CN104460669B - 一种agv机器人路径导航系统 - Google Patents

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一种AGV机器人路径导航系统，属于机器人技术领域。本发明AGV机器人路径导航系统包括二维码标签、RFID标签、二维码图像采集系统、RFID阅读系统、伺服电机系统、通讯系统和嵌入式工控板；所述二维码图像采集系统和RFID阅读系统分别读取二维码标签和RFID标签信息经所述通讯系统上传至所述嵌入式工控板，所述嵌入式工控板经判断处理后输出前进或差速调整或停车调整指令至所述伺服电机系统，使得机器人确认自身在行走环境中的位姿并校正行走方向。本发明系统简单、容易实施，其采用二维码叠加RFID标签双重系统，使机器人丢失位姿概率大大降低，该系统还能自动确认机器人行进中的位置并能自动校正机器人行进方向，提高自动化运输高效性。

Description

一种AGV机器人路径导航系统
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种AGV机器人路径导航系统。
背景技术
无人搬运车（简称AGV机器人），是指具备电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。对于拥有自主路径规划功能的AGV机器人来说，确认自己在地图中的位置非常重要，并且实时校正机器人行进方向，有利于提高运输行业的高效性。一般，AGV机器人仅用RFID标签实现路径导航，如实用新型专利CN203405960 U，则RFID标签的无方向性使得路径导航系统无法获得机器人偏移角度和机器人偏移RFID中心点距离；而AGV机器人仅用二维码标签实现路径导航，如发明专利申请CN103268119 A，则二维码标签在AGV高速运行时得到错误的机器人位置信息。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种同时具有RFID标签和二维码标签作用的AGV机器人路径导航系统，系统简单，运行高效且可自动校正机器人行走方向。
本发明的技术方案是提供一种AGV机器人路径导航系统，其特征在于，包括二维码标签、RFID标签、二维码图像采集系统、RFID阅读系统、伺服电机系统、通讯系统和嵌入式工控板；所述二维码图像采集系统和RFID阅读系统分别读取二维码标签和RFID标签信息经所述通讯系统上传至所述嵌入式工控板，所述嵌入式工控板经判断处理后输出前进或差速调整或停车调整指令至所述伺服电机系统，使得机器人确认自身在行走环境中的位姿并校正行走方向。
该系统采用二维码叠加RFID标签双重系统，使机器人丢失位姿的概率大大降低，利用RFID的高速性和无方向性弥补二维码的不足，得到机器人的位置信息，提高系统的稳定性；同时利用二维码的方向性弥补RFID的不足，简单快速得到AGV机器人偏移角度以及偏移中心点距离。该系统利用双重系统，确认机器人自身在行走环境中的具体位姿（位置和角度），根据测得的角度和偏移距离，自动校正机器人行走方向，以确保机器人行进顺利。
作为本发明的优选，所述二维码标签信息为包括机器人二维码位置和机器人二维码状态图像的位姿信息；所述RFID标签信息为机器人RFID位置信息。
作作为本发明的优选，所述嵌入式工控板包括图片信息识别单元、图片信息处理单元、地理位置确认单元、偏差控制单元；所述二维码标签信息经所述通讯系统上传至所述图片信息识别单元，所述图片信息识别单元输出解析后的机器人二维码位置信息至所述地理位置确认单元，所述RFID标签信息经所述通讯系统将解析后的机器人RFID位置信息上传至所述地理位置确认单元，所述地理位置确认单元连接所述偏差控制单元；所述二维码标签信息还经所述通讯系统上传至所述图片信息处理单元，所述图片信息处理单元输出解析后的机器人二维码状态图像信息至所述偏差控制单元；所述偏差控制单元经所述通讯系统输出控制指令至所述伺服电机系统。
