CN110109460B - 一种基于十字码的agv小车导航系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于十字码的AGV小车导航系统，通过感应射频标签可以获得小车当前的位置信息，再通过摄像模块获取四个方向条码的图像，可快速获得当前小车的十字码偏离信息和运行方向角度等信息，再结合速度检测模块和转向检测模块获得的速度信息和转向角度信息，可以实现AGV小车的精确行进，大大提高了导航的可靠性。同时，铺设在地面的十字码可以使得AGV小车在导航区域内任意位置获得定位，提高了小车运行的自由度，利用条码和射频标签结合可以克服射频标签本身精确度不高的缺点，条码本身的读取速度也高于一般的二维码读取速度，且操作人员可以选择批量生产相同的十字码进行地面铺设，大大降低了前期铺设的难度，方案简单，效果显著。

Description

一种基于十字码的AGV小车导航系统

技术领域

本发明属于AGV小车导航领域，具体涉及一种基于十字码的AGV小车导航系统。

背景技术

AGV即自动导引车(Automated Guided Vehicle)，因具有良好的柔性和较高的可靠性且安装容易，维护简单，能极大降低企业室内产品设备运输人力成本，已经广泛的应用于自动化物流仓储、智能工厂、智能生产等领域。导航技术作为AGV的关键技术之一，是影响AGV性能的重要因素。目前应用比较广泛且技术比较成熟的AGV导航方式主要有以下几种：

1、磁导航方法，该方法首先根据AGV的路径运行规划在地面铺设相应的磁条，在AGV运行过程中通过设备上的磁感应传感器不间断读取地面上的磁带磁信号实现导航。但此导航方式灵活性差，AGV只能沿磁条行走，更改路径需重新铺设磁条，对复杂路径的局限性较大。

2、激光导航方法，该方法是通过AGV发射激光束，同时采集其行驶路径周围激光反射板反射的激光束，并通过不间断的三角几何运算得到实时位置和方向实现AGV导航。其缺点是对使用场景环境要求较高，其导航精度易受外界光线、反射板遮挡等影响，且激光导航传感器成本较高，场景布设复杂，难度较高。

3、二维码导航方法，该方法是在AGV行驶过程中通过装在机器底盘的视觉传感器实时采集地面图像信息，并通过对图像中的二维码识别来确定AGV的当前位置和实时修正运行方位角。但是因二维码编码规则复杂，需要一定的识别时间，AGV在快速运行时车载视觉传感器很难快速准确地实现二维码识别，从而影响导航可靠性。

由此可知，上述几种现有的AGV小车导航技术存在行进局限较大、成本较高及导航可靠性差等缺陷，亟需一种更优的导航技术来解决这些缺陷。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种基于十字码的AGV小车导航系统，可以实现AGV小车的精确行进，大大提高了导航的可靠性，且操作人员可以选择批量生产相同的十字码进行地面铺设，大大降低了前期铺设的难度，方案简单，效果显著。

为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：

一种基于十字码的AGV小车导航系统，包括：

在导航区域地面铺设的多个十字码；所述十字码包括呈十字排布的四个方向条码以及设置在中间的射频标签；所述四个方向条码内编写的条码信息用于指示四个方向；所述射频标签中编写有所在位置的绝对坐标信息；

射频感应模块，用于感应所述射频标签，获取当前的绝对坐标信息；

摄像模块，设置在AGV小车的底部，用于获取实时地面图像；所述实时地面图像中包括所述四个方向条码中的一个或多个的图像；

速度检测模块，用于获取AGV小车的速度信息；

转向检测模块，用于获取AGV小车的转向角度信息；

行进控制模块，用于识别所述实时地面图像中所包含的条码信息，获取当前的行进方向信息、角度偏离信息和十字码偏离信息，并根据所述绝对坐标信息、行进方向信息、角度偏离信息和十字码偏离信息，结合所述速度信息和转向角度信息，调整AGV小车的行进。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明公开了一种基于十字码的AGV小车导航系统，通过感应射频标签可以获得小车当前的位置信息，再通过摄像模块获取四个方向条码的图像，可快速获得当前小车的十字码偏离信息和运行方向角度等信息，再结合速度检测模块和转向检测模块获得的速度信息和转向角度信息，可以在AGV小车行进过程中获取AGV小车全面的行进相关参数，从而可以实现AGV小车的精确行进，大大提高了导航的可靠性。

