CN111624618A - 融合激光slam和二维码导航的定位方法及搬运平台 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及AGV定位技术领域，具体涉及融合激光SLAM和二维码导航的定位方法及搬运平台，利用激光SLAM导航***通过驱动机构使得搬运平台车体移动至终点附近处的二维码标记位置，二维码扫描仪扫描二维码，获取二维码的ID信息并由整车控制器总成计算搬运平台车体的精确位姿偏差，进入二次定位状态，并将原来使用的全局坐标改为二维码坐标系的相对坐标，获得微调整的角点坐标，整车控制器总成根据搬运平台车体的起点坐标与角点坐标规划出一条可行的曲线路径，通过后伺服舵轮总成、前伺服舵轮总成驱动搬运平台车体平滑移动到终点；本发明提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的AGV停车精度较低、结构复杂成本较高的缺陷。

Description

融合激光SLAM和二维码导航的定位方法及搬运平台
技术领域
本发明涉及AGV定位技术领域，具体涉及融合激光SLAM和二维码导航的定位方法及搬运平台。
背景技术
近年来，随着科学技术的发展，自动化技术呈现加速发展的趋势，国内自动化立体仓库和自动化柔性装配线进入发展与普及阶段。其中，在自动仓库与生产车间之间、各工位之间，AGV(Automated Guided Vehicle)起到了无可替代的重要作用。
目前，AGV***已经广泛应用于工业物料柔性搬运***中，随着物流***的快速发展，AGV的应用范围也在不断扩大。即时定位与地图构建(Simultaneous Localization andMapping，SLAM)技术，是指把机器人放在未知的环境中，从一个未知位置开始移动时对环境进行增量式地图创建，同时利用创建地图进行自主定位与导航。
AGV具有多个安全保护等级，只需在前期完成建图和设定目标点等工作，后续结合多机调度***或仓储管理***，即可实现车间的自动无人化。然而，为了确保在不同的环境下搬运的成功率，AGV需要更高的停车精度，然而目前市面上任何一家激光SLAM导航的AGV停车精度都不能达到毫米级。
为了使AGV的停车精度提升至毫米级，通常都是使用二次定位技术，使用二维码带、色带或磁条来辅助。这类方法虽然能够提供更多的位置信息且成本低廉，但AGV最终只能停靠在二维码带、色带或磁条上，换句话说，料架必须要精准投放在二维码带、色带或磁条的正上方。但这种方法类似于磁条导航，对码带贴制的平行度要求较高，且在二次定位中，需要三个二维码相机，成本较高。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了融合激光SLAM和二维码导航的定位方法及搬运平台，能够有效克服现有技术所存在的AGV停车精度较低、结构复杂成本较高的缺陷。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
融合激光SLAM和二维码导航的定位方法，包括以下步骤：
S1、利用激光SLAM导航***通过驱动机构使得搬运平台车体移动至终点附近处的二维码标记位置；
S2、二维码扫描仪扫描二维码，获取二维码的ID信息并由整车控制器总成计算搬运平台车体的精确位姿偏差；
S3、进入二次定位状态，并将原来使用的全局坐标改为二维码坐标系的相对坐标，获得微调整的角点坐标；
S4、整车控制器总成根据搬运平台车体的起点坐标与角点坐标规划出一条可行的曲线路径；
S5、通过后伺服舵轮总成、前伺服舵轮总成驱动搬运平台车体平滑移动到终点；
S6、通过搬运平台车体底盘的速度编码器值，计算搬运平台车体的位姿数据，当位姿数据与终点之间距离绝对值小于阈值时，整车控制器总成控制搬运平台车体停止。
