CN108762276B - 一种agv小车的自动偏轨校正装置和自动偏轨校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种AGV小车的自动偏轨校正装置和自动偏轨校正方法，该装置包括：红外线传感器、超声波传感器和双目视觉传感器、左右电磁感应器、报警器、以及印制电路板，还包括微控制器、无线信息传输模块、电源模块、电机驱动器、存储器、以及AGV自动控制系统，其中，所述微控制器用于根据双目视觉传感器采集的图像识别出磁道轨地标，并且根据磁轨道地标图像分析出磁道轨方向，然后发送相应的指令给电机驱动器进行小车纠偏校正。本发明实现了AGV小车的自动避人报警及自动偏轨校正功能，创造出人机友好的工作环境，避免了工作人员的受伤，并能够提高AGV小车的生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种AGV小车的自动偏轨校正装置和自动偏轨校正方法，当AGV小车偏离轨道或脱轨时，可以自动寻回原路径进而校正。
背景技术
AGV(Automated GuidedVehicle，无人搬运车)是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。
AGV小车大多应用于工厂物流运输线上，难免会有在正常行驶的过程中被正在作业的人员碰到或其他意外情况导致偏离原先轨道的情况发生。现有的磁轨道AGV小车位置发生偏转时，远程发出警报，远程工作人员再调控现场工作人员进行人工搬运，导致生产停滞，严重影响生产效率。
为避免繁琐的人工调控，有必要提供一种当AGV小车脱轨时可智能自动寻轨的AGV小车，进而提高生产效率。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种AGV小车的自动偏轨校正装置，实现在脱轨后的自动寻轨功能。
本发明的另一目的在于提供一种AGV小车的自动偏轨校正方法，以实现脱轨后的自动寻轨功能。
为此，本发明一方面提供了一种AGV小车的自动偏轨校正装置，其特征在于，包括：在小车前端左右两侧设置的红外线传感器、在小车前端中间位置设置的超声波传感器和双目视觉传感器、在小车的左右两端设置的左右电磁感应器、在小车上端设置的报警器、以及在车体内部设置的印制电路板，还包括在印制电路板上焊接的微控制器、无线信息传输模块、电源模块、电机驱动器、存储器、以及AGV自动控制系统，其中，所述左右磁感应传感器用于分别感应磁轨道的磁场强弱，所述双目视觉传感器用于在所述左右电磁感应器接收到的电磁信号强度低于设定的参考值，即小车因意外情况脱轨时进行磁轨道地标图像采集，所述微控制器用于根据双目视觉传感器采集的图像识别出磁道轨地标，并且根据磁轨道地标图像分析出磁道轨方向，然后发送相应的指令给电机驱动器进行小车纠偏校正，在此过程中通过连续分析所述左右磁感应传感器接收到的电磁信号的强度，不间断地调整小车方向直到AGV小车回到原轨道。
根据本发明的另一方面，提供了一种AGV小车的自动偏轨校正方法，包括以下步骤：在小车行进过程中，利用左右电磁感应器接收磁轨道的电磁信号；当左右电磁传感器接收到的电磁信号强度低于设定的参考值时，即AGV小车脱轨时，利用双目视觉传感器进行周边地标图像采集；以及利用微控制器从采集的地标图像中识别出磁轨道地标并且分析出该磁轨道的方向，然后发送指令给电机驱动器进行小车纠偏校正，重复上述步骤，直到左右传感器接收到的电磁信号强度高于设定的值，并左右电磁信号强度差在设定的参考值范围内停止小车纠偏校正，其中，当微控制器从采集的地标图像中无法识别出磁轨道时，通过无线信息输出模块通知远程控制端口。
本发明实现了AGV小车的自动偏轨校正功能，创造出人机友好的工作环境，避免了工作人员的受伤，并能够提高AGV小车的生产效率。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为根据本发明的AGV小车的自动偏轨校正装置的结构示意图；
图2为根据本发明的AGV小车的自动偏轨校正装置的原理框图；
图3为根据本发明的AGV小车的自动避人报警的原理框图；
图4为根据本发明的AGV小车的自动偏轨校正的原理框图；
图5为根据本发明的轨道识别系统框图；以及
