[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

说明书

本发明涉及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，其通过磁钉产生非对称磁场，使磁传感器阵列在不同方向上测得的磁场强度不同，从而使得本发明可以基于单磁钉实现导引车的定位定向处理。而且通过将磁传感器阵列为二维形式排列，可以提高系统的抗干扰能力，同时增加磁钉的定位范围，因此布局磁传感器时，磁传感器的数量少，间隔大。也就是说，本发明在磁传感器数量少、间隔大的情况下，基于单磁钉方式，就可以获得高精度的导引车位置和方向信息，且精度优于传统的磁钉导航方法。

技术领域

本发明属于自动控制领域，具体涉及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。

背景技术

目前自动导引小车AGV已经成为智能制造、智能物流以及数字化工厂中的重要设备，在方便工厂货物运输、提高生产效率上具有重要的作用。自动引导，即沿着指定轨迹动行，目前常见的导航方式有：光电导航、磁带导航、磁钉导航、视觉导航以及激光导航等等。

光电导航，配合黑白胶带简单便宜，但胶带易受灰尘垃圾影响，路线固定等不足；视觉二维码导航，路线灵活，但易受光线和二维码清晰度的影响，且需要配套相机、光源及高处理能力的处理器，成本较高；激光导航精度高，但会大大增加AGV的成本；磁带导航运行可靠成本低，是目前国内外市场上最常见的AGV导航方式，但需要铺设磁条，工作量较大且路线固定等不足；磁钉导航，代替磁条路径的铺设，减少工作量，同时可以重复使用，是兼顾成本和灵活性的导航方式之一，具有很好的应用前景。

目前基于磁钉的AGV定位导航装置，主要由磁钉和磁传感器阵列组成。其实现原理是：将磁钉埋于地上，磁传感器阵列固定于AGV上，当AGV行驶过程中靠近磁钉时，距离磁钉最近的磁传感器，测得到的磁场强度值最大，并将该传磁感器的位置作为磁钉的位置，进而得出AGV本身与磁钉的相对位置。导航装置的定位精度跟传感器数量和传感器之间的间距密切相关，为提高导航装置的定位精度，一般采用以下方法：一、增加传感器数量；如图1所示，传统的磁钉导航装置一般采用一排线形的磁传感器阵列，且磁传感器1间隔较小，一般为10mm。为增加数据采集的可靠性，有些采用双排甚至三排的线形传感器阵列，当第一排磁传感器1未检测到磁钉时，采用其它第二排或第三排磁传感器1阵列进行补充采集，因此，需要大量的磁传感器1来提高定位精度和可靠性；二、保证磁传感器1之间不互相干扰的情况下，减小磁传感器1之间的间隔，一般为10mm；三、采用和改进传感器数据处理算法，如利用函数拟合方式对多磁传感器1数据进行拟合分析。此外，传统方法无法分辨磁钉的方向，为获得AGV的方向信息，一般做法是采用平行布设两个磁钉的方法实现。

因此，现有基于磁钉的AGV导航装置存在以下不足：一、需要大量的磁传感器1，且定位精度低，约为±5mm；二、需要利用双磁钉进行定向，定向过程要同时定位出两个磁钉的位置，进而获得AGV的方向信息，精度低且增加了导航装置的复杂度和磁钉的铺设密度。

发明内容

为克服现有基于磁钉的导航装置中存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于单磁钉的高精度AGV定位定向装置及方法，实现AGV停车和导航过程中的高精度的定位和定向。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于单磁钉的高精度自动导引车定位定向装置，其包括磁钉、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。

所述磁钉为永久磁铁。

所述磁传感器阵列采用三轴磁传感器。

所述磁场模型为磁偶极子模型或四极子扩展模型。