CN110001661A - 一种双目视觉导航叉车式agv控制系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种双目视觉导航叉车式AGV控制系统和方法，该AGV控制系统包括：AGV主控单元：AGV主控单元为整个AGV的核心，具有vSLAM处理算法、机身控制、电源控制、显示、通信的控制功能；AGV驱动单元：AGV驱动单元用于为AGV提供运行的动力；AGV安全传感器：当检测到一定范围内有障碍物时，将通过开关量向AGV主控单元报告，AGV主控单元据此作出刹车或者反向动作；AGV无线通讯系统和人机界面。该方法具有更优的环境感知能力，且能够在不改变现有环境的情况下，实现叉车式AGV小车的定位及导航调度，从而达到搬运货物或自由行走，从而解决现有技术中存在的环境感知能力相对不足，需要经常的改动生产线或货架排布，带来了很大的工作量的问题。
Description
【技术领域】
本发明涉及AGV控制系统的技术领域，特别是一种双目视觉导航叉车式AGV控制系统和方法。
【背景技术】
目前AGV(Automated Guided Vehicle)系统已经广泛应用于工业物料柔性搬运系统中，随着物流系统的迅速发展,AGV的应用范围也在不断扩展。传统的叉车式AGV需要通过磁条、二维码、色带、有反光激光等作为导航路径，对于工厂、仓库等场合，需要经常的改动生产线或货架排布，这就带来了很大的工作量，客户对AGV现场实施的效率不能得到满足。此外，为考虑使用效益的提高，应当控制生产成本与使用成本在较低水平。现提出一种双目视觉导航叉车式AGV控制系统和方法。
【发明内容】
本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种双目视觉导航叉车式AGV控制系统和方法，具有更优的环境感知能力，且能够在不改变现有环境的情况下，实现叉车式AGV小车的定位及导航调度，从而达到搬运货物或自由行走。
为实现上述目的，本发明提出了一种双目视觉导航叉车式AGV控制系统，该AGV控制系统包括：
AGV主控单元：AGV主控单元为整个AGV的核心，包括vSLAM处理模块、运动控制模块、通信控制模块、电源管理模块、显示告警模块、避障传感器模块，各模块之间采用消息通信，具有vSLAM处理算法、机身控制、电源控制、显示、通信的控制功能；
AGV驱动单元：AGV驱动单元用于为AGV提供运行的动力；
AGV安全传感器：AGV安全传感器包括激光雷达障碍物传感器、红外传感器和触边胶条，当检测到一定范围内有障碍物时，将通过开关量向AGV主控单元报告，AGV主控单元据此作出刹车或者反向动作；
AGV无线通讯系统：AGV通过WIFI和控制台之间进行通信，控制台通过WIFI局域网向AGV发出系统控制指令，任务调度指令，避障调度指令，AGV通过WIFI向控制台报告各类指令的执行情况、AGV当前的位置及AGV当前的状态；
人机界面：包括主面板、控制按钮、三色灯、蜂鸣器、音乐盒，其中AGV主控单元和主面板之间是通过串口通信，用户通过主面板查看状态信息，或通过主面板进行参数设置及手动控制车辆的运行；三色灯、蜂鸣器和音乐盒做为告警装置，AGV主控单元通过开关量设置。
作为优选，所述vSLAM处理模块，对CMOS传感器输入的图像数据进行vSLAM处理，包括3个线程：VO线程、非线性优化线程和Closed loop线程，输出车身当前位姿信息，所述vSLAM处理模块与运动控制模块通信连接。
作为优选，所述运动控制模块：接收操作台的业务调度、目标位置，vSLAM的当前位置，以及各个安全传感器的信息，计算驱动控制器的转速、加速时间，传向传感器的旋转角度，拉线编码器的提升高度数据，以对车身的各个运动部分进行控制。
作为优选，所述通信控制模块用于和控制台之间的通信，接收控制指令并传递给运动控制模块；同时也把AGV当前的状态信息，包括位置、电源状态、告警信息，并上报给控制台。
作为优选，所述电源管理模块：检测电池的电量，并和充电桩之间通信，控制充电时间和充电速度；电源管理模块和运动控制模块之间通信，通过运动控制模块把AGV引导到指定充电桩。
