集装箱AGV防撞传感器自动校准。

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引子在自动化码头,AGV体积庞大(集装箱长宽大于45英尺),动作灵活密集。在某些工况下,AGV与其他设备的距离小于20厘米。因此,在自动化码头作业过程中,为避免与设施等AGV发生碰撞,AGV的安全防撞能力和高精度防撞能力尤为重要。

根据车辆管理系统VMS的要求和导航系统的能力,估计防撞传感器左右偏转角的标定误差应控制在0.05°以内,左右偏移误差应控制在2 mm以内

由于激光防撞传感器检测到的每一个障碍物点都要统一到AGV车身坐标系中,因此激光防撞传感器与AGV之间的精确位姿关系必须通过精确标定才能准确获得。

激光防撞传感器选用德国Sick公司生产的LMS511,可探测-5°至185°范围内的飞机。在防撞传感器相对于AGV车身坐标系的六个自由度中,只有横向偏置和左右偏转角两个自由度对防撞精度影响最大。因此,本文主要对这两个自由度进行自动标定,其他四个自由度将根据水平尺等常用工具,通过使用设计值或安装测量得到。

目前常用的标定方法主要是在空之间标定三个或三个以上同名控制点一次[1-3]。由于激光入射角、表面粗糙度和表面材料的影响,LMS511本身有几厘米的测量误差,比较大。陶雪娇等[4]利用最小二乘拟合方法提高了标定精度,但仍难以满足本文的精度要求。根据自动化码头的实际情况,提出了一种新的高精度自动标定方法。

1自动校准系统过程选择一条平坦的车道作为校准车道,并在平行于车道中心线且距离车道中心线一定距离的位置精确安装校准板,然后利用徕卡全站仪获得校准板相对于车道的精确位置关系。将AGV驶入标定车道的标定位置,确保AGV的停车误差在允许范围内。选择车前或车后的LMS51激光防撞传感器,启动一键自动校准,当校准结果达到收敛条件时,自动停止校准,并发出自动校准结束的标志。如果在一定次数后仍未达到收敛条件,将发出校准失败的标记。自动校准过程如图1所示。

图1自动校准过程。

 

2偏转角的自动标定方法2.1坐标系的定义、标定板的放置和停放如图2所示,以AGV中心为坐标系原点,X轴正方向指向AGV前方,Y轴正方向指向AGV左端。前后激光坐标系原点是AGV坐标系X轴与AGV前后车体外端的交点,激光坐标系X轴正方向均指向AGV车体外端。前激光坐标系y轴正方向指向AGV左端,后激光坐标系y轴正方向指向AGV右端。

将自动导引车精确地停放在车道上,然后将两个校准板精确地放置在远离自动导引车车道中心线的位置a。

图2坐标系的定义和校准板的放置。

 

2.2计算标定板在AGV坐标系下的直线方程,由徕卡全站仪在全球坐标系下测量标定板上几个点的坐标,写成:

AGV准确地停在预先埋在地下的磁钉上,上面写着数字和坐标。安装在AGV前后的RFID感应天线,可以在Global坐标系下检测天线下磁钉的坐标,也可以获得前后RFID感应天线坐标系下磁钉的坐标。根据磁销与AGV前后RFID感应天线中心的位置关系,结合磁销在Global坐标系中的坐标,AGV前后RFID天线中心点在Global坐标系中的坐标可计算为(x RFID_F_Global,y RFID_F_Global)和(x RFID_R_Global,Y RFID_R_Global),由于前后RFID感应天线相对AGV中心对称安装, AGV中心点是前后天线中心线的中点,表示为(xAGV_Global,yAGV_Global),前后RFID中心线与Global坐标系X轴的夹角表示为α,因此Global坐标系到AGV坐标系的转换矩阵为:

 

假设从自动导引车到前后激光传感器的姿态变换矩阵分别写成:

 

 

。因此,AGV坐标系中校准板上的几个点的坐标为:

 

在病态激光坐标系中校准板的数据点坐标。

 

通过最小二乘法得到了标定板在前后病态激光坐标系中的线性方程。假设AB和CD校准板在病态激光坐标系中前后转换成直线方程,分别写成:

 

2.3校准参数的实时计算1)寻找反射镜的有效激光探测范围校准时,要求任何人或物体都不能进入放置校准板的一侧。根据距离值的跳变,自动搜索前后激光器的有效探测范围。

 

2)激光器转换为理想坐标系中的坐标前后返回的测量值分别用极坐标(d F,θ F)和(d R,θ R)表示,激光器实际安装位置前后的X轴偏移、Y轴偏移和Z轴偏转角分别用δXδF、δYδF、δ θ f和δXδR、δYδR、δ θ r表示。其中选择δ xf和δ xr作为设计值,δ yf、δ yr、δδθF和δδθR的初始值均为0,因此前后激光测量值与理想LMS511直角坐标系中坐标的换算关系如下。

3)初步拟合校准板的直线方程,假设待拟合校准板的直线方程为:

 

通过公式(5)或公式(6)将前后激光器探测到的校准板的n组极坐标数据转换为相应理想坐标系的坐标()i i x,y,然后用最小二乘法进行线性拟合,可以得到斜率k和截距b的最佳估计值如下。

 

即初步拟合后的线性方程为:

 

4)根据距离的3σ规则滤波后,在反射器上拟合()i i x,y。拟合点到拟合直线的距离为。

 

假设距离I和d的平均值和标准偏差分别用d和表示,即

 

当3 id >: σ时,该点被认为是干涉点,该点被消除。滤波后,对于剩余的点,用最小二乘法以与上述相同的方式拟合直线,由前后激光器检测到的校准板的直线方程计算如下。

 

5)通过结合公式(4)和公式(12)计算新的校准参数,可以获得与现有校准参数的激光偏移为:

 

在相对于现有校准参数的1 000个偏移的结果被平均之后,它们被用作新的现有可行校准参数的偏移。

 

代表。

 

2.4自动计算最终校准结果。如果重新校准的可行校准参数在现有可行校准参数的基础上满足以下条件,则意味着达到收敛条件,校准结束。

如果前(或后)激光器前后两个可行校准参数的偏移量不满足公式(14)或公式(15),则需要更新校准参数。如果超过20次未达到公式(14)或公式(15)的收敛条件,则校准失败。

 

假设最后可行的校准参数分别表示为δy F、δy R、δδθF和δδθR。然后,在这一轮的上述1 000次校准之后,新的可行校准参数更新如下。

3自动标定实验如图3所示,驱动AGV至标定位置,确保AGV的停车误差在规定范围内。选择前置激光传感器,启动一键自动校准,校准程序自动提取图3b下方的数据作为校准板的有效检测范围。通过比较第六可行校准参数和第五可行校准参数,达到收敛条件,校准结束。最终拟合的直线方程为y = 0.000291x 1.63..

 

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