CN106650873A - 一种识别码、自动引导车的快速导航方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种识别码、自动引导车的快速导航方法及系统，其中识别码包括一边框、设置在边框内的方向图标和二维码。本发明的识别码可以在自动引导车的行驶过程中大大减少识别时间，有利于提高自动引导车的运行效率，同时它还具备视觉识别的所有优点。

Description

一种识别码、自动引导车的快速导航方法及系统

技术领域

本发明涉及应用在物流运输以及自动化生产过程中的自动引导车的导航技术，尤其涉及导航用到的识别码，采用该识别码形成的自动引导车的快速导航方法及系统。

背景技术

自动导引车（Automated Guided Vehicle，以下简称AGV），是自动化物流运输系统、柔性生产组织系统的核心设备，AGV的导引方式有电磁导引、磁带导引、光学导引、激光导引、惯性导引、视觉导引等。

电磁导引是在 AGV 预先规划的路径上埋设金属线，并在金属线上加载导引频率，AGV 通过对导引频率的识别来实现导引。电磁导引方式目前已广泛应用，其主要具有导引线隐蔽，不易损坏，导引方式简单易行，成本低等优势。但其缺点也十分明显，那就是导引路径难以扩充。

磁带导引是在 AGV 的行驶路径上粘贴磁带以代替电磁导引中埋设于地下的导线，AGV 通过接收磁感应信号从而实现导引。磁带导引相对于电磁导引具有灵活性好，更易于实施等优点。但由于磁带铺设于地表之上，所以磁带更易于受到损伤、污染，也易于受到金属的干扰，对环境要求较高。

光学导引是在 AGV 预先规划的行驶路径上粘贴色带或涂抹油漆，AGV 通过车载摄像机及微处理器对采集到的行驶路径图像信号进行相关处理，从而实现对 AGV 的导引。光学导引与磁带导引较为相似，具有灵活性较好，铺设导引路径简单等优点。但其缺点也与磁带导引相似，色带易受损坏，易受环境影响，导引可靠性及精度较差。

激光导航是在 AGV 行驶的环境中安放激光反射板，首先由 AGV 发射激光束，然后 AGV 采集被反射板反射回来的激光束，最后通过相关计算得出当前 AGV 的位姿（位置和航向），从而实现 AGV 的导航。激光导航最大的优点是定位精确高，行驶路径灵活，它是目前国外许多 AGV 厂商优先采用的导航方式。但是激光导航设备昂贵，对环境要求相对较高，通常不适合室外使用。

惯性导引需要在 AGV 车体上和行驶环境的路面上分别安装陀螺仪和定位模块并通过计算陀螺仪的角速率以及地面定位模块所发出的信号来确定 AGV 的位姿（位置和航向），从而实现 AGV 的精确导航。惯性导航的优点是定位精度高、便于兼容组合、灵活好，但其设备昂贵，成本较高。

视觉识别是在AGV所行驶的固定直线路径上，每间隔一段距离铺设一个二维码，AGV通过车载摄像头对二维码进行采集识别，然后进行图象处理为 AGV 提供导航相关信息，从而实现 AGV 的精确定位导航。但是二维码的采集与识别然后再计算定位需要一定的时间，导致AGV在运行过程中速度不能太快，导致效率低下。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术中存在的技术问题，提出一种识别码，包括一边框、设置在边框内的方向图标和二维码。

本发明还提出了采用上述识别码实现的自动引导车的快速导航方法，包括如下步骤：

步骤1：在自动引导车应用场所里设置一个地面坐标系，在自动引导车的各条行驶线路上间隔铺设多个识别码，且记录所有识别码的方向图标所指的方向；

步骤2：判断当前自动引导车是否为启动状态，若是则继续下一步骤，若否则跳转至步骤7；

步骤3：安装在自动引导车上的识别装置读取当前位置所对应的识别码；

步骤4：依次对识别码中的二维码、方向图标以及边框进行解析，得到自动引导车的绝对坐标、确定车头方向、当前自动引导车与边框中心的位置差；若有位置差则根据绝对坐标和位置差调整自动引导车与边框实现对中；若无位置差则直接进入下一步骤；

