一种激光导引AGV自然导航定位方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107702722A(43)申请公布日2018.02.16(21)申请号201711087254.1(22)申请日2017.11.07(71)申请人云南昆船智能装备有限公司地址650000云南省昆明市小普路劲华产业园5栋3楼(72)发明人田华亭聂稳熊捷杨进李元勇韩德昱杨保龙董海英罗蒙陈俊梅李兵苏运春王宇轩马贤朋(74)专利代理机构昆明今威专利商标代理有限公司53115代理人赛晓刚(51)Int.Cl.G01C21/20(2006.01)权利要求书3页说明书5页附图2页(54)发明名称一种激光导引AGV自然导航定位方法(57)摘要本发明涉及一种激光导引AGV自然导航定位方法，确切地说是自动导引运输车(AGV)在采用激光导航定位时所涉及的导航定位方法，属激光导航定位领域。本发明方法无需人工设置反射胶贴，不需要对环境做人工标志或者改动，只需预先对行程路线周围自然环境中的固定物体作为AGV导航定位的参照物，通过对扫描的静止物体的轮廓进行正态分布变换的数学建模，完成AGV导航地图的建立和位姿的计算，用作激光导引AGV自然导航定位；本发明的计算复杂度为O(n)，n为源扫描点集中参与计算的点数，一般仅选择扫描点数的10％-30％即可完成SCAN-to-SCAN的计算，可轻易完成对AGV位姿的实时计算，易于实现工程应用。CN107702722ACN107702722A权利要求书1/3页1.一种激光导引AGV自然导航定位方法，其特征在于，无需人工设置反射胶贴，不需要对环境做人工标志或者改动，只需预先对行程路线周围自然环境中的固定物体作为AGV导航定位的参照物，通过对扫描的静止物体的轮廓进行正态分布变换的数学建模，完成AGV导航地图的建立和位姿的计算，用作激光导引AGV自然导航定位；具体步骤包括：S1：传感器数据采集，完成激光扫描器、行走编码器、转向编码器、陀螺仪传感数据的采集、滤波工作；S2：激光里程计，根据步骤S1中所采集的数据并结合AGV的运动方程，采用正态分布变换(NDT)算法完成相邻时刻激光扫描数据点的配准，即SCAN-to-SCAN的配准，并给出参考扫描和源扫描之间的运动状态估计；所述参考扫描为k-1时刻的扫描，所述源扫描为k时刻的扫描；S3：状态估计，分为建图和导航两种模式：所述建图模式是根据激光扫描器的观测方程和步骤S3中激光里程计提供的不同时刻的相对状态估计及步骤S4中提供的闭环检测信息对AGV的位姿进行最优状态估计，以建立全局一致的运动轨迹；所述导航模式是根据激光扫描器的观测方程和步骤S3中激光里程计提供的不同时刻的相对状态估计并采用NDT算法完成SCAN-to-MAP的配准，计算出AGV的最优状态；S4：闭环检测，通过将AGV当前状态与历史状态进行比较检测AGV行驶路径是否闭环，用于建立步骤S3所述的全局一致的运动轨迹；S5：地图构建与地图编辑，根据步骤S3的最优状态估计，建立与任务向对应的地图，并通过平移、旋转等变换方法手动调整地图的坐标系，同时手动删除地图中建立的不良NDT单元，并保存编辑后的NDT地图；S6：导航定位，根据所述步骤S3的最优状态估计和所述步骤S5建立的NDT地图，通过NDT算法完成SCAN-to-MAP的配准，实时给出AGV位姿的最优估计，完成AGV的实时导航定位。2.根据权利要求1所述的一种激光导引AGV自然导航定位方法，其特征在于，所述步骤S1的传感器数据采集是通过TCP/IP连接激光扫描器和AGV主控制器，通过高速数字量采样模块完成行走编码器和转向编码器的数据采集，通过但不限于RS232/RS485串行通信来实现AGV主控制器对陀螺仪的数据采集。3.根据权利要求1或2所述的一种激光导引AGV自然导航定位方法，其特征在于，所述步骤S1的滤波是AGV主控制器依据所采集激光扫描数据的回波强度、距离等信息并结合AGV的当前运动状态进行原始数据滤波，同时AGV主控制器还依据当前AGV的运动姿态完成对陀螺仪数据的滤波工作，降低输入噪声对所述步骤S2和步骤S3的干扰。4.根据权利要求1或2所述的一种激光导引AGV自然导航定位方法，其特征在于，所述步骤S2的AGV运动方程描述为从k-1时刻到k时刻的运动，数学描述为：Xk＝Xk-1+uk+ωk，其中XkTT＝[x,y,θ]k为k时刻AGV的状态，Xk-1＝[x,y,θ]k-1为k-1时刻AGV的状态，uk＝[Δx,Δy,ΔTθ]k为k时刻的输入，即所述行走编码器和转向编码器的输出，ωk为k时刻的输入噪声，至此可得到AGV在k时刻的状态估计。5.根据权利要求1所述的一种激光导引AGV自然导航定位方法，其特征在于，所述NDT算法包括步骤：S201：对K-1时刻的参考扫描以固定大小单元进行栅格