[发明专利]一种带惯性补偿的AGV激光导航系统

权利要求书

1.一种带惯性补偿的AGV激光导航系统，其特征在于，包括激光导航模块、惯性补偿导航模块、人机交互模块以及底层控制模块。激光导航模块包括工控机、激光雷达；惯性补偿导航模块包括由加速度计、陀螺仪和磁力计组成的九轴加速度传感器，STM32核心控制板(1)；人机交互模块包括集成安卓系统的开发板、语音交互单元和摄像头；底层控制模块包括STM32核心控制板(2)、电机驱动器和编码器。

2.根据权利要求1所述的激光导航模块用以实现构建环境二维地图、导航路径规划以及路径导航；激光导航模块实时加载导航地图，计算AGV叉车当前的实时位姿及导航路径信息，将AGV叉车实时位姿及导航路径信息传递给AGV叉车主控制器的速度控制模块，根据AGV叉车的速度信息进行闭环控制，使AGV叉车按照既定的速度及路径运行。所述的惯性补偿模块通过查询方式获取九轴加速度传感器(陀螺仪、加速度计以及磁力计)采集的数据，而且能够有效滤除陀螺仪采集的数据的固定漂移和随机误差，能够获得陀螺仪准确的角度数据，同时能够除去AGV打滑以及轮子空转时造成的电机编码器数据的计算误差。所述的人机交互模块是AGV和用户建立联系的主要模块，在人机交互模块中不需要处理大量数据，只需要根据用户需求建立导航需求功能按钮，采用一键式操作，指引AGV完成运输任务，可选的语音交互单元提供了语音指令，使导航系统的实际使用更为便捷。所述的底层控制模块主要用于执行导航命令，是AGV的执行单元。底层控制模块中的STM32核心控制板(2)直接与导航模块的工控机相连，编码器获得的电机运行数据直接与导航模块建立联系，便于实时调整系统参数提高导航精度。

3.一种带惯性补偿的AGV激光导航系统，其特征在于，包含如下步骤：

1)在激光导航系统中由激光雷达构建环境二维地图，AGV导航系统启动时，相应惯性导航系统也会跟随启动，记录AGV初始姿态与位置，通过人机交互模块控制AGV在工作环境中运行，同时构建周围环境地图，另外由底层控制系统和惯性导航系统跟踪AGV位姿；

2)导入环境二维地图，给出AGV目标站点，系统会结合地图信息初步描绘AGV小车行走的全局路径，并根据所确定的初步导航路径的特征，还有AGV小车的基础运动方式，提取初步导航路径上的主要关键点，用于后续路径控制；

3)AGV底层控制模块接受导航系统指令开始运行，同时进行相关传感器的实时数据采集，采集陀螺仪数据，数据处理单元中的陀螺仪数据采集模块通过实时发送查询协议到陀螺仪，获取陀螺仪测量的原始数据，数据处理单元中的固定漂移处理模块将陀螺仪采集的原始数据，通过离线数据分析得到期望做补偿常量，使得数据成标准高斯分布，然后进行卡尔曼滤波处理，去除固定漂移的数据进行卡尔曼滤波，使数据变得平滑，将卡尔曼滤波后的数据进行积分得到角度信息；

4)磁力计校准，根据磁力采集的AGV方位校准AGV当前运行方向和实际轨迹方向的偏差角度，如果偏差角度较小，则将陀螺仪采集角度积分初始点校准为校准角度，否则不校准；如果偏差角度太大，则认为AGV脱轨运行，进行陀螺仪的二次检测，最后将实际数据输入到里程计中；

5)将里程计求得的当前时刻AGV小车位姿传给AGV底层控制系统中的STM32底层控制板(2)，其输入为所求当前AGV小车位姿及导航路径信息，输出为AGV小车当前时刻速度信息，速度信息包含AGV坐标系下X轴方向、Y轴方向速度及绕Z轴旋转角速度。STM32底层控制板(2)将所求速度信息传给电机驱动器，控制AGV按给定速度及导航路径向目标点运行，通过AGV小车实际运行，系统会实时校正采集点数据，使AGV其沿着初步导航路径进行运动。完成初步导航路径运动后重复1)到4)步骤，直至AGV小车完成给定行走路线。