步骤5：原地等待接收任务，直至收到运送指令；

步骤6：自动引导车开始运动；

步骤7：在运动过程中实时判断自动引导车是动态定位模式还是静态定位模式；若为动态定位模式，则执行步骤8，若为静态定位模式，则执行步11；

步骤8：获取自动引导车相对于地面坐标系处于前进还是后退状态，若是前进状态，则执行步骤9；若是后退状态，则执行步骤10；

步骤9：仅识别边框的左下角和右下角，根据识别结果调整自动引导车与边框实现中线对齐；

步骤10：仅识别边框的左上角和右上角，根据识别结果调整自动引导车与边框实现中线对齐；

步骤11：识别边框全部，得到当前自动引导车与边框中心的位置差，调整自动引导车与边框实现对中。

本发明还提出了采用上述识别码实现的快速导航系统，包括设置在自动引导车应用场所里的地面坐标系、间隔铺设在自动引导车各条行驶线路上的多个识别码，设置在自动引导车上的识别装置，将所述地面坐标系、行驶线路、识别码的相关信息进行记录的地图模块，根据所述识别装置解析后的结果以及地图模块对自动引导车的运行进行控制的控制模块；

所述识别装置包括用于获取所述识别码的摄像模块、用于识别所述二维码的二维码解析模块、用于识别所述边框或部分边框的边框解析模块、用于识别所述方向图标的方向解析模块。

本发明通过AGV 的车载摄像头对 AGV 行驶区域内的环境进行图像采集，首先视觉导引的路径设置和变更非常简单方便，路径的使用与维护成本低，系统柔性好，可以很方便的识别多分支路径、各种停车工位，且不受电磁场的影响，工作更加稳定可靠。同时，在行驶过程中仅需要识别一个边框的部分，大大提高了AGV的运行效率，缩短了定位时间，保证了小车在高速运动状态能够快速动态定位。

附图说明

图1为本发明识别码一实施例的结构示意图；

图2为发明的方法流程图；

图3为摄像模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体的附图来对本发明进行详细说明。

图1是本发明识别码的一个具体实施例，本发明的识别码由三部分组成，分别为边框、设置在边框内的方向图标和二维码。

图1给出了边框的一个样式，即一个黑色方形框。在其他实施例中，边框可以由四个不相互连接的四个直角构成，它们将围成一个与图1类似的方框。无论哪样样式的四个直角都既可以是倒角的直角也可以是未倒角的直角。

图1还给出了方向图标的一个实施例“ROBU”，其中R、B、U三个字母均可以标识出唯一个方向，因此在识别方向图标的时候，任意挑选其中一个即可。在其他实施例中，还可以采用可标识方向的图案或文字构成，例如一个箭头“↑”等。当然文字、字母和图案还可以任何组合使用，这样的好处在于可以借此印上相应公司的名称或者商标，便于推广。

需要注意的是，应用在同一场所内的所有识别码的方向图标均是预设好的，可以指向同一个方向，也可以指向不同的方向，其原因将后续结合具体应用过程进行详细的说明。

本发明的识别码的二维码和方框的中心可以为同一个中心，也可以不同中心，当然，较优的选择为同一个中心，具体优势将后续结合具体应用过程进行详细的说明。

图2是本发明识别码应用在具体场所的快速导航方法流程图，在一具体应用实施例中，假设是应用在电子商务卖家存储仓库中，本发明的方法首先为该仓库设置一个地面坐标系（X、Y轴），使仓库中的每一个位置都拥有一个绝对坐标，然后在自动引导车的每一条行驶线路上间隔铺设多个识别码，有一部分识别码的铺设位置正好就是自动引导车需要取放包裹的位置。所有识别码在铺设以后，其方向图标所指向的方向均有记录，它们可以铺设地均指向同一个方向，也可以指向不同方向，例如在该仓库中，所有识别码的方向图标均指向Y轴的正方形，而二维码均位于方向图标的下方。

