文档介绍：优秀设计
基于SICK激光扫描器的反射板布置和测量方法
张玮蔡颖杰
摘要:介绍了SICK激光扫描器的工作以及定位原理,并详细阐述了在激光导引AGV系统中反射板布置和测量的方法。
关键词:AGV;激光扫描器;反射板
1 SICK激光扫描器工作原理
SICK NAV200激光扫描定位系统是一个利用激光来测量距离的装置,它可以在二维平面内进行360度旋转扫描,通过RS232串口与车载计算机连接,它可以对激光扫描器采集到的数据进行连续不断的计算,并把计算好的位置信息传送给车载控制器。
定位原理
在本项目中,采用了SICK公司生产的NAV200激光扫描器。NAV200不同于传统的激光扫描器,只采用“三角法”原理来定位;NAV200采用了三角测量和距离测量相结合的方法来确定位置,因此,NAV200的定位精度误差可以达到小于1㎝。
三角法测距原理是基于光学三角测量原理而设计的。发射器发射测量光脉冲到被检测物体表面,在物体表面反射后,被光接收器接收,根据三角反射原理,被检测物体到传感器的不同距离决定了其在光接收器上的不同位y
x
a
y
x
置,从而达到距离测量的目的。再加上NAV200对距离的直接测量值,二者相结合计算出精确的位置。
NAV200对采集到的数据进行计算,能够输出当前坐标(x,y,a),a指扫描器的x轴与全局坐标系中的X轴之间的夹角。
反射板的测量原理
NAV200对反射板的测量采用了高精度的飞行时间法(time-of-flight),这种测距原理能够在长量程内(最远1100m)达到㎜级的测量重复精度。飞行时间法是通过测量“发射光脉冲”从发出到从物体反射回来之间的时间差来测量距离的方法。激光扫描器向空间发射激光脉冲信号,并接收由反射板反射回来的信号,然后测量发射和接收脉冲的时间差,就可以得到反射板的距离。为了提高测量精度,可以对多次测量值取平均值。
重叠的激光束进行多次测量
多次测量得到的幅度值
计算出角度的平均值
2 反射板布置工艺
AGV导航系统是整个AGV项目的基础,反射板布置的好坏,直接影响到激光导引AGV的导航精度和站台定位精度。因此,合理地安装和布置反射板,是保证激光导引AGV系统能够正常运行的一个重要前提。
确定坐标系
在布置反射板之前,首先要确定一个全局坐标系的原点和X,Y轴。通常情况下,建议把AGV的所有行走路线都包含在全局坐标系的第一象限中,这样所有的位置坐标值都是正数,在数据的处理时比较方便。
确定坐标系之前,要测量实际站台位置与平面布置图的整体偏差。这是很关键的一步,如果不经过测量就将平面布置图的X轴,Y轴作为整体坐标系的基准,那么,AGV小车在进站台的时候,车身可能会与站台形成一个夹角,从而导致AGV装卸货失败。
从上图,可以看出,AGV所有站台X轴与整体平面图X轴之间存在一个夹角。此时,我们应该保证AGV在进入站台时车体的X轴相对于站台X轴是平行的。所以,在测量反射板的时候,应该把站台的X轴,和Y轴作为整体坐标系的基准,将坐标系的原点定在左下红圈处。
划分“导航区”
确定好全局坐标系后,根据AGV需要完成的作业任务,对指定区域中AGV的所有行走路线进行规划,然后再把AGV的行走区域划分成若干“导航区”。所谓导航区,就是把一个系统中的完整区域按照一定的规则划分成一个一个的小区域,每个小区域就称为一个导航区。例如,一些相对独立的物理区域就应该划分为不同的导航区。NAV200最多可以存储40个导航区,每导航区可以包括3~32块反射板。
在一个系统中的所有导航区都使用同一个坐标系,即全局坐标系。
在划分导航区的时候要注意,导航区与导航区之间应尽量避免互相耦合,即扫描器能够探测到一导航区里尽可能多的反射板,而尽可能少地探测到其它导航区的反射板。然而,个别反射板可以在多个导航区中定义,即导航区与导航区之间是可以重叠的,这样可以使AGV在导航区与导航区之间进行平滑过渡。
导航区的重叠
导航区与导航区的重叠区域至少需要2块反射板,如图所示,左180°一块,右180°一块,但不要对称布置。在实际工程中,一般采用4块共用的反射板。
注意,要相同类型的反射板才能共用。例如Layer1采用了平面型反射板,Layer2采用了圆柱型反射板,则这两个导航区之间就没有共用的反射板。另外,同样是圆柱型反射板,如果半径不相同,也不能共用反射板。
布置反射板
在规划好的导航区中预置反射板,每导航区可以包括3~32块反射板。反射板要安装在明显的位置上,各反射板之间的距离应
≥50㎝,且邻近的反射板边缘角距应大于1°。
布置反射板时,应该仔细观察AGV行驶区域的环境,找出适合布置反射板的位置。一般来说,在充电站附近,装卸货站