CN207763722U - 一种可自由阵列组合的新型磁导航定位传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可自由阵列组合的新型磁导航定位传感器，属AGV定位导航领域。本实用新型针对现有市场中AGV磁导航定位传感器的缺陷与限制，设计了一种可根据应用需求，自由阵列组合的新型磁导航定位传感器装置，同时兼具导航和定位功能。本实用新型基于多个等间距布置的磁感MI传感器实时获取空间磁场分布，通过模糊算法、寻峰算法及去模糊算法对磁场分布数据进行处理，以获得磁载体几何中心在磁导航定位传感器上的投影坐标，该坐标与传感器安装高度和磁载体磁场性状耦合度较低，可作为导航和定位所需的精确位置数据依据。

Description

一种可自由阵列组合的新型磁导航定位传感器

技术领域

本实用新型涉及一种可自由阵列组合的新型磁导航定位传感器，确切地说是AGV在采用磁导航定位时所涉及的关键导航***件。属自动导引运输车(AGV)磁导航定位领域。

背景技术

自动导引运输车AGV(Automated Guided Vehicle)中的磁导航是自动化物流***的重要组成部分，是物流***实现自动化、智能化柔性化的核心移动搬运单元之一。它是通过磁导航定位传感器获取导航或定位依据的磁载体相对磁导航传感器的相对坐标，并结合作为导航或定位依据的磁载体的绝对坐标，实现对AGV的导航或定位。

传统的磁导航AGV通常采用磁条作为导引依据，磁道钉作为定位依据，而检测磁条的导引传感器和检测磁道钉的定位传感器，由于所检测磁载体(磁条、磁道钉)的磁场的强度及磁场分布不同，往往设计为针对不同磁载体的两个独立器件，并对传感器的安装高度和磁载体磁场性状有严格约束。这不利于磁导航定位传感器的批量化生产，并制约着磁导航定位传感器的在不同应用场景下的适用性及易用性。

目前国内的磁导航定位传感器，或采用磁阻(MR)传感器，或采用霍尔传感器作为磁场强度采样器件，例如中国专利公开号为CN105180927A的中国专利公开了一种磁导航传感器，由于采用霍尔传感器作为磁场强度采样器件，在实际应用中，霍尔传感器会因此磁化的影响，导致感应灵敏度和精确度降低。因此用户在使用过程中，需要器件做再次调整和标定，才能到达导航预期。并且该传感器严重依赖与所检测控件磁场的一维宽度，对安装角度和磁载体磁场形状有严格约束。无法适应不同磁场形状载体的导航，更无法获得高精度的定位信息。

再如公开号为CN100405084的中国专利所公开的一种混合型磁道钉传感器，同样存在同样的问题并且由于仅采用两个磁阻(MR)传感器作为磁场强度采样器件，起导航标识精度严重依赖于检测面磁场强度，并不能准确反映此载体的位置信息。

发明内容

本实用新型针对市场中现有AGV磁导航定位传感器的缺陷与限制，设计了一种可自由阵列组合的新型磁导航定位传感器装置，兼具导航和定位功能，并可根据不同应用需求自由阵列组合的新型磁导航定位传感器。

本实用新型一种可自由阵列组合的新型磁导航定位传感器的技术实现方案如下：磁导航定位传感器包括信号采集单元(1)、数据处理单元(2)、信号输出单元(3)，信号采集单元(1)将采集数据传送到数据处理单元(2)，数据处理单元(2)处理后再传送到信号输出单元(3)，信号输出单元(3)将位置信息输出；

所述自由阵列组合是由一个或多个传感器依据应用场景自由组合的传感器组；传感器组与信号采集单元(1)并联连接；

所述信号采集单元(1)包括不少于9个磁感(MI)传感器(4)，磁感(MI)传感器相互之间具有不大于10mm的等间距布置，磁感(MI)传感器采用SPI与数据处理单元(2)进行数据交互；

所述数据处理单元(2)由MCU或DSP构成，该数据处理单元(2)负责获取磁载体几何中心在磁导航定位传感器上的投影坐标；

所述信号输出单元(3)采用但不限于CAN总线、485总线、232串口通信接口。

具体步骤包括：

S01：初始化及配置；

S02：定时采集磁场数据；

S03：数据处理；

S04：按通讯协议输出导航定位数据。

所述可自由阵列组合是指单一传感器即可检测空间磁场沿传感器的一维分布；依实际应用需求的不同，通过一个或多个传感器组的在不同方向上自由阵列组合布置，即可检测空间磁场一维或二维分布情况，从而获得到导航定位所需维度的投影坐标。