图6为根据本发明的AGV小车的自动偏轨校正的流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明在AGV小车上装一个自动偏轨校正装置，保障人身安全提高生产效率。其安装双目视觉传感器，自动捕捉图像和存储器中已有图像对比，从而可以准确自动寻轨。并且安装红外传感器以及超声波传感器，当有人出现在AGV小车前面时，会发出警报，并且进行刹车，保障人身安全。当确定安全后，AGV小车又会重新运行。这样就可以用来保障人身安全以及工厂物流运输的安全性。本发明使用方便，自动化程度高，稳定性好，可靠性高。
如图1和图2所示，在AGV小车上装上自动偏轨校正装置，这个装置包括双目视觉传感器3、超声波传感器2、红外线传感器1、电磁感应器7、警报器5、以及印制电路板4。
红外线传感器安装在小车前端的左右两侧，超声波传感器安装在小车前端的中间位置，警报器安装在小车的上端，左右电磁感应器放在小车的左右两端。在车体6内部安装印制电路板4，然后在其上面焊接微控制器11、无线信息传输模块12、电源模块、电机驱动器9、存储器8、AGV自动控制系统10。
电机驱动器和驱动电机相连接，驱动电机和驱动轮连接，驱动电机用于向驱动轮提供前进转向能力。
焊接在印制电路板上的电源模块与微控制器的芯片、存储器、电机驱动器、AGV自动控制系统、双目视觉传感器、超声波传感器、红外线传感器和电磁感应器的电性相连，用于向这些传感器供电。
微控制器的芯片与存储器、电机驱动器、AGV自动控制系统、双目视觉传感器、超声波传感器、红外线传感器、以及电磁感应器电性相连，微控制器的芯片与存储器还通过无线信息传输模块和远程电脑进行双向数据连接。
红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路三大部分。其中光学系统为反射式结构，检测元件为热敏电阻。当人进入到AGV小车的前方，这个时候热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化，通过转换电路变成电信号输出，然后把电信号传给微控制器。
超声波传感器由发送传感器、接收传感器、控制部分与电源部分组成。发送传感器由发送器和直径为15mm左右的陶瓷振子换能器组成，该换能器作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超声波能量并向空中辐射；接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成，该换能器接收波产生机械振动，将其变换成电能量，作为传感器的输出，从而对发送的超声波进行检测。
结合参照图1和图3，当AGV小车遇到前方障碍物的时候，由发送传感器发出的超声脉冲信号，在气体中传播，遇到障碍物被反射，接收到回波信号后计算其超声波往返的传播时间，即可换算出距离，然后把数据传送给微控制器。
红外线传感器用于检测前方是否有人出现，超声波传感器用于检测障碍物(包括行人)的距离，并且设置一个参考值，如果距离到达参考值，微控制器发送信号，微控制器发送信号给报警器以及电机驱动器，进行停车报警。
在本发明中，当AGV小车前方出现行人、阻碍了AGV小车的正常运行轨迹时，系统会发出警报，小车停止作业。当检测到前方无障碍时，小车按轨道运行，创造出人机友好的工作环境，避免了工作人员的受伤和小车的无故受损。在AGV小车上安装了这种装置之后，就不会影响工厂的物流运输的连续性，从而影响到工厂的生产效率。
优选地，为每台AGV设定停车优先级，采用优先避让原则停车报警，具体地，根据检测对象的停车优先级确定由本AGV小车停车、还是由对方AGV停车。
当AGV小车检测到前方有人或无法识别的不明障碍物时，AGV小车必须停车报警，当该AGV小车检测到前方有其他AGV小车的停车优先级更高时，该AGV小车优先停车，相同停车优先级的AGV小车相遇时同时停车，实现优先避让原则，从而完善了厂区的AGV小车的停车报警机制。
结合参照图1和图4，磁感应传感器安装在小车主体的左右两侧，分别设置左电磁传感器和右电磁传感器，当小车被工作人员不小心碰到偏离轨道时，左右电磁传感器接收到的信号的强度差会超过设定的参考值，此时磁感应传感器感应磁道磁场强弱，然后得到小车与磁道的偏移量，再由信号处理器处理并输出与偏移量成比例的模拟电压信号。计算AGV小车中心偏离磁轨道中心距离的电压差ΔU，即ΔU＝U左-U右，|ΔU|越大代表偏移量越大，并根据具体情况设置ΔU>0和ΔU<0时AGV小车的左右偏向，小车的微控制器接收到该信号后就会自动做出左右方向调整，确保AGV小车沿磁轨道行进。