同时，铺设在地面的十字码可以使得AGV小车在导航区域内任意位置获得定位，提高了小车运行的自由度，避免了传统轨道式导航导致的运行局限问题，利用条码和射频标签结合可以克服射频标签本身精确度不高的缺点，条码本身的读取速度也高于一般的二维码读取速度，且操作人员可以选择批量生产相同的十字码进行地面铺设，大大降低了前期铺设的难度，方案简单，效果显著。

进一步的，所述摄像模块包括多个摄像头组，所述多个摄像头组对地面实时获取多个图像，所述行进控制模块对所述多个图像进行融合得到所述实时地面图像，通过多个摄像头组对地面进行图像获取，可以加宽图像采集范围，从而提高十字码的识别成功率，同时多摄像头采集增加了数据冗余，增强了十字码识别的鲁棒性。

进一步的，所述四个方向条码的编码方式为：以不同方向对其进行读取时，其朝向前方、左方、右方的方向条码的条码信息所组成的编码组合均不同，可以起到方向标识的作用。

进一步的，所述摄像头组包括三组摄像头，当所述AGV小车底部的几何中心与所述射频标签对准时，所述三组摄像头对应扫描所述四个方向条码中对应于所述AGV小车行进方向的正前方、正左方和正右方的三个方向条码，通过三组摄像头同时识别十字码的三个方向条码，提高十字码识别处理的实时性。

进一步的，所述行进控制模块包括：

图像识别单元，用于识别所述实时地面图像中所包含的条码信息，获取当前的行进方向信息、角度偏离信息和十字码偏离信息；

指令输出单元，用于根据所述绝对坐标信息、行进方向信息、角度偏离信息和十字码偏离信息，结合所述速度信息，输出控制指令调整AGV小车的行进；

运动控制单元，用于根据控制指令控制AGV小车的行进速度和方向。

进一步的，所述图像识别单元执行以下步骤获取所述行进方向信息、角度偏离信息和十字码偏离信息：

处理所述摄像模块获得的实时地面图像，得到其中包含的方向条码图像；

将所述方向条码图像与标准方向条码图像对比，得到所述AGV小车的几何中心与所述射频标签的偏离信息；所述标准方向条码图像为所述几何中心与所述射频标签对齐时所述摄像模块获得的方向条码图像；

识别所述方向条码图像中所包含的方向条码的条码信息，根据预设的方向条码编码规则，得到当前AGV小车的行进方向；

将所述方向条码图像与标准方向基准线进行角度对比，得到所述AGV小车的行进方向与基准方向的角度偏差；所述标准方向基准线为所述AGV小车的行进方向与所述基准方向重合时所述摄像模块获取到的方向条码图像所在的基准线。

