[发明专利]一种融合磁条、磁钉和惯导的AGV室内外复合导航系统及方法

权利要求书

1.一种融合磁条、磁钉和惯导的AGV室内外复合导航系统，其特征在于：该系统包括铺设于地面的磁条、磁钉、RFID信标，电子地图和车载设备；

所述磁条铺设于室内，磁钉稀疏地铺设于室外，RFID信标稀疏地铺设于室内和室外由磁条或磁钉形成的AGV运行轨道上，室内的最后一段磁条为直线段；每个RFID信标具有唯一编号且与电子地图对应；

所述车载设备包括磁传感器、陀螺仪、RFID读卡器和控制单元；磁传感器、陀螺仪和RFID读卡器分别与控制单元连接；

所述控制单元根据RFID读卡器数据切换室内导航运动控制和室外导航运动控制；

所述室内导航运动控制通过磁传感器采集的AGV小车相对于磁条的横向偏差数据来实现，并在离开室内环境前，根据磁传感器采集的AGV小车相对于磁条的横向偏差数据和陀螺仪自身的姿态角数据修正陀螺仪数据；

所述室外导航运动控制通过修正后的陀螺仪数据和经过磁钉时磁传感器采集的AGV小车相对于磁钉的横向偏差数据来实现；所述室外导航运动控制包括：

(1)磁钉间横向偏差数据预测，根据以下公式计算预测的横向偏差数据

其中，k为采样时刻，T为采样周期，v为车体前进线速度，a为AGV运动中心点到磁传感器的纵向距离，b为AGV运动中心点到磁传感器的横向距离，θ为修正后的陀螺仪姿态角；对于差速驱动的AGV，其运动中心指的是两个驱动轮连线的中心点；对于舵轮驱动的AGV，其运动中心指的是两个定向轮连线的中心点；对于四轮驱动的AGV，其运动中心指的是四个轮子的几何中心；

(2)横向偏差数据修正：在经过磁钉时，利用磁传感器检测到的实际横向偏差数据y_pe修正预测的横向偏差数据，即当在采样时间k₁检测到磁钉时，令：

(3)基于预测横向偏差数据实现磁钉间的路径跟踪控制，根据以下公式计算室外环境下的AGV偏转角速度ω：

2.根据权利要求1所述的一种融合磁条、磁钉和惯导的AGV室内外复合导航系统，其特征在于：所述陀螺仪可安装在AGV小车的任意位置，所述磁传感器和RFID读卡器固定在一起，可安装在AGV小车的任意部位。

3.根据权利要求1所述的一种融合磁条、磁钉和惯导的AGV室内外复合导航系统，其特征在于：所述室内导航运动控制基于磁传感器在AGV小车上的安装位置和尺寸，仅使用磁传感器横向偏差检测数据y_pe，AGV为舵轮驱动的AGV时，根据以下公式计算室内环境行驶过程中实际需要输出的舵轮角度δ：

其中，L为舵轮到后轮轴的距离，L_P为舵轮到磁传感器的纵向距离，v为车体前进线速度。

4.根据权利要求1所述的一种融合磁条、磁钉和惯导的AGV室内外复合导航系统，其特征在于：所述控制单元当小车运行在最后一段直线段磁条上时，从陀螺仪采集的数据中采样一组数据，获取该组采样数据的均值θ_ave，记录陀螺仪的当前姿态角θ_p，然后对陀螺仪进行清零操作，将清零后获得的陀螺仪姿态角θ′根据以下公式计算修正后的姿态角θ：

θ＝θ′+θ_p-θ_ave。

5.根据权利要求1所述的一种融合磁条、磁钉和惯导的AGV室内外复合导航系统，其特征在于：所述AGV为舵轮驱动的AGV时，根据以下公式计算室外环境行驶过程中实际需要输出的舵轮角度δ：

其中，L为AGV舵轮到其运动中心的距离。

6.根据权利要求1所述的一种融合磁条、磁钉和惯导的AGV室内外复合导航系统，其特征在于：直线路径上的磁钉间隔不超过3m，弯道上的磁钉间隔不超过1m。

7.一种基于权利要求1所述的融合磁条、磁钉和惯导的AGV室内外复合导航系统的导航方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)在室内AGV工作区域铺设磁条，室内的最后一段磁条为直线段，在室外AGV工作区域稀疏地铺设磁钉，在室内和室外的AGV运行轨道上稀疏地铺设RFID信标；每个RFID信标具有唯一编号且与电子地图对应；

(2)根据AGV小车上的RFID读卡器数据切换室内导航运动控制和室外导航运动控制；

(3)通过AGV小车上的磁传感器采集的AGV小车相对于磁条的横向偏差数据实现室内导航运动控制，并在AGV离开室内环境前，根据磁传感器采集的AGV小车相对于磁条的横向偏差数据和陀螺仪自身的姿态角数据修正陀螺仪数据；

(4)通过修正后的陀螺仪数据和经过磁钉时磁传感器采集的AGV小车相对于磁钉的横向偏差数据实现室外导航运动控制。