所述初始化及配置步骤包括：

S0101：根据磁导航定位传感器的阵列组合布置情况，配置各个磁导航定位传感器在阵列组合中的位置参数；

S0102：采集静态磁背景数据。

S0103：保存配置参数及磁背景。

所述数据处理单元，其数据处理步骤包括：

S0301：对各磁感(MI)传感器(4)的采集信号做减扣背景处理，由于磁背景数据中已包含对单个磁感(MI)器件(4)的静态误差，因此通过减扣磁背景，可有效消除采样器件一致性导致的***偏差。

S0302：对各磁感(MI)传感器(4)的采集信号做模糊化处理，锐化磁场边缘，匹配并识别不同磁载体磁场边界。

S0303：在S0302所得到的磁载体对应磁场边界中，叠加所采集到的磁场强度矢量，做去模糊化处理，得到离散化的磁载体空间磁场强度分布。

S0304：在S0303所得到的离散化磁场强度分布中，采用寻峰算法，获得磁载体中心在磁导航定位传感器(组)所示维度的投影坐标。

所述单一传感器(5)通过检测空间磁场沿传感器的一维分布，并给出用于导航定位的磁载体中心在传感器一维方向上的投影坐标。

所述多个传感器组(6)通过检测空间磁场在传感器组(6)所构成平面的二维分布，并给出用于导航定位的磁载体中心在传感器组(6)平面上的投影坐标。

所述磁载体是磁条(7)或磁道钉(8)。

本实用新型采用可自由阵列组合设计，单一传感器即可检测空间磁场的一维分布，根据应用需求，通过多个传感器组的在不同方向上自由阵列组合布置，即可检测空间磁场的二维乃至三维分布情况，然后，基于实时采用获取的空间磁场分布，通过模糊算法、寻峰算法及去模糊算法对磁场分布数据进行处理，以获得磁载体几何中心在磁导航定位传感器上的投影坐标，该坐标与传感器安装高度和磁载体磁场性状耦合度较低，可作为导航和定位所需的精确位置数据依据。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的工作步骤流程图；

图3是本实用新型的配置及初始化步骤流程图；

图4是本实用新型的数据处理步骤流程图；

图5是本实用新型的单一传感器导航原理示意图

图6是本实用新型的多传感器阵列导航原理示意图；

图7是本实用新型的多传感器阵列定位原理示意图；

图8是本实用新型的一种磁道钉导航定位实施例示意图；

图9是本实用新型的一种磁条导航磁道钉编码定位实施例示意图；

图中：1—信号采集单元；2—数据处理单元；3—信号输出单元；4—磁感(MI)传感器；5—单一传感器；6—多个传感器组；7—磁条；8—磁道钉。

具体实施方式

下面结合实施例进一步阐述本实用新型的内容，此处的实施例仅限用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。基于本实用新型的技术思路，本领域普通技术人员在未脱离本实用新型创造构思的前提下所做的非创造性若干变形和改进的实施例，这应是本实用新型的保护范围。

本实用新型一种可自由阵列组合的新型磁导航定位传感器如图1所示，由信号采集单元1、数据处理单元2、信号输出单元3构成。所述自由阵列组合是指由一个或多个传感器根据应用场景自由组合的传感器组。其中，信号采集单元1包括不少于9个磁感MI传感器4，不小于5mm的等间距布置，磁感MI传感器4采用SPI与数据处理单元2进行数据交互；数据处理单元2由MCU或DSP构成，该单元主要负责获取磁载体几何中心在磁导航定位传感器上的投影坐标；信号输出单元采用但不限于CAN总线、485总线、232串口等通信接口。

本实用新型工作步骤流程如图2所示：

S01：初始化及配置；

S02：定时采集磁场数据；

S03：数据处理；

S04：按通讯协议输出导航定位数据。

本实用新型采用可自由阵列组合设计，单一传感器即可检测空间磁场沿传感器的一维分布，如图5所示,而根据实际应用需求的不同，通过一个或多个传感器组的在不同方向上自由阵列组合布置，即可检测空间磁场一维或二维分布情况，从而得到导航定位所需维度的投影坐标，如图6图7所示。

本实用新型所述配置及初始化S01步骤如图3所示：

S0101：根据磁导航定位传感器的阵列组合布置情况，配置各个磁导航定位传感器在阵列组合中的位置参数；

S0102：采集静态磁背景数据。

S0103：保存配置参数及磁背景。

1.本实用新型所述数据处理单元，其数据处理S03步骤如图4所示：

S0301：对各磁感MI传感器的采集信号做减扣背景处理，由于磁背景数据中已包含了对单个磁感MI器件的静态误差，因此通过减扣磁背景，还可有效消除由于采样器件一致性导致的***偏差。