在具体导航自动引导车时，先判断当前自动引导车是否为启动状态。

若是启动状态，则安装在自动引导车上的识别装置读取当前位置所对应的识别码，这个步骤当中，可能因为一些原因导致自动引导车的位置并非正好对着识别码，这样摄像头可能拍不到识别码，因此，我们根据识别装置是否可以成功解析二维码来进行区分，若是识别装置无法成功解析二维码，说明位置偏离较远，需要调整自动引导车前后左右移动来寻找当前最近的一个识别码，直至找到这个最近的识别码为止，也就是说可以成功解析二维码，摄像头可以拍到。因此，摄像模块获取到识别码之后，解析的顺序依次为二维码、方向图标、方框。

当二维码的中心和方框的中心不重合时，这里可能会出现一种情况，就是可以成功解析二维码，但是很可能摄像头无法拍到方框的全部，在识别二维码之后，识别完方向图标，会发现方框无法完整识别，此时，还需要调整自动引导车，直到方框最后可以完整识别。而方框的中心和二维码中心重合时，将大大减少这种几率，而且即便发生上述情况，由于获取了方框的部分信息，以及直到了方框的中心位置，也可以进行下一步工作。

上述扫描二维码进行解析可以得到自动引导车所在场所的绝对坐标（x，y），然后识别方向图标可以确定当前车头的方向，识别方框可以知道当前自动引导车与识别码中心的位置差，若是存在位置差，则需要根据绝对坐标和位置差调整自动引导车与边框实现对中（正好与边框前后左右对齐）。

实现了对中以后，则原地等待接收任务，直至收到运送指令，例如，去坐标为（x’、y’）的该点取货。

自动引导车根据运送指令开始运动，在运动过程中需要实时判断自动引导车是动态定位模式还是静态定位模式。

若为动态定位模式，说明当前自动引导车处于运动状态，将通过运送指令获取自动引导车相对于车头处于前进还是后退状态，若是前进状态，仅识别边框的左下角和右下角，根据识别结果调整自动引导车与边框实现中线对齐，即走到行驶线路的中心，没有偏离。若是后退状态，仅识别边框的左上角和右上角，根据识别结果调整自动引导车与边框实现中线对齐。需要强调的是，本发明的根据识别结果调整自动引导车中线对齐在一个较优实施例中，并非是立即执行完全对齐，识别结果给出一个偏移量，控制模块在后续的行驶过程中慢慢地多次进行偏移补偿，逐步实现中线对齐，该较优实施例比立即执行完全对齐的实施例来说，不会影响自动引导车的行驶速度，纵观自动引导车的整个行驶路程，保证它基本沿着行驶路线的中线运行，提高了运送效率。

可以看出，在自动引导车运行的过程当中，本发明所解析的内容相当的少，因此速度非常快。根据多次试验对比数据，发现在相同的CPU计算资源下，现有技术中的扫描二维码的方式需要耗时至少50毫秒才能解析一个二维码，而本发明仅耗时16毫秒，由于识别速度的加快，自动引导车的行驶速度可以达到2米/秒，既快速又精确，可以充分满足快速物流的要求。

若为静态模式，说明自动引导车已经运动到目标位置（x’、y’）附近且已停止，需要准确停在该点进行取货，由于已经得知了目标坐标位置（x’、y’），所以不需要再扫描二维码，只需要识别边框全部，得到当前自动引导车与边框中心的位置差，调整自动引导车与边框实现对中，即正好停在了目标位置处。

完成了一次运送以后，根据情况可以结束，也可以继续原地等待下一次运送指令。

本发明不仅要求保护识别码、快速导航方法，还保护快速导航系统，该快速导航系统相应地包括设置在自动引导车应用场所里的地面坐标系、间隔铺设在自动引导车各条行驶线路上的多个识别码，设置在自动引导车上的识别装置，以及一个地图模块和一个控制模块。地图模块将地面坐标系、位于地面坐标系内的各条行驶线路、以及铺设在各条行驶线路上的二维码的坐标和方向图标的铺设方向建立成一个地图模型。控制模块根据识别装置解析后的结果以及地图模块提供的相关信息对自动引导车的运行进行控制。