另一方面，当AGV小车脱轨即接收电磁信号的强度低于设定的参考值，这个值可以通过工作人员进行设置，然后发送给微控制器信号，通过判断，从而进行下一步指令。
双目视觉传感器安装在小车的前端居中的位置，并且可以360度旋转。当小车脱轨时，AGV小车的左右电磁感应器接收到的电磁信号的强度会低于设定的参考值，这个值可以通过工作人员进行设置，然后存储在储存器中，此时，微控制器会控制双目视觉传感器进行工作，采集地标图像。
双目视觉传感器优选为CCD摄像机。
参照图5，双目视觉传感器在工作时，摄像头采集到的图像要经过图像去噪、阚值分割、腐蚀膨胀等预处理后用于辨识，实现对信息特征的提取。
再将图像二值化，读取模板图像的像素点信息；然后将模板图像与预存地标图像匹配，记录每个模板图像匹配成功的最大像素点数；比较匹配结果，获取匹配相似度最大的模板图像，即为磁轨道地标图像。
然后根据双目立体视觉原理，当相机内参数一致时，对于相机平面视图中任意一点，都可以根据匹配算法获取到匹配点，通过计算左右目视差值，利用基线距离可获取对应点的三维空间坐标，此时可根据三维空间坐标使AGV小车自行前往磁轨道，并根据磁轨道地标方向准确识别小车行进方向。
具体的，定义左目图像为模板图像，首先对其进行去噪、阚值分割、腐蚀膨胀等预处理；再将图像二值化，读取模板图像的像素点信息；然后将模板图像与预存地标图像匹配，记录每个模板图像匹配成功的最大像素点数；比较匹配结果，获取匹配相似度最大的模板图像，即为磁轨道地标图像。
通过极限约束技术将匹配搜索从二维降到一维，很大程度减少微处理器的运算量；
对目标图像进行校正，保证在立体匹配时，左右目CCD摄像机的平面是行对准的；
定义右目图像为匹配图像，利用模板匹配原理，在双目立体匹配中，利用区域灰度相似性匹配双目图像的对应点，相似值最大的为匹配目标区域，即对应左目模板图像中的磁轨道地标图像。
计算磁轨道地标图像的左右目视差值，利用基线距离可获取对应点的三维空间坐标，此时可根据三维空间坐标使AGV小车自行前往磁轨道，并根据磁传感器检测的磁场方向确定AGV小车的行驶方向。
如图6所示，AGV小车的自动偏轨校正包括以下步骤：
S101、在小车行进过程中，利用左右电磁感应器接收磁轨道的电磁信号；
S102、判断左右电磁传感器接收到的电磁信号强度是否超出设定的参考值；
S103、当左右电磁传感器接收到的电磁信号强度低于设定的参考值时，利用双目视觉传感器进行图像采集；
S104、接S103，根据采集的图像识别出磁轨道地标并分析出该磁轨道相对于小车的三维坐标；
S105、接S104，根据三维坐标发送指令给电机驱动器进行小车寻轨；
S106、当左右电磁传感器接收到的电磁信号强度超出设定的参考值时，判断左右电磁传感器接收到的电磁信号强度差是否超出设定的参考值；
S107、当左右电磁传感器接收到的电磁信号强度高于设定的参考值且电磁信号强度差高于设定的参考值时，计算小车与磁轨道的偏移量；
S108、接S107，由信号处理器处理并输出与偏移量成比例的模拟电压信号；
S109、接S108，根据左右电压差分析小车偏移方向，发送指令给电机驱动器进行小车纠偏校正。
重复上述步骤，直到左右传感器接收到的电磁信号强度差在设定的参考值范围内停止小车纠偏校正。其中，当微控制器从采集的地标图像中无法识别出磁轨道时，通过无线信息输出模块通知远程控制端口。
具体地，当双目视觉传感器识别到和存储器中一致的磁道轨图像时，分析出磁道轨的方向，然后据此发送指令给小车的驱动电机，前进或者后退，这个时候磁感应传感器是工作的，左右磁感应传感器的也不断分析收到信号的强度差，然后通过不断地调节方向，当左右电磁传感器接收到的信号的强度差等于或低于设定的参考值，便说明AGV小车已经回到了原轨道，然后微控制器发送命令，使AGV小车继续工作。
