CN109573897B - 基于视觉的叉车agv货叉起升高度定位的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于视觉的叉车AGV货叉起升高度定位的系统，用以解决现有技术中是叉车识别货叉高度复杂，误差较大的问题，本系统包括叉车和货叉，还包括：码带和图像采集装置；码带，所述码带和货叉联动设置；码带表面上设置有预设多行编码，用于标记当前货车的绝对位置；图像采集装置，所述图像采集装置设置在叉车上，用于采集码带的图像信息，并根据预设图像处理算法结合码带的预设多行编码，获取货叉当前起升高度。本系统采用对货叉绝对位置进行编码的方式，所以不存在绝对误差；利用图像采集装置提取图像元素的能力在获取的绝对位置数据基础上进行插值，能计算出货叉起升的精确位置，与其它方式相比有更高的性价比。

Description

基于视觉的叉车AGV货叉起升高度定位的系统及方法
技术领域
本发明涉及叉车控制技术领域，尤其涉及基于视觉的叉车AGV货叉起升高度定位的系统及方法。
背景技术
目前市场上存在的检测叉车货叉高度的装置从检测原理上来看分为直接测距和间接测距两类。
直接测距通过在货叉上安装测距传感器测量其距离基准面的距离，测距技术手段一般基于传统的激光、超声波等，这些方法中，基于激光的测距方法价格昂贵，如激光测距；而基于超声波可靠性不强，受环境温度湿度的影响较大，另外直接测距对装配的要求也较高，例如使用激光测距的方法，激光的出射方向需要和货叉的运动方向平行，否则误差较大。
间接测距的方法，是通过在货叉上安装同步装置，典型的如利用编码器配合同步带的方式；另外对于采用液压方式驱动的货叉，可以在门架上安装行程感应器。另外有设置感应轮的方法，具体为：在货叉架体上设置感应轮，感应线沿感应轮的圆周缠绕，感应线的两头分别固定在门架的上、下横梁上；感应器与感应轮同轴设置，感应器与叉车操作面板信号连接；货叉上下运行时，感应线带动感应轮转动，感应器接收感应轮转动信号，操作者就可以通过操作面板准确知道货叉运行的距离。另外有采用专用的位移传感器的方法，具体为：在外门架与内门架之间安装有测量内、外门架位移的位移传感器，位移传感器是连接到显示位移数值的显示装置，利用位移传感器对内门架的移动位置进行检测，将检测到的信号送到电子装置进行处理，并将数值在显示装置上显示；位移传感器是旋转传感器，位移传感器的固定端固定在外门架上，其旋转部位与内门架相接。另有方法在货叉架体和叉车结合部分安装一对相对的齿条，齿条上的凸起可以触发所连接的计数器，每经过一个齿条进行一次计数，从而获得货叉移动的高度。上述方法中关键在于没有采用存储绝对位置信息的手段，所有移动距离测量是通过累积计数获得，因此可能产生的较大累积误差，并且需要复位。
综上所述，需要设计一种误差较小的叉车货叉起升高度定位的系统及方法，来解决上述问题。
发明内容
为了解决背景技术中提出的问题，本发明提供了基于视觉的叉车AGV货叉起升高度定位的系统及方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案，
基于视觉的叉车AGV货叉起升高度定位的系统，包括叉车和货叉，包括：码带和图像采集装置；
码带，所述码带和货叉联动设置；码带表面上设置有预设多行编码，用于标记当前货车的绝对位置；
图像采集装置，所述图像采集装置设置在叉车上，用于采集码带的图像信息，并根据预设图像处理算法结合码带的预设多行编码，获取货叉当前起升高度。
进一步地，将图像采集装置和码带按照预设对准位置进行设置。
进一步地，图像采集装置的数量为一个或者多个。
进一步地，预设多行编码图案为预设黑白棋盘格图案。
进一步地，图像采集装置包括：
图像获取单元，用于采集预设视野范围内的码带图像信息；
编码获取单元，用于获取预设视野范围内码带图像信息内的码带的编码信息；
