CN109375631A - 一种实现高速磁导航识别的***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现高速磁导航识别的***，包括处理器、避障装置、运动控制器装置、地图数据库和导航识别装置，所述处理器分别连接避障装置、运动控制器装置、地图数据库和导航识别装置，本发明通过车体与轨道之间的偏移角转换为速度矢量的计算方法，该方案能够有效且高速地实现磁导航识别，在修正车***置中，不仅考虑车体的横移与旋转，还考虑了车体的畸变速度，并对原主速度进行修正，使磁导航识别的精度大大提高，更重要的是，简化纠正偏差计算可以更加高速进行磁导航识别，提高机器人的行走速度，最高可达4m/s。

Description

一种实现高速磁导航识别的***及方法
技术领域
本发明涉及导航技术领域，具体是一种实现高速磁导航识别的***及方法。
背景技术
磁导航识别在轮式移动机器人中有着非常重要的地位，其中AGV(AutomatedGuided Vehicle，自动导航运输车)磁导航属于轮式移动机器人的范畴，AGV是一种装备有电磁或光学等自动导引装置，随着AGV技术的发展，我国生产AGV的厂家逐年增加。
现有的磁导航控制方式中，大多数采用单排传感器阵列，此种方式布置的传感器，能实现移动机器人沿着磁导轨运行，在传感器检测过程能实时纠正距离和角度偏差。
单排传感器阵列虽然可以实现机器人的运行，但是计算出来的距离偏差和角度偏差有一定的误差，单排传感器阵列对于位置没有准确的标志反应，且对于在机器人运行中没有考虑实际的情况，即在运行过程中机器人受惯性影响；此外，在运行中很有可能因为偏差导致机器人越出磁带，磁传感器因无法检测到磁带，影响正常运行，虽然机器人能实时纠正偏差，但是增加了处理器的运算量，导致机器人不能够快速地磁导航识别。因此普遍机器人的行走速度比较慢，一般都在0.5m/s。
发明内容
发明的目的在于提供一种实现高速磁导航识别的***及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，发明提供如下技术方案：
一种实现高速磁导航识别的***，包括处理器、避障装置、运动控制器装置、地图数据库和导航识别装置，所述处理器分别连接避障装置、运动控制器装置、地图数据库和导航识别装置。
作为发明的优选方案：所述导航识别装置包括前磁传感器和后磁传感器。
作为发明的优选方案：所述地图数据库，用于存储地图轨道信息，以便机器人工作中对目标点的路径规划和定位。
作为发明的优选方案：所述地图轨道信息是基于磁条所设定的轨迹路线。
一种实现高速磁导航识别的方法，包含以下步骤：
A、前磁传感器和后磁传感器检测并采集磁导轨的磁信号；
B、根据一维寻找峰值点的方法，在采集的磁信号中找出磁感应强度数值最大的磁检测传感器；
C、采用加权重心算法计算出导轨中心点所在传感器位置；
D、通过矢量方法修正车***置。
作为发明的优选方案：所述磁信号具体是磁感应强度，其磁检测传感器与磁导轨之间的距离不同，其传感器检测出的磁感应强度也不同。
作为发明的优选方案：所述一维寻找峰值点，用于识别磁导轨的位置；每个传感器都会检测出一个磁场强度的大小数据，即每个传感器检测到的磁感应强度的数值不同，最接近磁导轨的磁检测传感器，其磁感应强度数值最大，利用一维寻找峰值点找出最大磁感应强度，即可以找到磁导轨所在的位置。
与现有技术相比，发明的有益效果是：本发明通过车体与轨道之间的偏移角转换为速度矢量的计算方法，该方案能够有效且高速地实现磁导航识别，在修正车***置中，不仅考虑车体的横移与旋转，还考虑了车体的畸变速度，并对原主速度进行修正，使磁导航识别的精度大大提高，更重要的是，简化纠正偏差计算可以更加高速进行磁导航识别，提高机器人的行走速度，最高可达4m/s。
附图说明
图1是轨道坐标系示意图
图2是车体坐标系示意图
图3是一种实现高速磁导航识别***结构示意图
图4是一种实现高速磁导航识别方法流程图。
具体实施方式
下面将结合发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
请参阅图1-4，实施例1：发明实施例中，一种实现高速磁导航识别的***，如图3所示，包括：地图数据库、处理器、避障装置、运动控制装置以及导航识别装置；
其中：地图数据库，用于存储地图轨道信息，以便机器人工作中对目标点的路径规划和定位；地图轨道信息是基于磁条所设定的轨迹路线，地图形成包括以下步骤：在预定的地点进行对轨迹路线铺设磁条；根据磁条所设定的轨迹路线形成电子地图；可通过人工进行地图的校准并录入地图数据库中。
处理器，与地图数据库连接，用于磁导航中的地图导航定位；与避障装置连接，用于实现车体的避障操作；与运动控制装置连接，用于驱使运动控制装置运动；与导航识别装置连接，用于实现对导航的运算处理等。
避障装置，用于避障装置对机器人运动前方障碍物识别；在机器人行进中，若避障装置检测到前方出现障碍物，机器人将停止运动，直至运动前方无障碍物之后，机器人再重新行进。
运动控制装置，用于驱动机器人的移动和转向；导航识别装置，用于机器人运动中的磁导轨寻迹以及对机器人位姿的判断；该装置由磁传感器组成，即前磁传感器和后磁传感器。
