AGV系统中的定位与导航技术研究

ScienceandTechnology&Innovation┃科技与创新2021年第09期

元［基金项目］云南省教育厅科学研究基金项目（编号：2020J0774）科研成果文章编号：2095-6835（2021）09-0171-02

北斗导航定位技术及其在电力系统中的应用＊

杨洪磊1，司兴登1，江召2，苗雪鹏3

（1.昆明冶金高等专科学校，云南昆明650033；2.中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司，云南昆明650051；

3.河南通达电缆股份有限公司，河南洛阳471922）

摘要：北斗导航定位技术目前已可对全球范围内用户提供实时导航、定位和授时服务，该技术同时可提供短

报文通信功能，其定位精度高，授时精度优，应用广泛。对北斗导航系统及其特点进行了介绍，对电力系统中北斗导航技术的应用进行了研究，对电力系统应用北斗导航定位技术的前景和未来发展方向进行了展望。关键词：北斗导航定位技术；电力系统；应用；发展方向中图分类号：TM75文献标志码：ADOI：10.15913/ki.kjycx.2021.09.074

电力系统是社会的重要组成系统，其安全稳定运行对人

民正常生产生活具有重要意义。随着北斗卫星导航系统逐步

成熟，该系统在救灾减灾、交通运输、农业自动化、森林状

态监测、军事等领域都得到了广泛应用，由于该系统定位精

度高、在山区和城市中抗干扰能力强，该系统在电力系统中

也得到了广泛应用并具有广阔的应用前景[1-2]。1北斗导航系统及其特点

北斗导航系统的建设采取了北斗一号、北斗二号和北斗

三号导航系统的发展战略，其中北斗三号导航系统于2020

年完成组网并提供全球服务[3]。该系统由静止轨道卫星、倾

斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星共计30颗卫星组

成[4]，目前可以提供开放服务和授权服务两种功能，开放服

务免费提供10m定位精度、50ns授时精度和0.2m/s的测

速精度，授权服务可向授权用户提供更高性能的服务[5]。2北斗导航系统在电力系统中的应用

第３８卷第１１期　２０１７年１１月　仪　器　仪　表　学　报　

Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　Ｖｏ１．３８　Ｎｏ．１１　ＮＯＶ．２０１７　

多目视觉与激光组合导航ＡＧＶ精确定位技术研究术　

何珍　，楼佩煌　，钱晓明　，武星　，朱立群　

（１．南京航空航天大学机电学院南京２１００１６；２．江苏省精密与微细制造技术重点实验室南京２１００１６）　

摘要：为进一步提高自动导引车（ＡＧＶ）的定位精度，提出了一种多目视觉与激光组合导航的精确定位方法。该方法首先提　

出了一种基于双目视觉实时测量的ＡＧＶ位姿控制技术，通过多目视觉系统来识别导引线侧的多个圆形标识点完成前瞻预判与　精准定姿。采用基于代数距离方差校验的改进型最小二乘拟合椭圆算法来确定各标识中心坐标，结合激光扫描与视觉定位信　

息，采用无迹卡尔曼滤波算法进行多传感器信息融合，最终实现精确定位。实验结果表明：使用该方法后定位精度明显得到提　

高，控制曲线更为平滑，定位鲁棒性更好，姿态调整精度可达±０．５。，停车定位精度可达±１　ｍｍ。　关键词：自动导引小车；组合导航；无迹卡尔曼滤波；精确定位　

中图分类号：ＴＰ２４２．２　ＴＨ７４１　文献标识码：Ａ　国家标准学科分类代码：４６０．５０　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｐｒｅｃｉｓｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ＡＧＶ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　

ｍｕｌｔｉ・ｏｂｊｅｃｔ　ｖｉｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｌａｓｅｒ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　

Ｈｅ　Ｚｈｅｎ　，Ｌｏｕ　Ｐｅｉｈｕａｎｇ　，Ｑｉａｎ　Ｘｉａｏｍｉｎｇ　，Ｗｕ　Ｘｉｎｇ　，Ｚｈｕ　Ｌｉｑｕｎ　，　

（　．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａ　ｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，　