双目视觉传感器是可以360°旋转的，一般AGV小车的偏移，双目视觉传感器都是可以找到原轨道的。当AGV小车偏转的太远，超过双目视觉传感器的探照范围，找不到和存储器中相同的磁轨道地标时，这个时候就通过微控制器的无线信息输出模块发射信号给远程端口的人员，让其现场操作，这样也不会影响工厂的物流运输的连续性，从而影响到工厂的生产效率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种AGV小车的自动偏轨校正装置，其特征在于，包括：
在小车前端左右两侧设置的红外线传感器、在小车前端中间位置设置的超声波传感器和双目视觉传感器、在小车的左右两端设置的左右电磁感应器、在小车上端设置的报警器、以及在车体内部设置的印制电路板；
还包括在印制电路板上焊接的微控制器、无线信息传输模块、电源模块、电机驱动器、存储器、以及AGV自动控制系统，其中，
所述左右磁感应传感器用于分别感应磁轨道的磁场强弱；
所述双目视觉传感器用于在所述左右电磁感应器接收到的电磁信号强度低于设定的参考值，即小车因意外情况脱轨时进行磁轨道地标图像采集，所述微控制器用于根据双目视觉传感器采集的图像识别出磁道轨地标，并且根据磁轨道地标图像分析出磁道轨方向，然后发送相应的指令给电机驱动器进行小车纠偏校正，在此过程中通过连续分析所述左右磁感应传感器接收到的电磁信号的强度，不间断地调整小车方向直到AGV小车回到原轨道；
所述微控制器还用于当所述左右电磁传感器接收到的信号的强度差超过设定的参考值时控制所述小车做出左右方向调整，确保所述小车沿磁轨道行进；
所述存储器预先存储有所述磁轨道的图像。
2.根据权利要求1所述的AGV小车的自动偏轨校正装置，其特征在于，
所述微控制器用于通过分析AGV小车中心偏离磁轨道中心距离的左右电磁信号强度差，来调整AGV小车轨迹，使之贴合磁轨道路径，并且当微控制器无法识别磁轨道时，通过无线信息输出模块发送给远端端口。
3.根据权利要求2所述的AGV小车的自动偏轨校正装置，其特征在于，
所述红外线传感器用于检测小车前方是否有人出现，所述超声波传感器用于检测小车前方障碍物的测距，所述微控制器用于将所检测到的距离与参考值进行比较，若超出值则控制报警器报警并且控制所述电机驱动器进行停车。
4.根据权利要求2所述的AGV小车的自动偏轨校正装置，其特征在于，所述双目视觉传感器为两个CCD摄像机。
5.根据权利要求1所述的AGV小车的自动偏轨校正装置，其特征在于，所述红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路，其中，所述光学系统为反射式结构，所述检测元件是热敏电阻。
6.根据权利要求1所述的AGV小车的自动偏轨校正装置，其特征在于，所述超声波传感器由发送传感器、接收传感器、控制部分与电源部分组成，其中，所述发送传感器由发送器和陶瓷振子换能器组成，所述接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成。
7.一种AGV小车的自动偏轨校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
在小车行进过程中，利用左右电磁感应器接收磁轨道的电磁信号；
当左右电磁传感器接收到的电磁信号强度低于设定的参考值时，即AGV小车脱轨时，利用双目视觉传感器进行周边地标图像采集；以及
利用微控制器从采集的地标图像中识别出磁轨道地标并且分析出该磁轨道方向，然后发送指令给电机驱动器进行小车纠偏校正，
重复上述步骤，直到左右传感器接收到的电磁信号强度高于设定的值，并左右电磁信号强度差在设定的参考值范围内停止小车纠偏校正，
其中，当微控制器从采集的地标图像中无法识别出磁轨道时，通过无线信息输出模块通知远程控制端口；
当左右电磁传感器接收到的电磁信号强度高于设定的参考值，且左右电磁传感器接收到的电磁信号强度差超出设定的参考值时，通过分析AGV小车中心偏离磁轨道中心距离的左右电磁信号强度差，从而调整AGV小车轨迹更贴合磁轨道路径。
8.根据权利要求7所述的AGV小车的自动偏轨校正方法，其特征在于，还包括自动避人报警方法，包括以下步骤：
在小车行进过程中，利用红外线传感器检测小车前方是否有人出现；
当检测到有人出现时，利用超声波传感器对此进行测距；以及
当测得的距离超出参考值，则控制报警器报警并且控制所述电机驱动器进行停车。
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