优选地，所述激光SLAM导航***在搬运平台车体移动过程中扫描周围环境生成地图，在地图中建立搬运平台车体的运行轨迹并保存至整车控制器总成，整车控制器总成与上位机***构建好的室内地图进行匹配，并采用粒子滤波算法精确确定搬运平台车体在地图中的位置。
优选地，所述激光SLAM导航***在定位过程中依赖先验地图确定位置，当周围环境变化较大时，激光SLAM导航***对周围环境重新进行扫描。
优选地，所述二维码坐标系定义为：搬运平台车体前进方向为X正方向，搬运平台车体的左侧为Y正方向，搬运平台车体逆时针转动角度为正。
优选地，所述二维码贴于激光SLAM导航***的导航终点之前，且二维码在Y方向的偏离值不超过±80mm。
优选地，所述整车控制器总成通过跟踪路径算法计算出搬运平台车体的实时速度，再通过伺服驱动控制器将实时速度分解到驱动后伺服舵轮总成、前伺服舵轮总成上，驱动搬运平台车体平滑移动到终点；
整车控制器总成利用搬运平台车体的运动导航轨迹推演法计算位姿数据，当位姿数据与终点之间距离绝对值小于5mm时，整车控制器总成控制搬运平台车体停止。
融合激光SLAM和二维码导航的搬运平台，包括搬运平台车体，所述搬运平台车体内部设有整车控制器总成以及用于整车供电的电源管理总成，所述搬运平台车体顶部固定安装有激光SLAM导航***，所述搬运平台车体底部设有驱动机构、二维码扫描仪，所述整车控制器总成通过无线通信模块接收来自上位机***的调度控制指令。
优选地，所述激光SLAM导航***包括对角固定安装于搬运平台车体顶部的左后激光SLAM导航仪、右前激光SLAM导航仪，以及用于将左后激光SLAM导航仪、右前激光SLAM导航仪的导航信息发送给整车控制器总成的激光SLAM导航控制器。
优选地，所述驱动机构包括后伺服舵轮总成、前伺服舵轮总成，以及与所述整车控制器总成相连的用于驱动后伺服舵轮总成、前伺服舵轮总成的伺服驱动控制器。
优选地，所述后伺服舵轮总成、前伺服舵轮总成安装于搬运平台车体底部的中心位置，所述二维码扫描仪安装于后伺服舵轮总成、前伺服舵轮总成中心线的中点位置；
所述后伺服舵轮总成、前伺服舵轮总成中的驱动电机和转向电机均为伺服电机，所述伺服电机带有电磁制动器。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明所提供的融合激光SLAM和二维码导航的定位方法及搬运平台，能够将AGV的停车精度提升至毫米级，并不需要额外的二次定位装置，结构更简单，成本更低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明装置示意图；
图2为本发明图1俯视结构示意图；
图3为本发明图1底部结构示意图；
图4为本发明图3中二维码扫描仪示意图；
图5为本发明***示意图；
图6为本发明流程示意图；
图中：
1、搬运平台车体；2、激光SLAM导航***；3、二维码扫描仪；4、整车控制器总成；5、后伺服舵轮总成；6、前伺服舵轮总成；7、电源管理总成。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
融合激光SLAM和二维码导航的定位方法，如图6所示，包括以下步骤：
S1、利用激光SLAM导航***通过驱动机构使得搬运平台车体移动至终点附近处的二维码标记位置；
S2、二维码扫描仪扫描二维码，获取二维码的ID信息并由整车控制器总成计算搬运平台车体的精确位姿偏差；
S3、进入二次定位状态，并将原来使用的全局坐标改为二维码坐标系的相对坐标，获得微调整的角点坐标；
S4、整车控制器总成根据搬运平台车体的起点坐标与角点坐标规划出一条可行的曲线路径；