作为本发明的优选，所述地理位置确认单元通过比对解析后的机器人二维码位置信息和解析后的机器人RFID位置信息，以确认机器人地理位置；当解析后的机器人二维码位置信息与解析后的机器人RFID位置信息相等，则确认机器人地理位置为解析后的机器人二维码位置信息或解析后的机器人RFID位置信息；反之，则确认机器人地理位置为解析后的机器人RFID位置信息。
作为本发明的优选，所述偏差控制单元包括偏差判断单元、差速调整单元和停车调整单元。
作为本发明的优选，所述偏差判断单元包括偏移角度判断单元、机器人运动方向和位置判断单元；所述图片信息处理单元将解析后的机器人二维码状态图像信息送入所述偏移角度判断单元和所述机器人运动方向和位置判断单元；所述偏移角度判断单元分别与所述机器人运动方向和位置判断单元和所述停车调整单元连接，所述机器人运动方向和位置判断单元分别经所述停车调整单元和所述差速调整单元连接所述伺服电机系统。
作为本发明的优选，所述图片信息处理单元中解析后的机器人二维码状态图像信息包括用以构建机器人与二维码位置关系的二维坐标系信息、机器人偏移二维码角度和机器人偏移二维码中心距离。
作为本发明的优选，所述偏移角度判断单元将机器人偏移二维码角度与参考偏移角度比较，当所述机器人偏移二维码角度不小于所述参考偏移角度时，所述停车调整单元工作；当所述机器人偏移二维码角度小于所述参考偏移角度时，所述机器人运动方向和位置判断单元工作，判断机器人运动方向和位置后确定启动所述停车调整单元或所述差速调整单元。
作为本发明的优选，所述机器人运动方向和位置判断单元包括八种机器人运动方向和位置情况；所述八种机器人运动方向和位置情况包括：机器人行进方向偏向预设路径右方且机器人中心位于第一象限；机器人行进方向偏向预设路径右方且机器人中心位于第二象限；机器人行进方向偏向预设路径右方且机器人中心位于第三象限；机器人行进方向偏向预设路径右方且机器人中心位于第四象限；机器人行进方向偏向预设路径左方且机器人中心位于第一象限；机器人行进方向偏向预设路径左方且机器人中心位于第二象限；机器人行进方向偏向预设路径左方且机器人中心位于第三象限；机器人行进方向偏向预设路径左方且机器人中心位于第四象限。
作为本发明的优选，当所述机器人运动方向和位置情况为以下任意一种时，所述差速调整单元工作：机器人行进方向偏向预设路径右方且机器人中心位于第一象限，机器人行进方向偏向预设路径右方且机器人中心位于第四象限，机器人行进方向偏向预设路径左方且机器人中心位于第二象限，机器人行进方向偏向预设路径左方且机器人中心位于第三象限；当所述机器人运动方向和位置情况为以下任意一种时，所述停车调整单元工作：机器人行进方向偏向预设路径右方且机器人中心位于第二象限，机器人行进方向偏向预设路径右方且机器人中心位于第三象限，机器人行进方向偏向预设路径左方且机器人中心位于第一象限，机器人行进方向偏向预设路径左方且机器人中心位于第四象限。
本发明具有以下有益效果：
本发明系统简单、容易实施，其采用二维码叠加RFID标签双重系统，使机器人丢失位姿概率大大降低，该系统还能自动确认机器人行进中的位置并能自动校正机器人行进方向，提高自动化运输高效性。
附图说明
图1为本发明一种AGV机器人路径导航系统的结构框图；
图2为本发明一种AGV机器人路径导航系统的嵌入式工控板的结构框图；
图3为本发明一种AGV机器人路径导航系统的偏差判断单元的结构框图；
图4为本发明一种AGV机器人路径导航系统的实施方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示为一种AGV机器人路径导航系统的结构框图，该系统包括二维码标签、RFID标签、二维码图像采集系统、RFID阅读系统、伺服电机系统、通讯系统和嵌入式工控板；所述二维码图像采集系统和RFID阅读系统分别读取二维码标签和RFID标签信息经所述通讯系统上传至所述嵌入式工控板，所述嵌入式工控板经如图4所示方法判断处理后输出前进或差速调整或停车调整指令至所述伺服电机系统，使得机器人确认自身在行走环境中的位姿并校正行走方向。其中，所述二维码图像采集系统可以为摄像头，采集的信息通过图片采集卡把图片数字化，所述RFID阅读系统为RFID阅读器，所述通讯系统包括由MINI PCIE接口构成的用以实现二维码图像采集系统和嵌入式工控板通讯的二维码通讯系统、由USB接口构成的用以实现RFID阅读系统和嵌入式工控板通讯的RFID通讯系统和用以实现嵌入式工控板和伺服电机系统通讯的CANopen总线通讯系统。