具体的，识别装置包括用于获取识别码的摄像模块、用于识别二维码的二维码解析模块、用于识别边框或部分边框的边框解析模块、用于识别方向图标的方向解析模块。

如图3所示，摄像模块包括用于获取所述识别码的摄像头、将摄像头固定在自动引导车上的支架，设置在摄像头前端一侧的光源。

本发明使用的识别码中，二维码仅起到在静态时定位的作用，确定偏移量及方向的工作都由边框及方向图标完成，大大提高了摄像头定位的速度，有利于在高速运动状态下对小车位置进行定位及纠偏。

以上具体实施例仅用以举例说明本发明的结构，本领域的普通技术人员在本发明的构思下可以做出多种变形和变化，这些变形和变化均包括在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种识别码，其特征在于，包括一边框、设置在边框内的方向图标和二维码，且应用在同一场所内的所有识别码的方向图标各自指向其对应的预设的方向。

2.如权利要求1所述的识别码，其特征在于，所述边框与二维码的中心为同一中心。

3.如权利要求1所述的识别码，其特征在于，所述边框由可围成方框的相互连接或不连接四个直角构成。

4.如权利要求1所述的识别码，其特征在于，方向图标由至少一个可标识方向的字母和/或文字和/或图案构成。

5.采用上述1至4任意一项权利要求所述的识别码实现的自动引导车的快速导航方法，包括如下步骤：

步骤1：在自动引导车应用场所里设置一个地面坐标系，在自动引导车的各条行驶线路上间隔铺设多个识别码，且记录所有识别码的方向图标所指的方向；

步骤2：判断当前自动引导车是否为启动状态，若是则继续下一步骤，若否则跳转至步骤7；

步骤3：安装在自动引导车上的识别装置读取当前位置所对应的识别码；

步骤4：依次对识别码中的二维码、方向图标以及边框进行解析，得到自动引导车的绝对坐标、确定车头方向、当前自动引导车与边框中心的位置差；若有位置差则根据绝对坐标和位置差调整自动引导车与边框实现对中；若无位置差则直接进入下一步骤；

步骤5：原地等待接收任务，直至收到运送指令；

步骤6：自动引导车开始运动；

步骤7：在运动过程中实时判断自动引导车是动态定位模块还是静态定位模式；若为动态定位模式，则执行步骤8，若为静态定位模式，则执行步11；

步骤8：获取自动引导车相对于地面坐标系处于前进还是后退状态，若是前进状态，则执行步骤9；若是后退状态，则执行步骤10；

步骤9：仅识别边框的左下角和右下角，根据识别结果调整自动引导车与边框实现中线对齐；

步骤10：仅识别边框的左上角和右上角，根据识别结果调整自动引导车与边框实现中线对齐；

步骤11：识别边框全部，得到当前自动引导车与边框中心的位置差，调整自动引导车与边框实现对中。

6.如权利要求5所述的自动引导车的快速导航方法，其特征在于，步骤3中，当无法读取识别码时，调整自己的位置直至可以成功读取二维码为止。

7.如权利要求5所述的自动引导车的快速导航方法，其特征在于，步骤11之后，还包括返回至步骤5，等待下一次运送指令。

8.采用上述1至4任意一项权利要求所述的识别码实现的快速导航系统，包括设置在自动引导车应用场所里的地面坐标系、间隔铺设在自动引导车各条行驶线路上的多个识别码，设置在自动引导车上的识别装置，将所述地面坐标系、行驶线路、识别码的相关信息进行记录的地图模块，根据所述识别装置解析后的结果以及地图模块对自动引导车的运行进行控制的控制模块；

所述识别装置包括用于获取所述识别码的摄像模块、用于识别所述二维码的二维码解析模块、用于识别所述边框或部分边框的边框解析模块、用于识别所述方向图标的方向解析模块。

9.如权利要求8所述的快速导航系统，其特征在于，所述摄像模块包括用于获取所述识别码的摄像头、将摄像头固定在自动引导车上的支架，设置在摄像头前端一侧的光源。

10.如权利要求8所述的快速导航系统，其特征在于，所述识别码的相关信息包括二维码的坐标、方向图标的铺设方向。