位置优化单元，用于将获取的预设视野范围内码带的多行编码信息代入预设优化算法中，获取当前码带在预设视野范围内的最优编码；
高度获取单元，用于根据预设视野范围内的最优编码以及图像采集装置的位置数据获取当前货叉的起升高度。
进一步地，编码获取单元包括：
图像编码获取单元，用于获取预设视野范围内码带图像信息内的码带的图像编码信息；
二值编码获取单元，用于根据预设二值化方法将预设视野范围内的码带的图像编码信息分别对应转化为二进制编码信息。
基于视觉的叉车AGV货叉起升高度定位的方法，包括步骤：
S1：通过和货叉联动设置的码带上的预设多行编码，标记货叉的绝对位置；
S2：通过设置在叉车上的图像采集装置采集码带的图像信息，并根据预设图像处理算法结合码带的预设多行编码，获取货叉当前起升高度。
进一步地，步骤S2包括：
S21：通过图像获取单元采集预设视野范围内的码带图像信息；
S22：通过编码获取单元，获取预设视野范围内码带图像信息内的码带的编码信息；
S23：通过位置优化单元，将获取的预设视野范围内码带的多行编码信息代入预设优化算法中，获取当前码带在预设视野范围内的最优编码；
S24：通过高度获取单元，根据预设视野范围内的最优编码以及图像采集装置的位置数据获取当前货叉的起升高度。
进一步地，步骤S22包括：
S221：通过图像编码获取单元，获取预设视野范围内码带图像信息内的码带的图像编码信息；
S222：通过二值编码获取单元，根据预设二值化方法将预设视野范围内的码带的图像编码信息分别对应转化为二进制编码信息。
本发明有如下优点：
(1)采用对货叉绝对位置进行编码的方式，所以不存在绝对误差；
(2)利用图像采集装置提取图像元素，在获取的货叉的绝对位置数据的基础上进行插值，能计算出货叉起升的精确位置，与其它方式相比有更高的性价比。
附图说明
图1是本发明叉车上码带与图像采集装置的安装示意图；
图2是本发明图像采集装置采集图像编码信息与读码示意图；
图3是本发明基于所读编码值和对应像素计算精确位置示意图；
图4是本基于视觉的叉车AGV货叉起升高度定位的方法流程图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一
本实施例提供基于视觉的叉车AGV货叉起升高度定位的系统，如图1至图3所示，本系统包括：
包括叉车和货叉，包括：码带和图像采集装置；
码带，所述码带和货叉联动设置；码带表面上设置有预设多行编码，用于标记当前货车的绝对位置；
图像采集装置，所述图像采集装置设置在叉车上，用于采集码带的图像信息，并根据预设图像处理算法结合码带的预设多行编码，获取货叉当前起升高度。
进一步地，将图像采集装置和码带按照预设对准位置进行设置。
进一步地，图像采集装置的数量为一个或者多个。
进一步地，预设多行编码图案为预设黑白棋盘格图案。
进一步地，图像采集装置包括：
图像获取单元，用于采集预设视野范围内的码带图像信息；
编码获取单元，用于获取预设视野范围内码带图像信息内的码带的编码信息；
位置优化单元，用于将获取的预设视野范围内码带的多行编码信息代入预设优化算法中，获取当前码带在预设视野范围内的最优编码；
高度获取单元，用于根据预设视野范围内的最优编码以及图像采集装置的位置数据获取当前货叉的起升高度。
进一步地，编码获取单元包括：
图像编码获取单元，用于获取预设视野范围内码带图像信息内的码带的图像编码信息；
二值编码获取单元，用于根据预设二值化方法将预设视野范围内的码带的图像编码信息分别对应转化为二进制编码信息。
其中，本实施例中，将图像采集装置安装在叉车本体上，使其对准货叉上安装的码带。码带通过特定模式进行编码，每行编码为一个特定值，用于标记该码带当前所处的绝对位置即货叉上前所处的绝对位置。
图像采集装置对码带进行预设视野范围的图像采集，通过图像编码获取单元，获取预设视野范围内码带图像信息内的码带的图像编码信息，以及通过二值编码获取单元，根据预设二值化方法将预设视野范围内的码带的图像编码信息分别对应转化为二进制编码信息。