如图2、3，所述嵌入式工控板包括图片信息识别单元、图片信息处理单元、地理位置确认单元、偏差控制单元；所述二维码标签和所述RFID标签信息，也就是二维码图像采集系统和RFID阅读系统读取的信息，经所述通讯系统分别上传至所述图片信息识别单元和所述地理位置确认单元，所述RFID阅读系统可直接解析所述RFID标签信息中的机器人RFID位置信息，所述图片信息识别单元用以解析机器人二维码位置信息，并将解析后的机器人二维码位置信息送入所述地理位置确认单元，其中所述机器人RFID位置信息和机器人二维码位置信息为地理坐标信息，所述地理位置确认单元判断确认机器人地理位置并输送至所述偏差控制单元；所述二维码标签信息还经所述通讯系统上传至所述图片信息处理单元，所述图片信息处理单元用以解析机器人二维码状态图像信息，解析后的所述机器人二维码状态图像信息包括用以构建机器人与二维码位置关系的二维坐标系信息、机器人偏移二维码角度和机器人偏移二维码中心距离，所述信息输出至所述偏差控制单元；所述偏差控制单元收到地理位置信息后，再根据解析后的机器人二维码状态图像信息判断偏移情况，若不偏移，机器人继续前行，当机器人到达另一个二维码标签时，该系统重新开始工作，若偏移则根据偏差控制单元内部处理方法进行偏移调整，调整指令通过所述通讯系统控制所述伺服电机系统，机器人边走边调整行走方向，即差速调整，或者机器人停车调整。
所述偏差控制单元包括偏差判断单元、差速调整单元和停车调整单元。所述偏差判断单元包括偏移角度判断单元、机器人运动方向和位置判断单元；所述图片信息处理单元将解析后的机器人二维码状态图像信息送入所述偏移角度判断单元和所述机器人运动方向和位置判断单元；所述偏移角度判断单元分别与所述机器人运动方向和位置判断单元和所述停车调整单元连接，所述机器人运动方向和位置判断单元分别经所述停车调整单元和所述差速调整单元连接所述伺服电机系统。
图4示出了本发明一种AGV机器人路径导航系统的实施方法的流程图。初始设定机器人参考偏移角度αref、机器人驱动轮间距D、相邻二维码标签中心距离LDM，初始设定机器人行进路径。
步骤1，机器人沿初始设定路径行进，所述二维码图像采集系统和RFID阅读系统分别采集第N个二维码标签信息和第N个RFID标签信息；第N个二维码标签信息包括机器人二维码位置信息和机器人二维码状态图像信息，第N个RFID标签信息包括机器人RFID位置信息，N=1,2,...n；
步骤2，所述二维码图像采集系统和所述RFID阅读系统分别读取第N个二维码标签信息和第N个RFID标签信息,并经所述通讯系统送入嵌入式工控板，利用所述图片信息识别单元解析第N个二维码标签信息的机器人二维码位置信息，利用所述RFID阅读系统解析第N个RFID标签信息的机器人RFID位置信息，并利用所述图片信息处理单元解析第N个二维码标签信息的机器人二维码状态图像信息。其中解析后的机器人二维码状态图像信息包括用以构建机器人与二维码位置关系的二维坐标系信息、机器人偏移二维码角度α和机器人偏移二维码中心距离ΔL，其中二位坐标系是以第N个二维码的中心点为原点，以机器人规划路径下一目的第N+1个二维码与当前第N个二维码的连线为Y轴正方向，建立二维坐标系。
步骤3，确认机器人当前地理位置：所述地理位置确认单元比较解析后的第N个机器人二维码位置信息和解析后的第N个机器人RFID位置信息以确认机器人地理位置：当解析后的第N个机器人二维码位置信息=解析后的第N个机器人RFID位置信息，确认机器人地理位置为解析后的第N个机器人二维码位置信息或解析后的第N个机器人RFID位置信息；当解析后的第N个机器人二维码位置信息≠解析后的第N个机器人RFID位置信息，确认机器人地理位置为解析后的第N个机器人RFID位置信息，其中解析后的所第N个机器人二维码位置信息和第N个机器人RFID位置信息为地理坐标信息。
