CN110320908B - 一种agv实时仿真系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种AGV实时仿真系统，包括AVG主控子系统、视觉导引子系统及仿真交互子系统；通过视觉导引子系统，拟合出小车本体的行驶轨迹计算出偏转角后，将偏转角传输至ACV主控子系统，由主控子系统的进行处理，获得小车本体实际行驶时的偏转角，作为第二偏转角，紧接着将小车本体实际行驶时的行驶速度和第二偏转角传输至仿真交互子系统。仿真交互子系统根据第二偏转角和小车本体实际的行驶速度，计算小车仿真模型在虚拟道路上，直行行驶时的行驶速度，和转弯行驶的小车中心的旋转角度和行驶速度，实现对小车本体实际行驶状态的仿真；通过实施本发明的实施例，用户可以通过仿真交互子系统监测到小车的行驶状态不用到作业现场，提高了便捷性。

Description

一种AGV实时仿真系统
技术领域
本发明涉及自动化控制技术领域，尤其涉及一种AGV实时仿真系统。
背景技术
为了提高工厂的智能化与效率化，自动导航车(Automated Guided Vehicl，简称AGV)应运而生，且在自动导航方面都已经较为成熟，目前已经大量投入于工厂运输系统。而在AGV作业监控方面，需要通过人工在作业现场对AGV进行实时的监测，检测AGV的运行状态，不够便捷。
发明内容
本发明实施例提供一种AGV仿真系统，能对AGV的运行状态进行实时仿真，通过仿真平台检测AGV的行驶状态，提高监测的便捷性。
本发明一实施例提供一种AGV仿真系统，包括：AVG主控子系统、视觉导引子系统及仿真交互子系统；
其中，所述AGV主控子系统包括小车本体、数据处理模块、测速模块、通信模块、摄像模块；
所述视觉导引子系统包括：图像获取模块、道路识别模块，轨迹生成模块及偏转角计算模块；
所述仿真交互子系统包括：仿真界面生成模块及小车仿真模型驱动模块；所述仿真界面生成模块包括虚拟道路生成单元及小车仿真模型生成单元；
所述图像获取模块，用于获取所述摄像模块采集的第一图像；
所述道路识别模块，用于根据所述第一图像中各像素点的颜色，提取所述第一图像中的道路主体；
所述轨迹生成模块，用于检测所述道路主体的道路边缘，并根据所述道路边缘，拟合所述小车本体的前进轨迹；
所述偏转角计算模块，用于计算小车本体的正前方与所述前进轨迹形成的夹角，获得第一偏转角；
所述数据处理模块，用于接收所述第一偏转角，继而根据所述第一偏转角计算所述小车本体行驶时的实际偏转角，获得第二偏转角，并将所述第二偏转角和所述小车本体的行驶速度传输至所述小车仿真模型驱动模块；其中，所述小车本体的行驶速度由所述测速模块计算得到，所述第一偏转角由所述通信模块传输至所述数据处理模块；
所述小车仿真模型驱动模块，用于接收所述第二偏转角和所述行驶速度，继而根据所述第二偏转角，确定所述小车本体的运行状态；其中，所述运行状态包括，直行状态或转弯状态；
若所述小车本体处于直行状态，则根据所述行驶速度按第一预设比例，计算小车仿真模型在虚拟道路上的直行速度，获得第二行驶速度，并根据所述第二行驶速度驱动所述小车仿真模型在所述虚拟道路上行驶；其中，所述小车仿真模型和所述虚拟道路分别由所述小车仿真模型生成单元及所述虚拟道路生成单元生成；
若所述小车本体处于转弯状态，则根据所述第二偏转角及小车本体前后轮的轴距计算小车本体的转弯半径；
根据所述转弯半径及所述行驶速度，计算所述小车本体在所述仿真交互子系统一帧的处理时间内行驶的弧长；
根据所述弧长计算所述小车本体在一帧内，小车本体中心转过的角度，获得第一角度，并将所述根据所述行驶速度按第一预设比例，计算小车仿真模型在虚拟道路上的转弯速度，获得第三行驶速度；
根据所述第一角度及所述第三行驶速度驱动所述小车仿真模型在所述虚拟道路上行驶。
进一步的，在所述小车仿真模型的车头端设有两个扇形检测区域。
进一步的，所述仿真交互子系统还包括监控模块，所述监控模块包括轨迹偏离判断单元、轨迹调整判断单元和轨迹纠正单元；
其中，所述轨迹偏离判断单元，用于在只监测到一个扇形检测区域未检测到所述虚拟道路时，判断所述小车本体偏离轨道；
所述轨迹调整判断单元，用于在判断所述小车本体偏离轨道时，计算所述小车本体当前所在的位置，与所述小车本体当前所在路径的终点之间的距离，获得第一距离；
