[发明专利]一种激光导引AGV自然导航定位方法

说明书

技术领域

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。

背景技术

激光导引AGV(Automated Guided Vehicle)广泛应用于工业、军事、烟草、智能停车库中的自动化搬运系统中，它是通过激光扫描扫描器并结合导航定位算法实现对AGV的定位。目前市场上的激光导引AGV几乎全部采用了基于反射胶贴的导航模式，例如授权公开号为CN104102222B的发明专利、公开号为CN106969768A公开的发明专利等，这需要人工对环境进行改造，即需要根据激光导引AGV的运行环境、行驶路径等将反射胶贴布置在墙面、固定立柱、或固定设备上，同时要求所布设的反射胶贴不能存在相似形，容易受到环境中的玻璃、不锈钢管或不锈钢面等干扰，同时还存在某些环境下无法布置或不易布置的情况，例如走廊等。这不仅增加了AGV现场实施的难度和劳动强度，也一定程度上限制了激光导引AGV的应用。

虽然授权公开号为CN103777637B的发明专利公开了一种“无反射板激光自主导航AGV小车及其导航方法”，其描述了地图表示方法为轮廓线条，即“将扫描到的物体轮廓用黑色线条表示在原始地图中”，需要“操作人员在有效地图内设定无反射激光自主导航AGV小车的起点和目标点”，在AGV小车运行过程中的定位是通过对旋转编码器数据做PID闭环控制完成的，即“旋转编码器数据不断地发送给上位机系统，由上位机系统做PID闭环控制，直至到达设定的目标点并结束运行”，所以在小车行驶过程中的导航定位并没有依赖激光扫描器，其导航定位原理类似航位推算法，因此其建立的地图对导航定位的作用有限，在AGV行驶过程中其激光扫描器只用来检测障碍物，而且该发明也没有具体说明如何使用激光扫描器实现无反射板下的定位方法。

另外，授权公开号为CN104729500B的发明专利公开的“一种激光导航AGV的全局定位方法”中指出了“利用激光雷达探测到的路标信息，并采用Markov方法来确定位置信息”，并没有给出路标信息的提取方法和路标的特点，由权利要求7所述路标的数学描述(ρ₁,θ₁)可知该路标或是人工反射胶贴或是扫描轮廓中的特征点，例如角点，当路标为特征点时，其定位精度和定位的成功与否与特征点的提取及特征点的关联密切相关，而且本发明是基于频域的时间更新方法，需要将信度图像经傅里叶变换从空域转到频域，在完成操作后又需要经傅里叶逆变换由频域转换到空域，傅里叶变换是一种积分变换，要求积分区间的连续性，计算极其复杂，难以得到解析解，也难以保证AGV的实时性和精度要求。

发明内容

本发明针对激光导引AGV，提供一种激光导引AGV自然导航定位方法，不依赖于人工反射胶贴，不需要对环境做人工标志或者改动，仅依赖拟通过路线环境中静止物体为参照，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。

本发明的目的通过如下技术方案实现；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、陀螺仪等传感数据的采集、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；