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GPS在车辆定位导航系统中的应用研究

作者：岳翔

来源：《世界家苑·学术》2017年第09期

摘要：近年来，随着经济的飞速发展，机动车的增长率远远高于道路修建的速度，任何城市都面临道路状况改善相对滞后的局面，从而造成交通拥堵、环境恶化，大力发展智能交通系统（ITS）已成为解决交通问题的唯一行之有效的出路。利用全球定位系统（GPS）的城市车辆定位技术作为ITS的关键技术之一，借助电子地图等其他手段，可依据城市道路拥挤状况和运输的最佳线路，选择运输途径，从而避免运输道路选择的盲目性，提高了城市车辆的调度和管理水平，减少车辆行驶时间和油耗，从而保证城市道路系统负荷的均匀性，达到改善交通状况的目的。车辆定位与导航可采用各种技术手段进行，但其中车辆精确定位的实现是最重要，也最困难，花费最高的。但自从6p8应用于车辆定位与导航中，情况发生了划时代的革命性变化。下面就以GPS为切入点介绍它在车辆定位与导航中的应用。

1GPS系统简介

全球定位系统，简称GPS，是沿地球轨道运行的24颗导航卫星的星座集合。GPS接收机就是利用这些卫星所发送的精确的时间和位置信息来进行定位。该系统可提供地球上所有点的三维坐标。

GPS系统主要是由三部分组成：（1）GPS卫星（空间部分），（2）地面监控系统，（3）GPS接收机（用户部分）。

1.2 GPS定位的基本原理

GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为己知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。

利用GPS进行定位是以GPS卫星和用户接收机天线之间的距离（或距离差）为基础，并根据已知的卫星瞬时坐标来确定用户接收机所对应的点位，即待定点的三维坐标（x，y，z），其关键是测定用户接收机天线至GPS卫星之间的距离。GPS定位方式主要有绝对定位和相对定位两种。

基于惯性导航的全向AGV定位系统研究与设计

自动导航运输车(AGV)作为柔性自动化搬运设备在近年来受到诸多行业的关注,在解决劳动力供应不足、提高生产效率、降低生产成本等方面发挥着日益显著的作用。自主定位与导航功能是AGV完成指定任务的基础和前提,目前应用于AGV定位的方法普遍存在对运行环境要求严格和控制方法复杂等问题。

本文基于惯性导航原理提出一种适用于全向AGV的定位方法,仅使用惯性测量单元和编码器就可以对AGV进行定位,不受外界信号的干扰,也不依附外界设备提供支持和帮助。在研究传统惯性导航过程的基础上,针对惯性导航随时间积累导致的系统误差影响系统稳定性问题,探讨误差产生的原因,并进行结构和控制方法优化,从而提高系统的定位精度。

主要研究内容如下:1.确定定位系统与全向移动平台的设计方案,搭建了整体的控制架构。通过对Mecanum全向轮进行结构分析与研究,建立了四轮全向移动机构的运动学模型。

并从结构层面对惯性测量单元和编码器的工作原理进行了分析,推得了姿态和位移数据的获取与处理方法。2.姿态解算算法和全向AGV定位方法研究。

深入分析了采用四元数解算姿态角的原理,构建了陀螺仪和加速度的四元数更新方程,通过EKF对陀螺仪和加速度更新的四元数进行数据融合,使陀螺仪的漂移误差得以修正,从而获得稳定的姿态信息。在定位过程中设计了一种采用正交码盘测距的方式,通过直接获得正交方向的位移信息,提出一种改进的航迹推算定位方法,减少了系统的定位误差,提高了定位精度。

3.全向移动平台实物样机与定位系统样机实现。搭建了具有减震机构的四轮全向移动平台和具有悬挂结构的正交码盘定位系统。 系统电路采用分布式模块化的设计思想,包括主控制器模块、电机驱动模块、正交码盘定位模块和遥控器模块,并完成了相应控制软件的算法设计与调试。4.全向移动平台和定位系统实验验证与分析。

通过转台实验验证了航向角的动态跟随效果。通过航向跟踪实验保证了机器人运行过程中的姿态稳定。