的范围亦不限于上述特定实施实例。
Claims (10)
1.一种多激光扫描器的激光导引AGV导航定位方法，其特征在于，包括步骤：
S01：AGV车体上安装有两个激光扫描器，两个激光扫描器分别对扫描区域A1和扫描区域A2的原始激光扫描数据进行采集，并对采集数据进行滤波及数据预处理；
S02：对S01中滤波和数据预处理后的数据进行特征提取，获取激光扫描数据的特征数据；
S03：对S02中获取的特征数据提取点、直线段或圆弧中的一种或几种特征数据，并对所提取点、直线段或圆弧特征数据分别进行关联匹配，获得关联匹配数据；
S04：从AGV车体上的控制器中获取行车数据；
S05：对激光扫描数据进行数据融合，所述数据融合是根据关联匹配数据和行车数据对多个激光扫描器的数据进行叠加、拼接的融合运算处理，数据融合运算处理后获得一组融合数据；
S06：判断AGV车载控制器中是否存有已建立的电子地图：若电子地图已建立则进入步骤S08导航模式，否则进入步骤S07建图模式；
S07：所述建图模式，是根据步骤S05中获取的融合数据建立AGV对环境特征的电子地图，并保存在AGV车载控制器，然后进入步骤S08；
S08：导航模式，AGV车载控制器进行实时计算AGV的位置和姿态数据，同时探测AGV前进方向的障碍物，并将计算结果和障碍检测结果发送给AGV车载控制器，完成对AGV的导航。
2.根据权利要求1所述的导航定位方法，其特征在于，步骤S02中所述特征数据包括自然轮廓特征数据或人工地标特征数据或两者的混合数据。
3.根据权利要求2所述的导航定位方法，其特征在于，所述自然轮廓特征数据包括特征点数据、直线段数据、圆弧数据；所述人工地标包括平面或圆柱形反射胶贴。
4.根据权利要求1所述的导航定位方法，其特征在于，步骤S04中所述的行车数据指：行走编码器数据、转向编码器数据、陀螺仪数据。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的导航定位方法，其特征在于，步骤S05中所述融合运算处理的处理过程由“昆船AGV激光导航算法V1.0”进行数据融合运算处理。
6.一种多激光扫描器的激光导引AGV导航定位装置，包括AGV车体(1)、置于AGV车体(1)上的车载控制器，驱动AGV车体(1)移动的驱动装置，其特征在于于AGV车体(1)上安装有至少两个激光扫描器：AGV车体(1)前端安装有第一激光扫描器(2)，第一激光扫描器(2)的扫描区域A1，于AGV车体(1)后端安装有第二激光扫描器(3)，第二激光扫描器(3)的扫描区域A2。
7.根据权利要求6所述的导航定位装置，其特征在于，所述第一激光扫描器(2)和第二激光扫描器(3)可分别安装于AGV车体(1)的正前端和正后端，二者沿AGV车体(1)中线安装布置，且二者均安装于同一安装平面A上。
8.根据权利要求6所述的导航定位装置，其特征在于，所述第一激光扫描器(2)和第二激光扫描器(3)可分别安装于AGV车体(1)前后端的对角处，二者沿AGV对角线安装布置，且位于同一安装平面上。
9.根据权利要求6所述的导航定位装置，其特征在于，所述AGV车体(1)还包括位于车体前端的前执行机构(4)和/或位于车体后端的后执行机构(5)，所述驱动装置为置于AGV车体(1)底面上的行走轮(6)。
10.根据权利要求9所述的导航定位装置，其特征在于，所述前执行机构(4)、后执行机构(5)可为液压顶升装置、凸轮顶升机构、齿轮齿条、涡轮蜗杆或丝杠结构，所述行走轮(6)可为麦克纳姆轮、转向架、舵轮。
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