S5、通过后伺服舵轮总成、前伺服舵轮总成驱动搬运平台车体平滑移动到终点；
S6、通过搬运平台车体底盘的速度编码器值，计算搬运平台车体的位姿数据，当位姿数据与终点之间距离绝对值小于阈值时，整车控制器总成控制搬运平台车体停止。
激光SLAM导航***在搬运平台车体移动过程中扫描周围环境生成地图，在地图中建立搬运平台车体的运行轨迹并保存至整车控制器总成，整车控制器总成与上位机***构建好的室内地图进行匹配，并采用粒子滤波算法精确确定搬运平台车体在地图中的位置。
激光SLAM导航***在定位过程中依赖先验地图确定位置，当周围环境变化较大时，激光SLAM导航***对周围环境重新进行扫描。
二维码坐标系定义为：搬运平台车体前进方向为X正方向，搬运平台车体的左侧为Y正方向，搬运平台车体逆时针转动角度为正。
二维码贴于激光SLAM导航***的导航终点之前，且二维码在Y方向的偏离值不超过±80mm。
如果二维码标签没有贴放于导航终点之前，那么通过简单的坐标转换即可，保证搬运平台车体1在二维码标签上前后运动时x值变化，车头与二维码标签一致时返回角度是0°，且搬运平台车体1左转时返回角度为正值。
整车控制器总成通过跟踪路径算法计算出搬运平台车体的实时速度，再通过伺服驱动控制器将实时速度分解到驱动后伺服舵轮总成、前伺服舵轮总成上，驱动搬运平台车体平滑移动到终点。
整车控制器总成利用搬运平台车体的运动导航轨迹推演法计算位姿数据，当位姿数据与终点之间距离绝对值小于5mm时，整车控制器总成控制搬运平台车体停止。
融合激光SLAM和二维码导航的搬运平台，如图1至图5所示，包括搬运平台车体1，搬运平台车体1内部设有整车控制器总成4以及用于整车供电的电源管理总成7，搬运平台车体1顶部固定安装有激光SLAM导航***2，搬运平台车体1底部设有驱动机构、二维码扫描仪3，整车控制器总成4通过无线通信模块接收来自上位机***的调度控制指令。
激光SLAM导航***2包括对角固定安装于搬运平台车体1顶部的左后激光SLAM导航仪201、右前激光SLAM导航仪202，以及用于将左后激光SLAM导航仪201、右前激光SLAM导航仪202的导航信息发送给整车控制器总成4的激光SLAM导航控制器。
左后激光SLAM导航仪201、右前激光SLAM导航仪202对角固定安装于搬运平台车体1顶部，能够把车身的遮挡部分通过两激光SLAM扫描面进行计算，使得搬运平台运行时具有360度参考面，满足搬运平台精确定位的要求。
驱动机构包括后伺服舵轮总成5、前伺服舵轮总成6，以及与整车控制器总成4相连的用于驱动后伺服舵轮总成5、前伺服舵轮总成6的伺服驱动控制器。
后伺服舵轮总成5、前伺服舵轮总成6安装于搬运平台车体1底部的中心位置，二维码扫描仪3安装于后伺服舵轮总成5、前伺服舵轮总成6中心线的中点位置；
后伺服舵轮总成5、前伺服舵轮总成6中的驱动电机和转向电机均为伺服电机，伺服电机带有电磁制动器，能够为搬运平台车体1的运行精度提供保障。
上位机***通过WIFI模块实现对多搬运平台车体1的任务分配、车辆管理、交通管理、通讯管理，整车控制器总成4通过Can-open通讯协议与伺服驱动控制器进行通讯，可以实时发送控制指令，伺服电机能够实时反馈搬运平台车体1底部速度编码器的脉冲数据，保证搬运平台车体1的停车精度可以达到毫米级。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.融合激光SLAM和二维码导航的定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、利用激光SLAM导航***通过驱动机构使得搬运平台车体移动至终点附近处的二维码标记位置；
S2、二维码扫描仪扫描二维码，获取二维码的ID信息并由整车控制器总成计算搬运平台车体的精确位姿偏差；