该二进制编码信息与码带上的绝对位置对应，然后利用不同行编码之间的图像编码信息，通过最优化方法实现起升高度的计算。
进一步优选地，本码带上的图案为黑白棋盘格图案，方便后期的图像处理，能提高识别码值的可靠性。
每一行黑白格所表示的二进制编码表示当前的绝对位置，编码采用的码制为格雷码。如图1所示，码带顶部的第一行按照白格为0，黑格为1方式进行读取，读取到的二进制编码为000000。
进一步优选地，所选图像采集装置为配备有远心镜头的高分辨率的红外数字相机，且具有较高的帧速。采用红外相机可以避免环境光及阳光造成的干扰。
进一步优选地，图像采集装置每次读取的码值不应小于三个，这样才能有效利用优化算法提高当前位置的计算精度，所使用优化方法为最小二乘法。
本实施例中提供的基于视觉的叉车AGV货叉起升高度定位的系统，通过利用货车的绝对位置进行编码，并利用图像采集装置提取图像编码信息，并在获取的绝对位置数据基础上进行插值，能计算出货叉起升的精确位置，与其它方式相比有更高的性价比。
实施例二
本实施例提供了基于视觉的叉车AGV货叉起升高度定位的方法，如图2至4所示，本方法包括步骤：
S1：通过和货叉联动设置的码带上的预设多行编码，标记货叉的绝对位置；
S2：通过设置在叉车上的图像采集装置采集码带的图像信息，并根据预设图像处理算法结合码带的预设多行编码，获取货叉当前起升高度。
进一步地，步骤S2包括：
S21：通过图像获取单元采集预设视野范围内的码带图像信息；
S22：通过编码获取单元，获取预设视野范围内码带图像信息内的码带的编码信息；
S23：通过位置优化单元，将获取的预设视野范围内码带的多行编码信息代入预设优化算法中，获取当前码带在预设视野范围内的最优编码；
S24：通过高度获取单元，根据预设视野范围内的最优编码、图像采集装置的位置数据以及图像像素数据信息结合预设高度算法，获取当前货叉的起升高度。
进一步地，步骤S22包括：
S221：通过图像编码获取单元，获取预设视野范围内码带图像信息内的码带的图像编码信息；
S222：通过二值编码获取单元，根据预设二值化方法将预设视野范围内的码带的图像编码信息分别对应转化为二进制编码信息。
其中具体的实施方式为：
图像采集装置安装于叉车AGV本体，使其对准货叉上安装的码带。
码带通过联动结构和货叉联结，能够随货叉的上下移动而同步移动。
在本实施例中，码带上的图案为黑白相间的棋盘格图案，每一行黑白格所表示的二进制编码表示当前的绝对位置，编码采用的码制为格雷码。如图1所示，码带顶部的第一行按照白格为0，黑格为1方式进行读取，读取到的二进制编码为000000。
黑白格图案的二进制信息读取通过图像采集装置采集的图像通过相应的图像处理算法实现，如图2所示，在本实施例中，图像采集装置采用的是配备有远心镜头的红外CCD摄像机，在近距离对准码带后可以清晰成像。
图像处理算法具体如下：
首先，利用图像中码带在预设视野范围内所处的横向位置基本固定，直接对获取的图像编码信息进行截取；
其次，对截取后的图像编码信息进行二值化处理，并提取连通区域，即黑色部分；
最后，通过连通区域的信息读取每行的二进制编码信息。
在本实施例中，所采用的编码为格雷码，如图2所示，因此00010000对应为绝对位置31，00110000对应32，依次类推，这里的绝对位置是制作码带时约定的，本实施例中，码带上格子的单位为5mm，总高度为256*5mm＝1.28m。
读取到的货叉的绝对位置是不精确的，还需要进一步优化，在本实施例中，通过同时读取四条码值信息对当前码带的精确位置进行计算，如图3所示，同时采集到的四个编码为33，34，35，36；其对应的实际位置为X1＝33*5mm，X2＝34*5mm，X3＝35*5mm和X4＝36*5mm；