作为优选，所述显示告警模块：对显示屏、告警灯、蜂鸣器进行控制，同时接收触摸屏的控制指令。
作为优选，所述避障传感器模块：用以接收各个避障传感器信号，并发送给运动控制模块。
一种双目视觉导航叉车式AGV控制方法，该方法对车身控制的流程包括以下步骤：
S1.以各种安全传感器的信息作为最高优先级处理，保证绝对安全，当AGV安全传感器检测到一定范围内有障碍物时，将通过开关量向AGV主控单元报告，AGV主控单元据此作出刹车或者反向动作；
S2.来自控制台的目标位置储存目标位置信息，来自vSLAM的位置数据更新当前位置信息，并发送给运动控制模块，由运动控制模块接收操作台的业务调度、目标位置，vSLAM的当前位置，以及各个安全传感器的信息，计算驱动控制器的转速、加速时间，传向传感器的旋转角度，拉线编码器的提升高度数据，以对车身的各个运动部分进行控制，让车身精确地达到指定位置。
作为优选，SLAM的处理流程为：在输入连续图像序列后，经过前后图像的特征关联，计算出连续输入特性的位姿变换，得到当前图像的相机位姿，此过程中用到根据双目恢复出来的深度信息；同时，经过关键帧策略，选定局部的关键帧进行局部优化操作，更新了当前的位姿，获取更加精确的位姿计算。
作为优选，对车身控制采用有限状态机模型，包括4个设置状态：
P_Forward/P_backward状态：车辆可前进+转向、可后退+转向；
P_Forward/N_backward状态：车辆可前进+转向、不可后退；
N_Forward/P_backward状态：车辆不可前进、可后退+转向；
N_Forward/N_backward状态：车辆不可前进、不可后退。
本发明的有益效果：本发明供一种双目视觉导航叉车式AGV控制系统和方法，具有更优的环境感知能力，且能够在不改变现有环境的情况下，实现叉车式AGV小车的定位及导航调度，从而达到搬运货物或自由行走，从而解决现有技术中存在的环境感知能力相对不足，需要经常的改动生产线或货架排布，带来了很大的工作量的问题。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【附图说明】
图1是本发明基于vSLAM的主要逻辑功能框图；
图2是本发明双目SLAM的流程示意图；
图3是本发明AGV主控单元的逻辑框图；
图4是本发明运动控制的流程图；
图5是本发明车身控制有限状态机模型图；
图6是本发明实施例的整机结构示意图。
【具体实施方式】
参阅图1本发明一种双目视觉导航叉车式AGV控制系统，该AGV控制系统包括：
AGV主控单元：AGV主控单元为整个AGV的核心，包括vSLAM处理模块、运动控制模块、通信控制模块、电源管理模块、显示告警模块、避障传感器模块，各模块之间采用消息通信，具有vSLAM处理算法、机身控制、电源控制、显示、通信等的控制功能；
AGV驱动单元：AGV驱动单元用于为AGV提供运行的动力；
AGV安全传感器：AGV安全传感器包括激光雷达障碍物传感器、红外传感器和触边胶条等，当检测到一定范围内有障碍物时，将通过开关量向AGV主控单元报告，AGV主控单元据此作出刹车或者反向等动作；
AGV无线通讯系统：AGV通过WIFI和控制台之间进行通信，控制台通过WIFI局域网向AGV发出系统控制指令，任务调度指令，避障调度指令等，AGV通过WIFI向控制台报告各类指令的执行情况、AGV当前的位置及AGV当前的状态；
人机界面：包括主面板、控制按钮、三色灯、蜂鸣器、音乐盒等，其中AGV主控单元和主面板之间是通过串口通信，用户通过主面板查看状态信息，或通过主面板进行参数设置及手动控制车辆的运行；三色灯、蜂鸣器和音乐盒做为告警装置，AGV主控单元通过开关量设置。