步骤4，确认机器人偏移情况：所述偏移角度判断单元比较解析后的第N个机器人二维码状态图像信息以确认机器人偏移情况：当机器人偏移二维码角度α=0度时，机器人保持原来状态行进，直到机器人行进到第N+1个二维码标签和第N+1个RFID标签处，再次从步骤1开始；当机器人偏移二维码角度α≠0度时，执行步骤5。
步骤5，调整机器人路径：所述偏移角度判断单元根据解析后的第N个机器人二维码状态图像信息，比较第N个机器人偏移二位码角度α和机器人参考偏移角度αref，当α≥αref时，进入所述停车调整单元实施步骤5.2停车调整；当α<αref时，所述机器人运动方向和位置单元判断机器人运动方向和位置情况。经多次测验，当αref约为15度时，机器人边走边校正效果最好。
机器人运动方向和位置情况有八种：机器人行进方向偏向预设路径右方且机器人中心位于第一象限；机器人行进方向偏向预设路径右方且机器人中心位于第二象限；机器人朝行进方向偏向预设路径右方且机器人中心位于第三象限；机器人行进方向偏向预设路径右方且机器人中心位于第四象限；机器人行进方向偏向预设路径左方且机器人中心位于第一象限；机器人行进方向偏向预设路径左方且机器人中心位于第二象限；机器人行进方向偏向预设路径左方且机器人中心位于第三象限；机器人行进方向偏向预设路径左方且机器人中心位于第四象限。
当所述机器人运动方向和位置情况为以下任意一种时，进入所述差速调整单元实施步骤5.1差速调整：机器人行进方向偏向预设路径右方且机器人中心位于第一象限，机器人行进方向偏向预设路径右方且机器人中心位于第四象限，机器人行进方向偏向预设路径左方且机器人中心位于第二象限，机器人行进方向偏向预设路径左方且机器人中心位于第三象限；该差速调整在机器人行进过程中进行，行进路径近似呈现S型。当所述机器人运动方向和位置情况为以下任意一种时，进入所述停车调整实施步骤5.2停车调整：机器人行进方向偏向预设路径右方且机器人中心位于第二象限，机器人行进方向偏向预设路径右方且机器人中心位于第三象限，机器人行进方向偏向预设路径左方且机器人中心位于第一象限，机器人行进方向偏向预设路径左方且机器人中心位于第四象限。校正结束后，当机器人行驶到第N+1个二维码标签或第N+1个RFID标签时，再次从步骤1开始。
其中，所述步骤5.1差速调整：
当机器人行进方向偏向预设路径右方时，调整VR>VL，使得机器人行进方向向预设路径偏转，即机器人中心靠近二维码中心，VR’=VL+ W*D，W =π*α/180；当机器人行进方向偏向预设路径左方时，调整VR<VL，使得机器人行进方向向预设路径偏转，即机器人中心靠近二维码中心，VL’=VR+W*D，W=π*α/180，其中W为机器人中心点角速度，VL为机器人左轮线速度,VR为机器人右轮线速度,VL’为调整后机器人左轮线速度,VR’为调整后机器人右轮线速度。
所述步骤5.2停车调整：
步骤5.2.1，校正偏移角度：
步骤5.2.1.1，机器人停止当前运动并原地旋转α角度，原地旋转弧长；
步骤5.2.2，校正偏移中心点距离：
步骤5.2.2.1，机器人停止当前运动并原地向二维码中心所在方向旋转β角度，机器人中心在第一、第二象限时，,机器人中心在第三、第四象限时，，原地旋转弧长；
步骤5.2.2.2，保持VR=VL，机器人中心在第一、二象限时，，机器人中心在第三、四象限，；
步骤5.2.2.3，机器人停止当前运动并原地向二维码中心所在方向反向旋转β角度，原地旋转弧长；
其中为机器人偏移二维码中心距离ΔL的X轴方向距离，为机器人偏移二维码中心距离ΔL的Y轴方向距离,，VL为机器人左轮线速度,VR为机器人右轮线速度；L1为机器人行走距离。
上面所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (5)