通过上述步骤，图像识别单元可以通过获得的实时地面图像，更全面获得AGV小车在行进时的各相关参数，从而方便后续根据所获得的参数信息，对AGV小车进行更精确的控制。

进一步的，所述指令输出单元执行以下步骤输出控制指令：

根据预先接收到的行进路线中目标地点的绝对坐标信息，输出行进控制指令；所述行进控制指令用于控制AGV小车行进至所述绝对坐标信息所在的十字码，

根据所述十字码偏离信息和所述速度信息，输出行进速度调整指令，所述行进速度调整指令用于调整AGV小车的行进速度，使AGV小车的几何中心与所述射频标签对齐；

根据所述方向角度偏离信息输出AGV小车的行进方向指令，所述行进方向指令用于调整AGV小车的行进方向与基准方向一致。

通过上述步骤，指令输出单元可以通过所获各参数信息更精确地控制AGV小车的行进，使得AGV小车的行进可以实时根据所处环境进行调整，提高了导航的可靠性。

进一步的，所述图像识别单元执行以下步骤获得所述方向条码图像和条码信息：

获取所述实时地面图像；

对所述实时地面图像进行中值滤波预处理得到灰度图像；

将灰度图像进行二值化处理将其变换为黑白二值图像得到所述方向条码图像；

对二值图像中的方向条码进行匹配滤波处理得到所述条码信息。

通过上述步骤，图像识别单元可以有效过滤实时地面图像中的干扰元素，更精确地获得条码图像和识别条码信息，大大提高了条码识别的效率和准确性。

进一步的，所述运动控制单元包括设置在所述AGV小车底部的多个行进轮和对行进轮进行控制的伺服系统。

进一步的，所述射频标签为RFID标签，所述射频感应模块为RFID读写器，RFID技术具有读写速度快、读写距离长、可重复使用和重复编辑等优点。

进一步的，本装置还包括为所述摄像模块的图像获取提供照明补偿的光源模块，使得摄像模块在获取地面图像时具有足够的照明环境，提高图像获取的精确度和效率，有效避免图像光斑影响。

附图说明

图1是本发明的实施例1所述十字码的示意图；

图2是本发明的实施例2所述AGV小车导航装置的底部结构示意图；

图3是本发明的实施例2所述AGV小车导航装置的内部结构示意图；

图4是本发明的实施例2所述摄像头组的摄像头阵列结构示意图；

图5是本发明的实施例2所述摄像头组的摄像头阵列结构示意图；

图6是本发明的实施例2所述处理器3的功能模块示意图；

图7是本发明的实施例3所述AGV小车导航方法的步骤示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例公开了一种十字码，其可在批量生产后，被铺设在AGV小车的导航区域地面上，用于对AGV小车进行导航，如图1所示，本实施例公开的十字码包括呈十字排布的四个方向条码以及设置在中间的射频标签；四个方向条码分别编写有四个方向的条码信息；

具体的，十字码的方向编码规则为，将图1中横向从左往右黑白条的宽度比例1:1:1:2:3的方向条码编码为“0”，黑白条的宽度比例3:2:1:1:1的方向条码编码为“1”，纵向从下往上黑白条的宽度比例1:1:1:2:3的方向条码编码为“0”，纵向从下往上黑白条的宽度比例3:2:1:1:1的方向条码编码为“1”。采用黑白条间隔作为编码基础，提高了十字码的环境抗扰能力。同时，如此设置的十字码，当以不同方向对其进行读取时，其朝向前方、左方、右方的方向条码的编码组合均不同，从而起到对方向进行标识的作用。

具体的，十字码的中心圆形位置粘贴有RFID卡片，卡片内部存储了十字码所处位置在AGV小车导航地图中的绝对坐标信息。RFID卡片数据不易受外界环境干扰而丢失，且可灵活录入和修改坐标信息。本实施例中所有AGV小车运行路径上的十字码图案都相同，地图布设方便，利于批量化生产，同时也便于后期维护。

具体的，后续在条码识别时，可识别横向或纵向编码为”0”位置对应AGV小车运行地图正北方向，可选的，操作人员也可以根据需要选择其他编码方式对十字码的四个方向条码进行编码。

通过本实施例公开的十字码，铺设在地面的十字码可以使得AGV小车在导航区域内任意位置获得定位，提高了小车运行的自由度，避免了传统轨道式导航导致的运行局限问题，利用条码和射频标签结合可以克服射频标签本身精确度不高的缺点，且两者结合的十字码价格低廉，操作人员同样可以选择批量生产相同的十字码进行地面铺设，大大降低了材料成本和前期铺设的难度，方案简单，效果显著。

实施例2

如图2-图3所示，本实施例公开了一种AGV小车导航装置，其可通过如实施例1所述的十字码进行导航，其包括：

设置在AGV小车底部的RFID读写器1，其设置在AGV小车底部，用于感应RFID卡片，获取AGV小车当前所处位置的绝对坐标信息；

设置在AGV小车的底部的摄像模块2，其包括成列设置在小车底部居中位置上的三个摄像头组21，用于获取实时地面图像；实时地面图像中包括四个方向条码中的一个或多个的图像；

