[发明专利]一种基于单磁钉的高精度自动导引车定位定向装置及方法

权利要求书

1.一种基于单磁钉的高精度自动导引车定位定向装置，其特征在于：包括磁钉、磁传感器阵列和微处理器，

所述磁钉铺设在地面上，用于产生相对于经过磁钉且垂直于地面的轴为非对称性的磁场；

所述磁传感器阵列设置在导引车上，其为二维形式排列，用于采集磁钉周围的磁场大小并传输至微控制单元；

所述微处理器基于磁场模型和非线性最优化算法计算磁钉相对于磁传感器阵列的位置和方向；具体如下：

步骤1、根据磁场模型对磁钉产生的磁场进行建模，基于该磁场模型获取磁传感器阵列中的第l个磁传感器所在位置的磁场理论值为B_l；

步骤2、磁传感器阵列进行测量时，获取第l个磁传感器所在位置的磁场测量值为B_l'；根据磁传感器阵列中的磁传感器磁场测量值B_l'和磁场理论值B_l获得误差函数E；

磁传感器阵列进行测量时，第l个磁传感器所在位置的磁场表示为：

其中，N表示磁传感器个数，B_T是与磁钉大小和磁性相关的常量，H₀表示磁钉方向的单位向量(m,n,p)^T，F_l表示磁钉5位置(a,b,c)到磁传感器位置(x_l,y_l,z_l)的位置向量，R_l表示F_l的大小，即

令(B′_lx,B′_ly,B′_lz)^T为磁传感器阵列的第l个磁传感器测量值，(B_lx,B_ly,B_lz)^T为基于磁偶极子模型计算得到的理论值，由式(1)展开：

误差函数则定义为：

步骤3、建立磁传感器阵列坐标系S和磁钉坐标系D，假设第l个磁传感器位置在磁传感器坐标系S下为在磁钉坐标系D下为二者通过坐标转换矩阵T_sd进行转换，得在磁钉坐标系D下的第l个磁传感器位置；

第l个磁传感器位置在磁传感器坐标系S下为在磁钉坐标系D下为二者通过坐标转换矩阵T_sd进行转换：

其中，表示磁传感器阵列中心在磁钉坐标系D下的值；

使用k₁,k₂,k₃,k₄和k₅分别表示cosθ,sinθ,和坐标转换矩阵T_sd表示如下：

所以，第l个磁传感器位置在磁钉坐标系D下，表示为：

步骤4、当磁传感器阵列测量值B_st达到阀值B_tr时，采用非线性最优化算法通过多次迭代得到未知参数(k₁,k₂,k₃,k₄,k₅)，使步骤1中的误差函数E达到最小，其中，

根据获得的参数(k₁,k₂,k₃,k₄,k₅)即可得到磁钉相对于磁传感器阵列的位置(Δx,Δy)和方向θ为

Δx＝k₃

Δy＝k₄

2.根据权利要求1所述的一种基于单磁钉的高精度自动导引车定位定向装置，其特征在于：所述磁钉为永久磁铁。

3.根据权利要求1所述的一种基于单磁钉的高精度自动导引车定位定向装置，其特征在于：所述磁传感器阵列采用三轴磁传感器。

4.根据权利要求1所述的一种基于单磁钉的高精度自动导引车定位定向装置，其特征在于：所述磁场模型为磁偶极子模型或四极子扩展模型。