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宇锋:GPS/DR技术在AGV导航中的应用实现

1 硬件方面 
  基于CAN总线和DSP处理技术的AGV新型控制系统,已经在国产AGV的设计中得到全面应用,并在降低成本、增强可靠性、减少维护上取得良好的经济效益。CAN现场总线技术即控制器局域网,用在AGV的数据传输中,能够高速实时采集里程计的数据。 
  AGV里程计主要由车轮上的编码器实现功能。AGV上测量位移的编码器,与车轮存在固定的减速比,通过编码器输出的A、B两路脉冲信号,可以计算出AGV的运行方向、运行速度和运动距离。 
  GPS导航定位技术日趋成熟,定位精度和可靠性都有很大提高。由于要将AGV导航系统的成本控制在数万元,因此采用NOVATEL公司的OEMV一1系列产品,其单点动态定位精度能达到1.8m,数据更新率为50Hz。如果采用伪距差分方法,动态定位精度可以达到0.45m。 

 宇锋:GPS/DR技术在AGV导航中的应用实现

2 软件方面 
   GPS与里程计的导航数据融合处理系统的核心是软件的数据处理算法。OEMV-1接收机可以实时输出所在位置、速度和时刻。为了配合GPS/DR数据融合算法,提高系统的实时性,应使用尽量多的GPS原始导航数据,因此将OEMV-1接收机的数据更新率设为20Hz,对位置信息输出采用事件触发方式。同时,为了有更高的数据传输效率,通过对接收机输入命令,设置为二进制方式通讯。 
   软件的数据处理系统主要分为三部分:GPS导航数据预处理、编码器构成的里程计数据预处理、数据融合处理。 
(1)GPS导航数据处理:将GPS在WGS-84坐标系下的导航数据转换到现场坐标系。其中涉及数据可靠性的判断、定位数据和速度数据的定位转换、坐标转换等。GPS导航数据的处理流程如图1所示。 
(2)编码器构成的里程计数据预处理:车轮上的编码器输出的旋转角度经处理后,与前一采样时刻的位姿数据及其方差累加,得到当前的位姿数据及其方差。两个编码器构成里程计的误差,不仅包含编码器的线数引入的精度误差,而且包含车轮滚动过程中因偶然因素引入的编码器旋转误差。 
(3)数据融合处理:将GPS和编码器各自得到的车体位姿及其方差数据进行融合,得到可靠性高、满足一定精度的稳定的位姿数据。在融合处理算法中,依据编码器得到的位姿数据在短距离范围内有较高可靠性的特点,应用马氏距离判断GPS的导航定位数据和方向角的可靠性,对GPS导航数据进行取舍。取舍后的GPS导航数与由编码器得到位姿数据按照各自方差按比例融合,得到满足要求的AGV位姿数据。

宇锋:GPS/DR技术在AGV导航中的应用实现

系统目标
  GPS与里程计组合导航数据融合处理系统的总体目标是:实现在一定环境条件下,为AGV系统提供准确、稳定、可靠的定位导航数据。在实验阶段,鉴于单机与加基站有相一致的步骤,因而先用单机GPS接收机做实验,达到预期指标后再根据产品应用的需要加建基站。
  GPS与里程计组合导航的AGV主要应用于在室外大范围区域,所以导航数据融合处理系统的具体应用目标为:
1.应用环境
  室外环境,通行路面宽度不小于3m,运动范围区域坡度较小;通行道理两侧5m以内的建筑物高度低于15m;道路正上方可以有不连续的垂直遮挡,连续遮挡长度不大于5m。
2.AGV导航准确度
  采用不做差分的单机GPS接收机OEMV-1,其单点动态导航精确度为1.8m,数据更新率50Hz,在里程计误差小于5%的前提下,提供导航位置准确度低于1.8m,平面姿态角准确度低于0.02(即1.15°)。
  采用伪距差分办法,增加基站侯的移动GPS接收机输出的导航定位数据精度能够达到0.45m,GPS与里程计组合导航数据融合处理系统输出的导航定位数据精度低于0.2m。
3.AGV系统稳定性
  能够在上述应用环境下,稳定、不间断地输出符合导航准确度目标的导航位置数据和姿态数据。
4.AGV导航可靠性
  系统输出的每组数据,在符合导航准确度目标范围内,可靠度达95%以上,系统准确度在2σ以内。
5.系统扩展性 

系统设计保留了GPS接收机增加基站,以提高导航准确度的空间;保留了增加数据输出频率的空间;保留了可更换为其他航位推算系统的空间。 

目前,还没有采用GPS导航技术的AGV应用范例。GPS导航定位设备的价格逐年下降,渐显室外AGV采用GPS导航技术的优势(详见安徽宇锋智能网站室外AGV)。AGV用GPS/DR导航系统的研究和探索,为其实际应用提供了可行性支持和大量真实可靠的数据,必将推进室外AGV技术的发展。

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