1.一种AGV机器人路径导航系统，其特征在于，包括二维码标签、RFID标签、二维码图像采集系统、RFID阅读系统、伺服电机系统、通讯系统和嵌入式工控板；所述二维码图像采集系统和RFID阅读系统分别读取二维码标签和RFID标签信息经所述通讯系统上传至所述嵌入式工控板，所述嵌入式工控板经判断处理后输出前进或差速调整或停车调整指令至所述伺服电机系统，使得机器人确认自身在行走环境中的位姿并校正行走方向；
所述二维码标签信息为包括机器人二维码位置和机器人二维码状态图像的位姿信息；所述RFID标签信息为机器人RFID位置信息；
所述嵌入式工控板包括图片信息识别单元、图片信息处理单元、地理位置确认单元、偏差控制单元；
所述偏差控制单元包括偏差判断单元、差速调整单元和停车调整单元；所述偏差判断单元包括偏移角度判断单元、机器人运动方向和位置判断单元；
所述二维码标签信息经所述通讯系统上传至所述图片信息识别单元，所述图片信息识别单元输出解析后的机器人二维码位置信息至所述地理位置确认单元，所述RFID标签信息经所述通讯系统将解析后的机器人RFID位置信息上传至所述地理位置确认单元，所述地理位置确认单元连接所述偏差控制单元；所述二维码标签信息还经所述通讯系统上传至所述图片信息处理单元，所述图片信息处理单元将解析后的机器人二维码状态图像信息送入所述偏移角度判断单元和所述机器人运动方向和位置判断单元，所述偏移角度判断单元分别与所述机器人运动方向和位置判断单元和所述停车调整单元连接，所述机器人运动方向和位置判断单元分别经所述停车调整单元和所述差速调整单元连接所述伺服电机系统；
其中，所述机器人运动方向和位置判断单元包括八种机器人运动方向和位置情况：机器人行进方向偏向预设路径右方且机器人中心位于第一象限；机器人行进方向偏向预设路径右方且机器人中心位于第二象限；机器人行进方向偏向预设路径右方且机器人中心位于第三象限；机器人行进方向偏向预设路径右方且机器人中心位于第四象限；机器人行进方向偏向预设路径左方且机器人中心位于第一象限；机器人行进方向偏向预设路径左方且机器人中心位于第二象限；机器人行进方向偏向预设路径左方且机器人中心位于第三象限；机器人行进方向偏向预设路径左方且机器人中心位于第四象限。
2.根据权利要求1所述的AGV机器人路径导航系统，其特征在于，所述地理位置确认单元通过比对解析后的机器人二维码位置信息和解析后的机器人RFID位置信息，以确认机器人地理位置；当解析后的机器人二维码位置信息与解析后的机器人RFID位置信息相等，则确认机器人地理位置为解析后的机器人二维码位置信息或解析后的机器人RFID位置信息；反之，则确认机器人地理位置为解析后的机器人RFID位置信息。
3.根据权利要求1所述的AGV机器人路径导航系统，其特征在于，所述图片信息处理单元中解析后的机器人二维码状态图像信息包括用以构建机器人与二维码位置关系的二维坐标系信息、机器人偏移二维码角度和机器人偏移二维码中心距离。
4.根据权利要求3所述的AGV机器人路径导航系统，其特征在于，所述偏移角度判断单元将机器人偏移二维码角度与参考偏移角度比较，当所述机器人偏移二维码角度不小于所述参考偏移角度时，所述停车调整单元工作；当所述机器人偏移二维码角度小于所述参考偏移角度时，所述机器人运动方向和位置判断单元工作，判断机器人运动方向和位置后确定启动所述停车调整单元或所述差速调整单元。
5.根据权利要求1所述的AGV机器人路径导航系统，其特征在于，当所述机器人运动方向和位置情况为以下任意一种时，所述差速调整单元工作：机器人行进方向偏向预设路径右方且机器人中心位于第一象限，机器人行进方向偏向预设路径右方且机器人中心位于第四象限，机器人行进方向偏向预设路径左方且机器人中心位于第二象限，机器人行进方向偏向预设路径左方且机器人中心位于第三象限；当所述机器人运动方向和位置情况为以下任意一种时，所述停车调整单元工作：机器人行进方向偏向预设路径右方且机器人中心位于第二象限，机器人行进方向偏向预设路径右方且机器人中心位于第三象限，机器人偏向预设路径左方且机器人中心位于第一象限，机器人行进方向偏向预设路径左方且机器人中心位于第四象限。
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