S0302：对各磁感MI传感器的采集信号做模糊化处理，锐化磁场边缘，匹配并识别不同磁载体磁场边界。

S0303：在S0302所得到的磁载体对应磁场边界中，叠加所采集到的磁场强度矢量，做去模糊化处理，得到离散化的磁载体空间磁场强度分布。

S0304：在S0303所得到的离散化磁场强度分布中，采用寻峰算法，获得磁载体中心在磁导航定位传感器组所示维度的投影坐标。

实施例1：

如图8所示，本实用新型所述磁导航定位传感器用于磁道钉导航定位时，在磁导航AGV导引路径上等间距布置磁道钉。磁导航定位传感器分为两组一维阵列，分别布置于AGV的车头与车尾，其间距L与磁道钉间距相同，以确保AGV沿导引路径行走，每行进L的距离，前后两组磁导航定位传感器均能同时检测到磁道钉。磁导航定位传感器组的长度S与间距L决定了导引路径允许的最大转弯偏角。

AGV车载***根据自身行走编码器数据和转向编码器数据，对AGV当前位置进行实时估算，当AGV每经过两个磁道钉时，即可通过磁导航定位传感器获得AGV参考点相对磁道钉的位置坐标信息，用以纠正估算坐标，消除累计误差。

AGV车载***所需磁导航定位参数为：

参考点即中心点据两定位磁道钉之间连线的偏离距离：Δχ；

车身与两定位磁钉之间连线的偏角：α。

传感器组长度S以及传感器组间距L作为配置参数已知，因此，很容易通过磁道钉中心分别在两个传感器组上的一维投影坐标X1，X2计算车载***所需参数：

Δχ＝(X1+X2)/2；

α＝atan((X1-X2)/L)；

本实施例中，AGV还可搭载惯性导引***，GPS定位***等导航定位模块，实现混合导引，从而进一步提升AGV导航定位的精度。

实施例2：

如图9所示，本实用新型所述磁导航定位传感器还可用于磁条与磁道钉的混合导航定位。在本实施例中，磁条用于路径导引，一组3×3的磁道钉二维阵列用于编码定位。其中，单个磁道钉通过S极面向传感器或N极面向传感器两种布置方式，实现编码0和1的标识区分。

磁导航AGV沿磁条导引路径行进，磁导航定位传感器实时反馈导引磁条在传感器组上的一维投影坐标d，作为AGV的导航依据。同时，磁导航定位传感器在检测到磁道钉二维阵列时，实时反馈磁道钉阵列中心在传感器组上的二维投影坐标x,y，以及磁道钉二维阵列的编码信息，作为AGV的定位依据。

3×3的磁道钉二维阵列，最多可实现512种编码，用于标识不同的定位点信息。如所需标识信息超过512，则可通过增加磁道钉二维阵列中磁道钉的个数，布置更大的传感器阵列组进行导航和定位。

Claims (5)

1.一种可自由阵列组合的新型磁导航定位传感器，其特征在于，磁导航定位传感器包括信号采集单元(1)、数据处理单元(2)、信号输出单元(3)，信号采集单元(1)将采集数据传送到数据处理单元(2)，数据处理单元(2)处理后再传送到信号输出单元(3)，信号输出单元(3)将位置信息输出；

所述自由阵列组合是由一个或多个传感器依据应用场景自由组合的传感器组；

所述信号采集单元(1)包括不少于9个磁感MI传感器(4)，磁感MI传感器(4)相互之间具有不大于10mm的等间距布置，磁感MI传感器(4)采用SPI与数据处理单元(2)进行数据交互；

所述数据处理单元(2)由MCU或DSP构成，该数据处理单元(2)负责获取磁载体几何中心在磁导航定位传感器上的投影坐标；

所述信号输出单元(3)采用但不限于CAN总线、485总线、232串口通信接口。

2.根据权利要求1所述的一种可自由阵列组合的新型磁导航定位传感器，其特征在于，所述可自由阵列组合是指单一传感器(5)即可检测空间磁场沿传感器的一维分布。

3.根据权利要求2所述的一种可自由阵列组合的新型磁导航定位传感器，其特征在于，所述单一传感器(5)通过检测空间磁场沿传感器的一维分布，并给出用于导航定位的磁载体中心在传感器一维方向上的投影坐标。

4.根据权利要求1所述的一种可自由阵列组合的新型磁导航定位传感器，其特征在于，所述多个传感器组(6)通过检测空间磁场在传感器组(6)所构成平面的二维分布，并给出用于导航定位的磁载体中心在传感器组(6)平面上的投影坐标。

5.权利要求1或3所述的一种可自由阵列组合的新型磁导航定位传感器，其特征在于，磁载体是磁条(7)或磁道钉(8)。