具体的，如图4所示，摄像头组21包括三组摄像头，每组摄像头包括三个摄像头，一共包括图3中编号为1-9九个摄像头，当AGV小车底部的几何中心与射频标签对准时，三组摄像头对应扫描四个方向条码中的任意三个，通过三组摄像头同时识别十字码的三个方向条码，提高十字码识别处理的实时性。具体的，其中第一组编号为1、2、3的摄像头用于识别十字码的正上方黑白码，图像采集方向为从左往右采集，第二组编号4、5、6的摄像头用于识别十字码的正左方黑白码，图像采集方向为从下往上采集，第三组编号7、8、9的摄像头用于识别十字码的正右方黑白码，图像采集方向为从下往上采集。

具体的，本装置还包括为摄像模块的图像获取提供照明补偿的光源模块10，使得摄像模块在获取地面图像时具有足够的照明环境，提高图像获取的精确度和效率。具体的，如图5所示，光源模块采用45度斜面环形LED光源10，设置在摄像头组21的外围，可为摄像头组的图像获取提供足够的照明补偿，有效避免图像光斑影响。

设置在AGV小车底部的多个行进轮，其中，两个行进轮31设置在底部的两侧用于控制小车的前进和后退，四个行进轮32设置在底部的四个边角，行进轮32的方向与行进轮31垂直，用于控制小车的转向，小车底部还设置有对行进轮进行控制的伺服系统32、获取行进轮31的速度信息的速度编码器33和获取小车的转向角度信息的陀螺转向仪34。

处理器3，设置在AGV小车内，用于识别实时地面图像中所包含的条码信息，获取当前的行进方向信息、角度偏离信息和十字码偏离信息，并根据绝对坐标信息、行进方向信息、角度偏离信息和十字码偏离信息，结合速度信息，输出控制指令，伺服系统32根据控制指令调整AGV小车的行进。

具体的，如图6所示，处理器3内设置有图像识别单元31和指令输出单元32，其中：

图像识别单元31，用于识别实时地面图像中所包含的条码信息，获取当前的行进方向信息、角度偏离信息和十字码偏离信息；

具体的，图像识别单元31处理摄像模块获得的实时地面图像，得到其中包含的方向条码图像；具体的，图像识别单元31执行以下步骤来对摄像模块获得的图像进行处理，以获得方向条码图像和条码信息：

获取实时地面图像；

对实时地面图像进行中值滤波预处理得到灰度图像；

将灰度图像进行二值化处理将其变换为黑白二值图像得到方向条码图像；

对二值图像中的方向条码进行匹配滤波处理得到条码信息。

具体的，图像识别单元31将方向条码图像与标准方向条码图像对比，得到AGV小车的几何中心与射频标签的偏离信息；标准方向条码图像为几何中心与射频标签对齐时摄像模块获得的方向条码图像；具体的，在AGV小车逐渐靠近十字码的过程中，摄像模块获得的条码图像会不断变化，在AGV小车准确停留在十字码位置时，摄像模块此时会获得上述标准方向条码图像，因此，图像识别单元可根据这一图像变化的特点，将实时获取的方向条码图像与标准方向条码图像进行对比，以估算出AGV小车的几何中心与射频标签的偏离距离；

具体的，图像识别单元31将识别方向条码图像中所包含的方向条码的条码信息，根据预设的方向条码编码规则，得到当前AGV小车的行进方向；其中，如实施例1中所述，以不同方向读取十字码的前、左、右三个方向条码时，其编码所组成的数字组合均不同，因此可在处理器内置预设的方向条码编码规则，根据十字码的实际布设方向，制定不同的数字组合所代表的方向，图像识别单元对实时的方向条码信息进行读取后，即可直接根据编码规则得到此时AGV小车的行进方向；

具体的，图像识别单元31将方向条码图像与标准方向基准线进行角度对比，得到AGV小车的行进方向与基准方向的角度偏差；标准方向基准线为AGV小车的行进方向与基准方向重合时摄像模块获取到的方向条码图像所在的基准线，具体的，基准方向可以为预设的行进路线中的目标行进方向，并在处理器中预先设置有目标行进方向对应的上述标准方向基准线，将方向条码图像与基准线进行对比，即可得到此时小车的行进方向与目标行进方向的角度偏差信息。