S3、进入二次定位状态，并将原来使用的全局坐标改为二维码坐标系的相对坐标，获得微调整的角点坐标；
S4、整车控制器总成根据搬运平台车体的起点坐标与角点坐标规划出一条可行的曲线路径；
S5、通过后伺服舵轮总成、前伺服舵轮总成驱动搬运平台车体平滑移动到终点；
S6、通过搬运平台车体底盘的速度编码器值，计算搬运平台车体的位姿数据，当位姿数据与终点之间距离绝对值小于阈值时，整车控制器总成控制搬运平台车体停止。
2.根据权利要求1所述的融合激光SLAM和二维码导航的定位方法，其特征在于：所述激光SLAM导航***在搬运平台车体移动过程中扫描周围环境生成地图，在地图中建立搬运平台车体的运行轨迹并保存至整车控制器总成，整车控制器总成与上位机***构建好的室内地图进行匹配，并采用粒子滤波算法精确确定搬运平台车体在地图中的位置。
3.根据权利要求2所述的融合激光SLAM和二维码导航的定位方法，其特征在于：所述激光SLAM导航***在定位过程中依赖先验地图确定位置，当周围环境变化较大时，激光SLAM导航***对周围环境重新进行扫描。
4.根据权利要求1所述的融合激光SLAM和二维码导航的定位方法，其特征在于：所述二维码坐标系定义为：搬运平台车体前进方向为X正方向，搬运平台车体的左侧为Y正方向，搬运平台车体逆时针转动角度为正。
5.根据权利要求4所述的融合激光SLAM和二维码导航的定位方法，其特征在于：所述二维码贴于激光SLAM导航***的导航终点之前，且二维码在Y方向的偏离值不超过±80mm。
6.根据权利要求1所述的融合激光SLAM和二维码导航的定位方法，其特征在于：所述整车控制器总成通过跟踪路径算法计算出搬运平台车体的实时速度，再通过伺服驱动控制器将实时速度分解到驱动后伺服舵轮总成、前伺服舵轮总成上，驱动搬运平台车体平滑移动到终点；
整车控制器总成利用搬运平台车体的运动导航轨迹推演法计算位姿数据，当位姿数据与终点之间距离绝对值小于5mm时，整车控制器总成控制搬运平台车体停止。
7.使用权利要求1所述的融合激光SLAM和二维码导航的定位方法的搬运平台，其特征在于：包括搬运平台车体(1)，所述搬运平台车体(1)内部设有整车控制器总成(4)以及用于整车供电的电源管理总成(7)，所述搬运平台车体(1)顶部固定安装有激光SLAM导航***(2)，所述搬运平台车体(1)底部设有驱动机构、二维码扫描仪(3)，所述整车控制器总成(4)通过无线通信模块接收来自上位机***的调度控制指令。
8.根据权利要求7所述的融合激光SLAM和二维码导航的搬运平台，其特征在于：所述激光SLAM导航***(2)包括对角固定安装于搬运平台车体(1)顶部的左后激光SLAM导航仪(201)、右前激光SLAM导航仪(202)，以及用于将左后激光SLAM导航仪(201)、右前激光SLAM导航仪(202)的导航信息发送给整车控制器总成(4)的激光SLAM导航控制器。
9.根据权利要求7所述的融合激光SLAM和二维码导航的搬运平台，其特征在于：所述驱动机构包括后伺服舵轮总成(5)、前伺服舵轮总成(6)，以及与所述整车控制器总成(4)相连的用于驱动后伺服舵轮总成(5)、前伺服舵轮总成(6)的伺服驱动控制器。
10.根据权利要求9所述的融合激光SLAM和二维码导航的搬运平台，其特征在于：所述后伺服舵轮总成(5)、前伺服舵轮总成(6)安装于搬运平台车体(1)底部的中心位置，所述二维码扫描仪(3)安装于后伺服舵轮总成(5)、前伺服舵轮总成(6)中心线的中点位置；
所述后伺服舵轮总成(5)、前伺服舵轮总成(6)中的驱动电机和转向电机均为伺服电机，所述伺服电机带有电磁制动器。
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