导航识别装置，用于机器人运动中的磁导轨寻迹以及对机器人位姿的判断；该装置由磁传感器组成，即前磁传感器和后磁传感器。
实施例2：在实施例1的基础上，本设计的实现高速磁导航识别的方法，如图4所示，包含以下步骤：
A、前磁传感器和后磁传感器检测并采集磁导轨的磁信号；磁信号，具体是磁感应强度，其磁检测传感器与磁导轨之间的距离不同，其传感器检测出的磁感应强度也不同；
B、根据一维寻找峰值点的方法，在采集的磁信号中找出磁感应强度数值最大的磁检测传感器；一维寻找峰值点，用于识别磁导轨的位置；每个传感器都会检测出一个磁场强度的大小数据，即每个传感器检测到的磁感应强度的数值不同，最接近磁导轨的磁检测传感器，其磁感应强度数值最大，利用一维寻找峰值点找出最大磁感应强度，即可以找到磁导轨所在的位置。
C、采用加权重心算法计算出导轨中心点所在传感器位置；
D、通过矢量方法修正车***置。矢量方法，用于计算车体与轨道的旋转偏移角，实现车***置的修正；所述方法包括如下：
如图1的轨道坐标系xy所示，黑色线条a和线条b相交y轴于点Pf和Pb，所述Pb线条a和线条b分别为前磁传感器条和后磁传感器条，Pf为前磁传感器检测位置，Pb为后磁传感器检测位置，C点为磁导轨的中心点，前磁传感器和后磁传感器之间的距离为L，后磁传感器到机器人中心点的距离为S，磁轨道中心点的位置不同，S符号也不同；若中心点在两磁传感器中间，S符号为负；若中心在后传感器后面，S符号为正；
如图2的车体坐标系αβ所示，车体与轨道坐标系的旋转偏转角为θ，也可以是中心点旋转偏移角为θ，若令横向偏移为Poff，由几何关系可得出：
旋转偏移角θ，通过转换关系(PID计算，模糊算法等方式)可以转换为对应的机器人旋转速度Vθ，Vθ为速度矢量，正反转符号不同；所述横向偏移Poff，通过转换关系转换为对应的磁导轨X轴速度Voff，Voff为速度矢量，带有方向；其计算方法包括如下步骤：若只考虑车体实际位置的横移与旋转，对于车体沿磁导轨的主速度采用直接修正的方法去处理，首先把主速度分解为沿磁导轨X轴方向且建立到车体上的αβ速度坐标系，则
此外，机器人还有沿磁导轨Y轴方向的速度矢量V，该速度建立到车体上αβ速度坐标系，其速度矢量则传递到电机速度解算函数的速度参数， Vβ＝-Voffsinθ+Vcosθ，Vα＝-Voffcosθ-Vsinθ，Vω＝Vθ；
在车体运动过程中，速度不是瞬变的，车体受惯性仍会沿当前主速度方向运动，上述对主速度直接修正没有考虑畸变速度方向的影响，由于车体惯性，即使修正了主速度矢量与导轨x/y方向对齐，但原来偏离了θ'角度的主速度仍会影响车体运动。一般而言θ'介于0 到θ之间。首先，需要具体求出获取当前各个轮子的速度；其次，通过坐标换算反求。下述为既考虑车体实际位置的横移与旋转，又考虑当前车体畸变速度方向的影响的计算过程：
为了抵消原主速度的影响并简化计算，在Voff上再叠加一个修正速度，此修正速度受上一个主速度大小和θ影响，可以得出新的速度矢量为：
Voffsum＝Voff+kVlastsinθ；
k为修正系数，这样修正上面的传递到电机速度解算函数的速度参数为：
Vβ＝-Voffsumsinθ+Vcosθ；Vα＝-Voffsumcosθ-Vsinθ；Vω＝Vθ。
对于本领域技术人员而言，显然发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种实现高速磁导航识别的***，包括处理器、避障装置、运动控制器装置、地图数据库和导航识别装置，其特征在于，所述处理器分别连接避障装置、运动控制器装置、地图数据库和导航识别装置。
2.根据权利要求1所述的实现高速磁导航识别的***，其特征在于，所述导航识别装置包括前磁传感器和后磁传感器。
3.根据权利要求1所述的实现高速磁导航识别的***，其特征在于，所述地图数据库，用于存储地图轨道信息，以便机器人工作中对目标点的路径规划和定位。
4.根据权利要求3所述的实现高速磁导航识别的***，其特征在于，所述地图轨道信息是基于磁条所设定的轨迹路线。
5.一种实现高速磁导航识别的方法，其特征在于，包含以下步骤：
A、前磁传感器和后磁传感器检测并采集磁导轨的磁信号；
B、根据一维寻找峰值点的方法，在采集的磁信号中找出磁感应强度数值最大的磁检测传感器；
C、采用加权重心算法计算出导轨中心点所在传感器位置；
D、通过矢量方法修正车***置。
6.根据权利要求5所述的实现高速磁导航识别的方法，其特征在于，所述磁信号具体是磁感应强度，磁检测传感器与磁导轨之间的距离不同，其磁检测传感器检测出的磁感应强度也不同。
7.根据权利要求5所述的实现高速磁导航识别的方法，其特征在于，所述一维寻找峰值点，用于识别磁导轨的位置；每个传感器都会检测出一个磁场强度的大小数据，即每个传感器检测到的磁感应强度的数值不同，最接近磁导轨的磁检测传感器，其磁感应强度数值最大，利用一维寻找峰值点找出最大磁感应强度，即找到磁导轨所在的位置。
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