指令输出单元32，用于根据上述得到绝对坐标信息、行进方向信息、角度偏离信息和十字码偏离信息，结合速度信息，输出控制指令调整AGV小车的行进；

具体的，指令输出单元32根据预先接收到的行进路线中目标地点的绝对坐标信息，输出行进控制指令，使得伺服系统控制AGV小车行进至绝对坐标信息所在的十字码，

具体的，指令输出单元32根据十字码偏离信息和速度信息，输出行进速度调整指令，使得伺服系统调整AGV小车的行进速度，使AGV小车的几何中心与射频标签对齐；具体的，指令输出单元根据十字码偏离信息也即AGV小车偏离十字码的距离，以及速度编码器获得的此时的行进速度，以输出行进速度调整指令，以使得伺服系统可以控制AGV小车准确停留在目标的十字码上。

具体的，指令输出单元32根据方向角度偏离信息和转向角度信息，输出AGV小车的行进方向指令，使得伺服系统调整AGV小车的行进方向与基准方向一致，具体的，指令输出单元不断根据陀螺转角仪得到的实时的转向角度信息，控制小车准确地转向，以使得AGV小车的行进方向与基准方向一致。

通过本实施例公开的AGV小车导航装置，通过感应射频标签可以获得小车当前的位置信息，再通过摄像模块获取四个方向条码的图像，可快速获得当前小车的十字码偏离信息和运行方向角度等信息，再结合速度检测模块和转向检测模块获得的速度信息和转向角度信息，可以在AGV小车行进过程中获取AGV小车全面的行进相关参数，从而可以实现AGV小车的精确行进，大大提高了导航的可靠性。

实施例3

如图7所示，本实施例公开了一种AGV小车的导航方法，其基于实施例1中所述的十字码和实施例2中所述的AGV小车导航装置，其步骤包括：

将AGV小车置于铺设有十字码的导航地面上，开机启动；

摄像模块采集实时地面图像，处理器处理实时地面图像获得当前的方位信息，RFID读写器读取RFID卡片中的绝对位置坐标为AGV小车的当前位置；处理器控制伺服系统控制AGV小车的行进，使其几何中心与十字码的几何中心对齐；

AGV小车等待接收服务器启动命令，当接收到启动命令后处理器首先根据当前位置坐标和目标位置坐标规划一条最优行驶路径；

AGV小车不断根据处理器得到的当前方向信息、当前位置信息、当前速度信息等参数实时计算AGV小车下一时刻运行的位置和方位并驱动伺服系统行使至目标位置。

具体的，AGV小车行进过程中，由速度编码器实时采集位置和速度信号并对AGV小车当前行进距离进行估算，由陀螺转角仪提供的角度信息实时估算AGV小车行进方位。视觉摄像头传感器实时采集路径图像信号，当采集图像包含十字地标码图像时，处理器根据计算得到的AGV小车相对十字码偏移角度值对AGV小车的行进方位进行校正，从而正确控制AGV小车行进方位，当RFID读写器读到十字码中RFID卡片存储的绝对位置坐标信息时，处理器控制伺服系统对AGV行进的距离进行校正，从而正确控制AGV行驶的速度准确停靠至目标位置。当AGV小车靠近目标位置时，处理器根据视觉摄像头得到的图像计算得到的AGV小车相对十字地标码相对位置偏移，控制伺服系统控制AGV小车精准停靠在目标位置上。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种基于十字码的AGV小车导航系统，其特征在于，包括：

在导航区域地面铺设的多个十字码；所述十字码包括呈十字排布的四个方向条码以及设置在中间的射频标签；所述四个方向条码内编写的条码信息用于指示四个方向；所述射频标签中编写有所在位置的绝对坐标信息；

