【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于定位，具體涉及一種基于磁標簽的無人酒廠車間定位系統。
技術介紹
1、隨著工業自動化和智能制造的發展，無人化生產車間逐漸成為工業領域的熱點。傳統的酒廠生產車間通常依賴人工操作，對環境的要求較高，且效率受限。為了實現酒廠車間的無人化，需要一個精確、可靠的定位系統來確保設備和物料在生產流程中的準確移動和放置。
2、目前，常見的定位技術包括激光、視覺和超聲波等，但在潮濕、溫度波動大且具有金屬障礙的酒廠環境中，這些技術易受到干擾，影響精度和穩定性。
3、因此，開發一種基于磁標簽的定位系統，來滿足酒廠車間的無人化和高效化需求。
技術實現思路
1、本專利技術的主要目的在于提供一種基于磁標簽的無人酒廠車間定位系統，通過磁標簽與磁傳感器的組合，配合定位算法，確保酒廠車間內的自動導向車的精確定位和自動導航，此系統的主要應用場景為無人化酒廠車間，通過全面的自動化管理提升生產效率。
2、為達到以上目的，本專利技術提供一種基于磁標簽的無人酒廠車間定位系統，包括磁標簽、磁傳感器和自動導向車(agv小車)，其中：
3、對于磁標簽，(為了確保自動導向車在車間內能夠實時精準定位)通過磁標簽在車間地面和(關鍵生產)設備上進行系統性布局(標簽使用高性能永磁材料，能夠在不同溫度和濕度條件下保持長期穩定的磁性，且具備抗腐蝕性，適應酒廠車間環境。每個磁標簽的尺寸為(規格可自定)，足夠大以保證磁傳感器能夠精確讀取，同時避免自動導向車過度接近導致碰撞)，磁標簽的布局基
4、對于磁傳感器，多個磁傳感器安裝于自動導向車并且磁傳感器用于實時檢測車間內布局的磁標簽的磁場信息(通過磁場編碼獲得)，從而獲取自動導向車的精準位置信息，多個磁傳感器組成多維磁傳感器陣列，通過多維磁傳感器陣列在x、y、z三個方向上同時感知磁場，確保自動導向車在任何移動或旋轉狀態下實現高精度定位；
5、對于自動導向車，自動導向車獲得磁傳感器傳輸的磁場信息，并且將卡爾曼濾波算法與慣性導航系統相結合，通過融合磁標簽的數據和自身的運動狀態信息，確保定位的準確性與穩定性，從而通過系統規劃的路徑精確移動到目標位置。
6、作為上述技術方案的進一步優選的技術方案，磁場編碼的設置如下：
7、
8、其中，m(x,y,z)表示磁標簽在三維空間中的磁場強度分布，μi為磁材料的磁導率，hi為每個標簽的磁場矢量。
9、作為上述技術方案的進一步優選的技術方案，磁傳感器的輸出信號為：
10、s(t)＝[sx(t),sy(t),sz(t)]
11、其中，sx(t),sy(t),sz(t)分別表示在x、y、z三個方向上的磁場強度，通過多維傳感器陣列，實現對不同方向的磁場變化進行綜合感知。
12、作為上述技術方案的進一步優選的技術方案，磁傳感器采用帶通濾波器對檢測到的磁場信號進行實時處理，帶通濾波器的傳遞函數為：
13、
14、其中，fo為中心頻率，n為濾波器的階數，濾波器通過抑制低頻和高頻噪聲信號，僅保留磁標簽所產生的有效磁場信號，保證信號的清晰度和準確性，根據車間環境中的噪聲頻率特征，f0根據結果動態調整。
15、作為上述技術方案的進一步優選的技術方案，對于自動導向車，卡爾曼濾波算法的作用是處理磁標簽讀取的噪聲數據，并對自身位置進行平滑估計和預測，框架為狀態估計與觀測更新，其中：
16、狀態轉移方程為：
17、xk＝axk-1+buk-1+wk
18、其中，xk表示當前時刻的狀態向量，包括位置和速度；a為狀態轉移矩陣，描述自動導向車位置和速度的關系，b為控制輸入矩陣，描述自動導向車的包括加速度的控制信號對位置的影響，wk是過程噪聲，表示慣性導航系統中的誤差；狀態轉移方程是在第k時刻對狀態xk進行預測，預測時依賴的是上一時刻的狀態xk-1和上一時刻的控制輸入uk-1，系統在k時刻的狀態是由之前k-1時刻的狀態演變而來；
19、觀測方程為：
20、zk＝hxk+vk
21、其中，zk為觀測向量，代表磁傳感器讀取的位置信息(即磁場信息)；h為觀測矩陣，將狀態空間映射到觀測空間；vk為觀測噪聲，代表磁傳感器數據的誤差；