进一步地，参阅图3，所述vSLAM处理模块，对CMOS传感器输入的图像数据进行vSLAM处理，包括3个线程：VO线程、非线性优化线程和Closed loop线程，输出车身当前位姿信息，所述vSLAM处理模块与运动控制模块通信连接。所述运动控制模块：接收操作台的业务调度、目标位置，vSLAM的当前位置，以及各个安全传感器的信息，计算驱动控制器的转速、加速时间，传向传感器的旋转角度，拉线编码器的提升高度等数据，以对车身的各个运动部分进行控制。所述通信控制模块用于和控制台之间的通信，接收控制指令并传递给运动控制模块；同时也把AGV当前的状态信息，包括位置、电源状态、告警信息等，并上报给控制台。所述电源管理模块：检测电池的电量，并和充电桩之间通信，控制充电时间和充电速度；电源管理模块和运动控制模块之间通信，通过运动控制模块把AGV引导到指定充电桩。所述显示告警模块：对显示屏、告警灯、蜂鸣器等进行控制，同时接收触摸屏的控制指令。所述避障传感器模块：用以接收各个避障传感器信号，并发送给运动控制模块。
更进一步地，参阅图5该AGV整机由电气部分和机械部分组成，其中，电气部分由上述AGV控制系统组成，机械部分包括AGV本体10、举升机构11、控制箱、驱动轮12、从动轮13、机械防撞机构14、电池箱15和充电连接器机构16等。
一种双目视觉导航叉车式AGV控制方法，该方法对车身控制的流程包括以下步骤：
S1.以各种安全传感器的信息作为最高优先级处理，保证绝对安全，当AGV安全传感器检测到一定范围内有障碍物时，将通过开关量向AGV主控单元报告，AGV主控单元据此作出刹车或者反向动作；
S2.来自控制台的目标位置储存目标位置信息，来自vSLAM的位置数据更新当前位置信息，并发送给运动控制模块，由运动控制模块接收操作台的业务调度、目标位置，vSLAM的当前位置，以及各个安全传感器的信息，计算驱动控制器的转速、加速时间，传向传感器的旋转角度，拉线编码器的提升高度数据，以对车身的各个运动部分进行控制，让车身精确地达到指定位置。
进一步地，参阅图2，双目SLAM的处理流程为：在输入连续图像序列后，经过前后图像的特征关联，计算出连续输入特性的位姿变换，得到当前图像的相机位姿，此过程中用到根据双目恢复出来的深度信息；同时，经过关键帧策略，选定局部的关键帧进行局部优化操作，更新了当前的位姿，获取更加精确的位姿计算。
更进一步地，参阅图5，为保证安全，清晰化软件实现，采用有限状态机模型。对车身控制采用有限状态机模型包括4个设置状态：
P_Forward/P_backward状态：车辆可前进+转向、可后退+转向；
P_Forward/N_backward状态：车辆可前进+转向、不可后退；
N_Forward/P_backward状态：车辆不可前进、可后退+转向；
N_Forward/N_backward状态：车辆不可前进、不可后退。
本发明工作过程：
本发明提供一种双目视觉导航叉车式AGV控制系统和方法，具有更优的环境感知能力，且能够在不改变现有环境的情况下，实现叉车式AGV小车的定位及导航调度，从而达到搬运货物或自由行走，从而解决现有技术中存在的环境感知能力相对不足，需要经常的改动生产线或货架排布，带来了很大的工作量的问题。同时双目视觉导航可以实现自动建图，部署时间不到1天。相对于激光导航和磁条导航等方案需要大约15天左右的部署时间，将节约大量的部署时间和人力成本；激光雷达避障只能探测到激光光束达到的地方，如果障碍物低于激光光束位置，或者悬挂的障碍物(高于激光光束位置)，或者地面有坑等状况，激光避障将无法探测到，但是基于vSLAM的视觉避障将可以全方位地探测到这些障碍物；激光导航是通过激光光束的反射定位车身的位置，所以它只能获取位置信息。但是vSLAM的视觉数据中包含了非常丰富的信息，可在后期增加语义识别、实例识别、显著性识别等智能算法，将可以实现真正的智能叉车。同期价格相比较，vSLAM更加便宜。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种双目视觉导航叉车式AGV控制系统，其特征在于：该AGV控制系统包括：
AGV主控单元：AGV主控单元为整个AGV的核心，包括vSLAM处理模块、运动控制模块、通信控制模块、电源管理模块、显示告警模块、避障传感器模块，各模块之间采用消息通信，具有vSLAM处理算法、机身控制、电源控制、显示、通信的控制功能；
AGV驱动单元：AGV驱动单元用于为AGV提供运行的动力；
