[发明专利]一种带惯性补偿的AGV激光导航系统

说明书

技术领域

本发明涉及移动机器人导航技术领域，具体为一种带惯性补偿的AGV激光导航系统。

背景技术

目前AGV自动导航小车已经成为智能制造、先进物流以及数字化工厂中的重要设备，作为方便工厂运输、提高生产效率具有非常重要的作用。目前常见的AGV导航方式有磁条导航和激光导航等，磁条导航AGV虽然相对价格便宜，且运行也较为可靠，但是每次运行AGV需要铺设磁条，路径较长时，铺设工作量较大，磁条的成本会比较高，同时更换路线后，由于磁条底部粘性变弱，不能重复使用，磁条后期在水、碾压、磨损等条件下，维护较麻烦。基于激光导航的AGV不需要设置固定的轨道，可通过激光雷达构建室内完整的地图，获得周围环境完整的信息，在移动过程中，通过激光扫描传感器实时获取周围环境的信息，采用相关导航算法，完成导航任务。但是，由于激光导航技术本身存在的缺陷，或者其不完善的地方，使其在二定情况下，比如在走廊、遇到体积较大的运动物体等，导致其定位不准确，在没有及时纠正的情况下，会出现脱离设定路线的可能；此外由于目前导航算法的局限性，此类AGV面临连续运行一段时间累积误差较大的现象，甚至出现迷航故障等问题停止运行，需维修。随着工业4.0和智能制造需求，因此市场上对一种使用更灵活、方便的AGV导航系统的研发是迫在眉睫。

随着工业自动化的发展，企业对工厂自动化提出了更高的要求。目前国内物流搬运环节大部分中AGV的运行仍处于有轨导引，以及少部分的非常昂贵的激光无轨导引与施工复杂的惯性导引；但有轨导引方式无法适用运行路径不固定的要求的问题，而无反射板激光导航无法满足末端定位高精度的要求，反射板激光导航其对环境改造较大，不易变换工作场景。因此，对于末端定位精度要求高，运行路径无固定线路的工作环境，单纯使用无反射板激光导航叉车无法满足末端定位高精度的要求，单纯使用有反射板激光导航方式叉车，虽能满足其导航路径灵活与末端定位精度高的特点，但造价太贵，使用环境改造量大，且对使用环境要求较高。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种适应末端定位精度要求高，运行路径无固定线路的工作环境，以及便于企业日常物料搬运，提高物流搬运效率，降低人力与引入成本的一种带惯性补偿的AGV激光导航系统，采用惯性导航补偿和激光导航相结合的方式实现系统的导航，其系统具体结构包括惯性补偿导航模块、激光精确导航模块、底层控制模块以及可选的人机交互模块；

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种带惯性补偿的AGV激光导航系统，它包括激光导航模块、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[1]；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。

所述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[3]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。该方法解决了单一激光导航精度较低定位不准的问题，可准确推算出所有采样时刻的位置和姿态，使导航精度明显提高。

所述人机交互模块是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。

优选的，所述工控机装载基于Linux的标准机器人操作系统ROS(Robot Operating System)，ROS作为目前机器人行业最热门的机器人控制系统，保证的系统的稳定性。