在之前进行连通域提取时可以提取到每行编码对应的像素坐标，在本例中，分别为Y1＝405，Y2＝568，Y3＝721，Y4＝886，图像采集装置的图像分辨率为1440*1280，因此需要求取的精确位置为Y＝1280/2＝640对应的位置X。
每两组编码信息对应值就可以求解出一个X值，例如可以利用X1，Y1，X2，Y2进行求解，它们满足如下关系：
(X-X1)/(X2-X1)＝(Y-Y1)/(Y2-Y1)
设其解为X1，2，则相应有X1，3；X1，4；X2，3；X2，4；X3，4；最终的精确X值通过最小二乘法求得：
X＝argmin(X-Xi，j)2；i，j∈{1,2,3}，i≠j
本实施例中提供的基于视觉的叉车AGV货叉起升高度定位的方法，能够实现通过利用货车的绝对位置进行编码，并利用图像采集装置提取图像编码信息，并在获取的绝对位置数据基础上进行插值，能计算出货叉起升的精确位置，与其它方式相比有更高的性价比。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.基于视觉的叉车AGV货叉起升高度定位的系统，包括叉车和货叉，其特征在于，包括：码带和图像采集装置；
码带，所述码带和货叉联动设置；码带表面上设置有预设多行编码，用于标记当前货车的绝对位置，预设多行编码图案为预设黑白棋盘格图案；
图像采集装置，所述图像采集装置设置在叉车上，用于采集码带的图像信息，并根据预设图像处理算法结合码带的预设多行编码，获取货叉当前起升高度；
图像采集装置包括：
图像获取单元，用于采集预设视野范围内的码带图像信息；
编码获取单元，用于获取预设视野范围内码带图像信息内的码带的编码信息；
位置优化单元，用于将获取的预设视野范围内码带的多行编码信息代入预设优化算法中，获取当前码带在预设视野范围内的最优编码；
高度获取单元，用于根据预设视野范围内的最优编码以及图像采集装置的位置数据获取当前货叉的起升高度；
编码获取单元包括：
图像编码获取单元，用于获取预设视野范围内码带图像信息内的码带的图像编码信息；
二值编码获取单元，用于根据预设二值化方法将预设视野范围内的码带的图像编码信息分别对应转化为二进制编码信息；
所述预设二值化方法包括步骤：
首先，对获取的图像编码信息进行截取；
其次，对截取后的图像编码信息进行二值化处理，并提取连通区域以及提取每行编码对应的像素坐标，所述连通区域为预设黑白棋盘格图案中黑色部分；
最后，通过连通区域的信息读取每行的二进制编码信息。
2.根据权利要求1所述的基于视觉的叉车AGV货叉起升高度定位的系统，其特征在于，将图像采集装置和码带按照预设对准位置进行设置。
3.根据权利要求2所述的基于视觉的叉车AGV货叉起升高度定位的系统，其特征在于，图像采集装置的数量为一个或者多个。
4.基于视觉的叉车AGV货叉起升高度定位的方法，其特征在于，包括步骤：
S1：通过和货叉联动设置的码带上的预设多行编码，标记货叉的绝对位置；
S2：通过设置在叉车上的图像采集装置采集码带的图像信息，并根据预设图像处理算法结合码带的预设多行编码，获取货叉当前起升高度；
S21：通过图像获取单元采集预设视野范围内的码带图像信息；
S22：通过编码获取单元，获取预设视野范围内码带图像信息内的码带的编码信息；
S23：通过位置优化单元，将获取的预设视野范围内码带的多行编码信息代入预设优化算法中，获取当前码带在预设视野范围内的最优编码；
S24：通过高度获取单元，根据预设视野范围内的最优编码、图像采集装置的位置数据以及图像像素数据信息结合预设高度算法，获取当前货叉的起升高度；
步骤S22包括：
S221：通过图像编码获取单元，获取预设视野范围内码带图像信息内的码带的图像编码信息；
S222：通过二值编码获取单元，根据预设二值化方法将预设视野范围内的码带的图像编码信息分别对应转化为二进制编码信息。
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