AGV安全传感器：AGV安全传感器包括激光雷达障碍物传感器、红外传感器和触边胶条，当检测到一定范围内有障碍物时，将通过开关量向AGV主控单元报告，AGV主控单元据此作出刹车或者反向动作；
AGV无线通讯系统：AGV通过WIFI和控制台之间进行通信，控制台通过WIFI局域网向AGV发出系统控制指令，任务调度指令，避障调度指令，AGV通过WIFI向控制台报告各类指令的执行情况、AGV当前的位置及AGV当前的状态；
人机界面：包括主面板、控制按钮、三色灯、蜂鸣器、音乐盒，其中AGV主控单元和主面板之间是通过串口通信，用户通过主面板查看状态信息，或通过主面板进行参数设置及手动控制车辆的运行；三色灯、蜂鸣器和音乐盒做为告警装置，AGV主控单元通过开关量设置。
2.如权利要求1所述的一种双目视觉导航叉车式AGV控制系统，其特征在于：所述vSLAM处理模块，对CMOS传感器输入的图像数据进行vSLAM处理，包括3个线程：VO线程、非线性优化线程和Closed loop线程，输出车身当前位姿信息，所述vSLAM处理模块与运动控制模块通信连接。
3.如权利要求1所述的一种双目视觉导航叉车式AGV控制系统，其特征在于：所述运动控制模块：接收操作台的业务调度、目标位置，vSLAM的当前位置，以及各个安全传感器的信息，计算驱动控制器的转速、加速时间，传向传感器的旋转角度，拉线编码器的提升高度数据，以对车身的各个运动部分进行控制。
4.如权利要求1所述的一种双目视觉导航叉车式AGV控制系统，其特征在于：所述通信控制模块用于和控制台之间的通信，接收控制指令并传递给运动控制模块；同时也把AGV当前的状态信息，包括位置、电源状态、告警信息，并上报给控制台。
5.如权利要求1所述的一种双目视觉导航叉车式AGV控制系统，其特征在于：所述电源管理模块：检测电池的电量，并和充电桩之间通信，控制充电时间和充电速度；电源管理模块和运动控制模块之间通信，通过运动控制模块把AGV引导到指定充电桩。
6.如权利要求1所述的一种双目视觉导航叉车式AGV控制系统，其特征在于：所述显示告警模块：对显示屏、告警灯、蜂鸣器进行控制，同时接收触摸屏的控制指令。
7.如权利要求1所述的一种双目视觉导航叉车式AGV控制系统，其特征在于：所述避障传感器模块：用以接收各个避障传感器信号，并发送给运动控制模块。
8.一种双目视觉导航叉车式AGV控制方法，其特征在于：该方法对车身控制的流程包括以下步骤：
S1.以各种安全传感器的信息作为最高优先级处理，保证绝对安全，当AGV安全传感器检测到一定范围内有障碍物时，将通过开关量向AGV主控单元报告，AGV主控单元据此作出刹车或者反向动作；
S2.来自控制台的目标位置储存目标位置信息，来自vSLAM的位置数据更新当前位置信息，并发送给运动控制模块，由运动控制模块接收操作台的业务调度、目标位置，vSLAM的当前位置，以及各个安全传感器的信息，计算驱动控制器的转速、加速时间，传向传感器的旋转角度，拉线编码器的提升高度数据，以对车身的各个运动部分进行控制，让车身精确地达到指定位置。
9.如权利要求8所述的一种双目视觉导航叉车式AGV控制方法，其特征在于：SLAM的处理流程为：在输入连续图像序列后，经过前后图像的特征关联，计算出连续输入特性的位姿变换，得到当前图像的相机位姿，此过程中用到根据双目恢复出来的深度信息；同时，经过关键帧策略，选定局部的关键帧进行局部优化操作，更新了当前的位姿，获取更加精确的位姿计算。
10.如权利要求8所述的一种双目视觉导航叉车式AGV控制方法，其特征在于：对车身控制采用有限状态机模型，包括4个设置状态：
P_Forward/P_backward状态：车辆可前进+转向、可后退+转向；
P_Forward/N_backward状态：车辆可前进+转向、不可后退；
N_Forward/P_backward状态：车辆不可前进、可后退+转向；
N_Forward/N_backward状态：车辆不可前进、不可后退。
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