22、在預測步驟中，系統首先根據前一時刻的狀態預測當前時刻的位置，預測公式如下：
23、
24、表示在第k時刻，根據之前的狀態xk-1和控制輸入uk-1，并且通過狀態轉移方程預測出來的狀態；
25、誤差協方差預測為：
26、
27、其中，為預測的誤差協方差矩陣，表示預測狀態的不確定性，pk-1為上一時刻的誤差協方差矩陣，描述k-1時刻狀態估計的置信度，q為過程噪聲協方差矩陣；
28、再使用當前觀測數據zk對預測的狀態進行更新，卡爾曼增益kk的計算公式為：
29、kk＝pkht(hpkht+r)-1
30、其中，pk為誤差協方差矩陣，r為觀測噪聲協方差矩陣；
31、根據卡爾曼增益，更新狀態估計為：
32、
33、誤差協方差更新為：
34、
35、i表示單位矩陣，通過卡爾曼濾波，系統動態地平滑磁傳感器讀數的噪聲，提供精確位置信息；
36、在磁標簽信號缺失或無法檢測的短時段內，系統通過慣性導航系統(ins)進行位置和姿態預測，確保自動導向車的連續定位，慣性導航系統依賴加速度計和陀螺儀測量自動導向車的運動狀態，慣性導航系統與卡爾曼濾波算法結合，實現短時間內的無標簽位置預測，并且通過磁傳感器數據校正定位誤差，假設慣性導航系統在時刻t0的初始速度為v0，加速度為a(t)，位置通過兩次積分計算得出：
37、
38、慣性導航系統的姿態估計：慣性導航系統通過自動導向車的三軸加速度計與陀螺儀數據，計算自動導向車的位移和旋轉角度，輸出為：
39、
40、其中ω(t)為角速度，θ(t)為姿態角度。
41、作為上述技術方案的進一步優選的技術方案，基于磁標簽的無人酒廠車間定位系統的工作流程為：
42、系統存儲整個車間的磁標簽的網絡和各個設備對應的位置，每個磁標簽的磁場編碼是唯一的，表示某個具體位置或路徑節點；自動導向車在執行任務時，系統發送給自動導向車目標位置以及自動導向車需要經過的磁標簽路徑；
43、在自動導向車移動時，磁傳感器從磁標簽讀取磁場信息并且將讀取的數據傳輸給自動導向車的中央處理單元，中央單元通過卡爾曼濾波算法結合自身的運動數據(速度、加速度)進行狀態預測和修正；
44、如果磁本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于磁標簽的無人酒廠車間定位系統，其特征在于，包括磁標簽、磁傳感器和自動導向車，其中：
2.根據權利要求1所述的一種基于磁標簽的無人酒廠車間定位系統，其特征在于，磁場編碼的設置如下：
3.根據權利要求2所述的一種基于磁標簽的無人酒廠車間定位系統，其特征在于，磁傳感器的輸出信號為：
4.根據權利要求3所述的一種基于磁標簽的無人酒廠車間定位系統，其特征在于，磁傳感器采用帶通濾波器對檢測到的磁場信號進行實時處理，帶通濾波器的傳遞函數為：
5.根據權利要求4所述的一種基于磁標簽的無人酒廠車間定位系統，其特征在于，對于自動導向車，卡爾曼濾波算法的作用是處理磁標簽讀取的噪聲數據，并對自身位置進行平滑估計和預測，框架為狀態估計與觀測更新，其中：
6.根據權利要求5所述的一種基于磁標簽的無人酒廠車間定位系統，其特征在于，基于磁標簽的無人酒廠車間定位系統的工作流程為：
7.根據權利要求1所述的一種基于磁標簽的無人酒廠車間定位系統，其特征在于，在車間物流路線的規劃中，路徑末端會設置特殊的終止磁場編碼，利于自動導向車識別當
...【技術特征摘要】
1.一種基于磁標簽的無人酒廠車間定位系統，其特征在于，包括磁標簽、磁傳感器和自動導向車，其中：
2.根據權利要求1所述的一種基于磁標簽的無人酒廠車間定位系統，其特征在于，磁場編碼的設置如下：
3.根據權利要求2所述的一種基于磁標簽的無人酒廠車間定位系統，其特征在于，磁傳感器的輸出信號為：
4.根據權利要求3所述的一種基于磁標簽的無人酒廠車間定位系統，其特征在于，磁傳感器采用帶通濾波器對檢測到的磁場信號進行實時處理，帶通濾波器的傳遞函數為：
5.根據權利要求4...
【專利技術屬性】
技術研發人員：吳保磊，曹靜雯，徐寶昌，
申請(專利權)人：浙江大學紹興研究院，
類型：發明
國別省市：
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