铁路物流园内集装箱AGV 的导航与精度研究
来源:起重运输机械
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作者:起重运输机械
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发布时间: 1495天前
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以国内某铁路物流园内AGV 集装箱转运为工程背景，为解决AGV 的定位导航问题，设计一种基于视觉ArUco 标签与惯性导航系统组合的自主导航系统，通过分析惯性导航系统的位置方程和误差方程，研究误差的主要组成部分，按照实际工况，计算AGV 惯性导航系统理论位置误差。根据前摄像头几何成像数学模型、ArUco 标签特征点与图像特征点之间的投影变换关系，得出AGV 在堆场的确切位置，该位置信息作为惯性导航系统的初始值，对惯性导航系统的累积误差进行修正，实现AGV 的粗定位导航。使用AGV 俯视摄像头进行装卸集装箱精确定位，计算相机测量误差方程。通过实际测量验证了位置误差理论计算的正确性。该方法为AGV 定位导航方案设计、精度计算、传感器选型及布置提供一定的参考。
AGV 转运集装箱，沿着xi 轴方向满载启动行驶，运行100 m 到检测到下一个ArUco 标签进行惯性导航系统数据更新时定位误差变换为AGV 前摄像头定位误差，如图3 所示，随着AGV 前摄像头接近ArUco 标签，前摄像头定位误差小于5 mm，即最终惯性导航系统数据更新后定位误差小于5 mm。由惯性导航系统误差累积特性得到AGV 粗定位最大误差为
式中: Δxs 是AGV 在xi 轴的最大位置误差，Δys 是AGV 在yi 轴的最大位置误差，Δxi 是惯性导航系统xi 轴最大位置误差，Δyi 是惯性导航系统yi 轴最大位置误差，Δxc 是前摄像头xi 轴最小位置误差，Δyc 是前摄像头yi轴最小位置误差。
由式（11）得出AGV 在运动过程中轴理论定位误差是33.7 mm，通过多次实际测量取平均值得到AGV在x 轴的定位误差45 mm，与定位误差理论计算值比较接近。
2.2 AGV 精确定位系统精度使用AGV 俯视摄像头检测备位标签，通过提取备位标签角点特征，得到备位标签在图像像素坐标系的坐标(x，y)，由相机成像模型，测量AGV 与备位标签之间的实际距离，实现AGV 装卸集装箱时的精确定位导航。由式（7）得出点P 在相机坐标系的坐标为
AGV 俯视摄像头与地面相对位置固定，即zc 为一定值，对式（12）变分得位置误差方程
备位标签在图像像素坐标系的最小距离变化量为单个像素，本文中，俯视摄像头像素长宽尺寸各为5um，焦距f = 6 mm，俯视摄像头离地500 mm，将上述参数代入式（13），得出位置误差
由式（13）知，AGV 装卸集装箱时的精确定位精度与行驶速度和行驶距离无关，仅受相机像素尺寸、焦距、相机离地距离影响。通过多次实际测量取平均值得到AGV 在x 轴、y 轴的精确定位误差为2 mm，满足AGV 装卸集装箱精确定位的要求。
3 结束语本文结合某铁路物流园内AGV 的工程实况，设计一种AGV 行驶定位导航方案和装卸集装箱精确定位方案，根据AGV 行驶过程中粗定位、装卸集装箱精确定位的位置误差理论计算，分析其主要影响因素。通过实际测量验证位置误差理论计算的合理性，可为AGV 定位导航方案设计、精度计算、惯性导航传感器与视觉传感器选型及布置提供参考。