射频感应模块，用于感应所述射频标签，获取当前的绝对坐标信息；

摄像模块，设置在AGV小车的底部，用于获取实时地面图像；所述实时地面图像中包括所述四个方向条码中的一个或多个的图像；

速度检测模块，用于获取AGV小车的速度信息；

转向检测模块，用于获取AGV小车的转向角度信息；

行进控制模块，用于识别所述实时地面图像中所包含的条码信息，获取当前的行进方向信息、角度偏离信息和十字码偏离信息，并根据所述绝对坐标信息、行进方向信息、角度偏离信息和十字码偏离信息，结合所述速度信息和转向角度信息，调整AGV小车的行进；

所述四个方向条码的编码方式为：以不同方向对其进行读取时，其朝向前方、左方、右方的方向条码的条码信息所组成的编码组合均不同；

所述摄像模块包括多个摄像头组，所述摄像头组包括三组摄像头，当所述AGV小车底部的几何中心与所述射频标签对准时，所述三组摄像头对应扫描所述四个方向条码中对应于所述AGV小车行进方向的前方、左方和右方的三个方向条码；

所述行进控制模块包括：

图像识别单元，用于识别所述实时地面图像中所包含的条码信息，获取当前的行进方向信息、角度偏离信息和十字码偏离信息；

所述图像识别单元执行以下步骤获取所述行进方向信息、角度偏离信息和十字码偏离信息：

处理所述摄像模块获得的实时地面图像，得到其中包含的方向条码图像；

将所述方向条码图像与标准方向条码图像对比，得到所述AGV小车的几何中心与所述射频标签的偏离信息；所述标准方向条码图像为所述几何中心与所述射频标签对齐时所述摄像模块获得的方向条码图像；

识别所述方向条码图像中所包含的方向条码的条码信息，根据预设的方向条码编码规则，得到当前AGV小车的行进方向；

将所述方向条码图像与标准方向基准线进行角度对比，得到所述AGV小车的行进方向与基准方向的角度偏差；所述标准方向基准线为所述AGV小车的行进方向与所述基准方向重合时所述摄像模块获取到的方向条码图像所在的基准线。

2.根据权利要求1所述的基于十字码的AGV小车导航系统，其特征在于，所述多个摄像头组对地面实时获取多个图像，所述行进控制模块对所述多个图像进行融合得到所述实时地面图像。

3.根据权利要求1所述的基于十字码的AGV小车导航系统，其特征在于，所述行进控制模块包括：

指令输出单元，用于根据所述绝对坐标信息、行进方向信息、角度偏离信息和十字码偏离信息，结合所述速度信息和转向角度信息，输出控制指令调整AGV小车的行进；

运动控制单元，用于根据所述控制指令控制AGV小车的行进速度和方向。

4.根据权利要求3所述的基于十字码的AGV小车导航系统，其特征在于，所述指令输出单元执行以下步骤输出控制指令：

根据预先接收到的行进路线中目标地点的绝对坐标信息，输出行进控制指令；所述行进控制指令用于控制AGV小车行进至所述绝对坐标信息所在的十字码，

根据所述十字码偏离信息和所述速度信息，输出行进速度调整指令，所述行进速度调整指令用于调整AGV小车的行进速度，使AGV小车的几何中心与所述射频标签对齐；

根据所述方向角度偏离信息和转向角度信息输出AGV小车的行进方向指令，所述行进方向指令用于调整AGV小车的行进方向与基准方向一致。

5.根据权利要求4所述的基于十字码的AGV小车导航系统，其特征在于，所述图像识别单元执行以下步骤获得所述方向条码图像和条码信息：

获取所述实时地面图像；

对所述实时地面图像进行中值滤波预处理得到灰度图像；

将灰度图像进行二值化处理将其变换为黑白二值图像得到所述方向条码图像；

对二值图像中的方向条码进行匹配滤波处理得到所述条码信息。

6.根据权利要求3所述的基于十字码的AGV小车导航系统，其特征在于，所述运动控制单元包括设置在所述AGV小车底部的多个行进轮和对行进轮进行控制的伺服系统。

7.根据权利要求1所述的基于十字码的AGV小车导航系统，其特征在于，所述射频标签为RFID标签，所述射频感应模块为RFID读写器。

8.根据权利要求1所述的基于十字码的AGV小车导航系统，其特征在于，还包括为所述摄像模块的图像获取提供照明补偿的光源模块。

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