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GPS/DR技術在AGV導航中的應用實現(xiàn)
1 硬件方面
基于CAN總線和DSP處理技術的AGV新型控制系統(tǒng)，已經(jīng)在國產(chǎn)AGV的設計中得到全面應用，并在降低成本、增強可靠性、減少維護上取得良好的經(jīng)濟效益。CAN現(xiàn)場總線技術即控制器局域網(wǎng)，用在AGV的數(shù)據(jù)傳輸中，能夠高速實時采集里程計的數(shù)據(jù)。
AGV里程計主要由車輪上的編碼器實現(xiàn)功能。AGV上測量位移的編碼器，與車輪存在固定的減速比，通過編碼器輸出的A、B兩路脈沖信號，可以計算出AGV的運行方向、運行速度和運動距離。
GPS導航定位技術日趨成熟，定位精度和可靠性都有很大提高。由于要將AGV導航系統(tǒng)的成本控制在數(shù)萬元，因此采用NOVATEL公司的OEMV一1系列產(chǎn)品，其單點動態(tài)定位精度能達到1.8m，數(shù)據(jù)更新率為50Hz。如果采用偽距差分方法，動態(tài)定位精度可以達到0.45m。
2 軟件方面
GPS與里程計的導航數(shù)據(jù)融合處理系統(tǒng)的核心是軟件的數(shù)據(jù)處理算法。OEMV－1接收機可以實時輸出所在位置、速度和時刻。為了配合GPS/DR數(shù)據(jù)融合算法，提高系統(tǒng)的實時性，應使用盡量多的GPS原始導航數(shù)據(jù)，因此將OEMV－1接收機的數(shù)據(jù)更新率設為20Hz，對位置信息輸出采用事件觸發(fā)方式。同時，為了有更高的數(shù)據(jù)傳輸效率，通過對接收機輸入命令，設置為二進制方式通訊。
軟件的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要分為三部分：GPS導航數(shù)據(jù)預處理、編碼器構成的里程計數(shù)據(jù)預處理、數(shù)據(jù)融合處理。
(1)GPS導航數(shù)據(jù)處理：將GPS在WGS-84坐標系下的導航數(shù)據(jù)轉換到現(xiàn)場坐標系。其中涉及數(shù)據(jù)可靠性的判斷、定位數(shù)據(jù)和速度數(shù)據(jù)的定位轉換、坐標轉換等。GPS導航數(shù)據(jù)的處理流程如圖1所示。
(2)編碼器構成的里程計數(shù)據(jù)預處理：車輪上的編碼器輸出的旋轉角度經(jīng)處理后，與前一采樣時刻的位姿數(shù)據(jù)及其方差累加，得到當前的位姿數(shù)據(jù)及其方差。兩個編碼器構成里程計的誤差，不僅包含編碼器的線數(shù)引入的精度誤差，而且包含車輪滾動過程中因偶然因素引入的編碼器旋轉誤差。
(3)數(shù)據(jù)融合處理：將GPS和編碼器各自得到的車體位姿及其方差數(shù)據(jù)進行融合，得到可靠性高、滿足一定精度的穩(wěn)定的位姿數(shù)據(jù)。在融合處理算法中，依據(jù)編碼器得到的位姿數(shù)據(jù)在短距離范圍內有較高可靠性的特點，應用馬氏距離判斷GPS的導航定位數(shù)據(jù)和方向角的可靠性，對GPS導航數(shù)據(jù)進行取舍。取舍后的GPS導航數(shù)與由編碼器得到位姿數(shù)據(jù)按照各自方差按比例融合，得到滿足要求的AGV位姿數(shù)據(jù)。
系統(tǒng)目標
GPS與里程計組合導航數(shù)據(jù)融合處理系統(tǒng)的總體目標是：實現(xiàn)在一定環(huán)境條件下，為AGV系統(tǒng)提供準確、穩(wěn)定、可靠的定位導航數(shù)據(jù)。在實驗階段，鑒于單機與加基站有相一致的步驟，因而先用單機GPS接收機做實驗，達到預期指標后再根據(jù)產(chǎn)品應用的需要加建基站。
GPS與里程計組合導航的AGV主要應用于在室外大范圍區(qū)域，所以導航數(shù)據(jù)融合處理系統(tǒng)的具體應用目標為：
1.應用環(huán)境
室外環(huán)境，通行路面寬度不小于3m，運動范圍區(qū)域坡度較?。煌ㄐ械览韮蓚?m以內的建筑物高度低于15m；道路正上方可以有不連續(xù)的垂直遮擋，連續(xù)遮擋長度不大于5m。
2.AGV導航準確度
采用不做差分的單機GPS接收機OEMV-1，其單點動態(tài)導航精確度為1.8m，數(shù)據(jù)更新率50Hz，在里程計誤差小于5%的前提下，提供導航位置準確度低于1.8m，平面姿態(tài)角準確度低于0.02（即1.15°）。
采用偽距差分辦法，增加基站侯的移動GPS接收機輸出的導航定位數(shù)據(jù)精度能夠達到0.45m，GPS與里程計組合導航數(shù)據(jù)融合處理系統(tǒng)輸出的導航定位數(shù)據(jù)精度低于0.2m。
3.AGV系統(tǒng)穩(wěn)定性
能夠在上述應用環(huán)境下，穩(wěn)定、不間斷地輸出符合導航準確度目標的導航位置數(shù)據(jù)和姿態(tài)數(shù)據(jù)。
4.AGV導航可靠性
系統(tǒng)輸出的每組數(shù)據(jù)，在符合導航準確度目標范圍內，可靠度達95%以上，系統(tǒng)準確度在2σ以內。
5.系統(tǒng)擴展性
系統(tǒng)設計保留了GPS接收機增加基站，以提高導航準確度的空間；保留了增加數(shù)據(jù)輸出頻率的空間；保留了可更換為其他航位推算系統(tǒng)的空間。
目前，還沒有采用GPS導航技術的AGV應用范例。GPS導航定位設備的價格逐年下降，漸顯室外AGV采用GPS導航技術的優(yōu)勢（詳見安徽宇鋒智能網(wǎng)站室外AGV）。AGV用GPS/DR導航系統(tǒng)的研究和探索，為其實際應用提供了可行性支持和大量真實可靠的數(shù)據(jù)，必將推進室外AGV技術的發(fā)展。
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