计算所述小车本体当前所在的位置，与所述小车本体以最大偏转角进行转弯时弯道的终点之间的距离，获得第二距离；
将所述第一距离与所述第二距离做比对；
若所述第一距离小于所述第二距离，则判断所述小车本体无法自动返回规定道路；
否则，判断所述小车本体可以自动返回规定道路；
所述轨迹纠正单元，用于在判断所述小车本体能自动返回规定的路径时，控制所述小车本体以最大偏转角度进行调整。
进一步的，所述监控模块还包括报警单元；
所述报警单元，用于在判断所述小车本体不能自动返回规定的路径时，进行告警。
进一步的，所述报警单元，还用于在监测到两个所述扇形检测区域未检测到所述虚拟道路时，进行告警。
进一步的，所述报警单元，还用于在所述小车本体异常停止时，进行告警。
进一步的，所述仿真交互子系统还包括行驶状态显示模块；所述状态显示模块，用于在仿真界面显示所述小车本体的第二偏转角度和所述小车本体的行驶速度；所述仿真界面由所述仿真界面生成模块生成。
进一步的，所述根据所述道路边缘，拟合所述小车本体的前进轨迹，具体为：通过最小二乘法拟合直线，获得所述小车本体的前进轨迹。
通过实施本发明的实施例具有如下有益效果：
本发明实施例提供了一种AGV实时仿真系统，包括AVG主控子系统、视觉导引子系统及仿真交互子系统；通过视觉导引子系统，拟合出小车本体的行驶轨迹计算出偏转角后，将偏转角传输至ACV主控子系统，由主控子系统的进行处理，获得小车本体实际行驶时的偏转角，作为第二偏转角，紧接着将小车本体实际行驶时的行驶速度和第二偏转角，传输至仿真交互子系统。仿真交互子系统根据第二偏转角和小车本体实际的行驶速度，计算小车仿真模型在虚拟道路上，直行行驶时的行驶速度，和转弯行驶的小车中心的旋转角度和行驶速度，然后驱动小车仿真模型在虚拟道路上行驶，实现对小车本体实际行驶状态的仿真；用户可以通过仿真交互子系统，监测到小车的行驶状态不用再到作业现场提高了便捷性。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的AGV实时仿真系统的系统架构图；
图2是本发明一实施例提供的AGV主控子系统的架构图；
图3是本发明一实施例提供的计算第一偏转角的原理图；
图4是本发明一实施例提供的所述无线通讯数据帧结构图；
图5是本发明一实施例提供的所述小车仿真模型驱动模块的计算原理图；
图6是本发明一实施例提供的所述小车仿真模型驱动模块的另一计算原理图；
图7是本发明一实施例提供的小车仿真模型的示意图；
图8是本发明一实施例提供的交互控制界面的示意图；
图9是本发明一实施例提供的所述监控模块的计算原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明一实施例提供了一种AGV实时仿真系统，包括：AVG主控子系统、视觉导引子系统及仿真交互子系统；
其中，所述AGV主控子系统包括小车本体、数据处理模块、测速模块、通信模块、摄像模块；
所述视觉导引子系统包括：图像获取模块、道路识别模块，轨迹生成模块及偏转角计算模块；
所述仿真交互子系统包括：仿真界面生成模块及小车仿真模型驱动模块；所述仿真界面生成模块包括虚拟道路生成单元及小车仿真模型生成单元；
所述图像获取模块，用于获取所述摄像模块采集的第一图像；
所述道路识别模块，用于根据所述第一图像中各像素点的颜色，提取所述第一图像中的道路主体；
所述轨迹生成模块，用于检测所述道路主体的道路边缘，并根据所述道路边缘，拟合所述小车本体的前进轨迹；
所述偏转角计算模块，用于计算小车本体的正前方与所述前进轨迹形成的夹角，获得第一偏转角；
所述数据处理模块，用于接收所述第一偏转角，继而根据所述第一偏转角计算所述小车本体行驶时的实际偏转角，获得第二偏转角，并将所述第二偏转角和所述小车本体的行驶速度传输至所述小车仿真模型驱动模块；其中，所述小车本体的行驶速度由所述测速模块计算得到，所述第一偏转角由所述通信模块传输至所述数据处理模块；
所述小车仿真模型驱动模块，用于接收所述第二偏转角和所述行驶速度，继而根据所述第二偏转角，确定所述小车本体的运行状态；其中，所述运行状态包括，直行状态或转弯状态；
若所述小车本体处于直行状态，则根据所述行驶速度按第一预设比例，计算小车仿真模型在虚拟道路上的直行速度，获得第二行驶速度，并根据所述第二行驶速度驱动所述小车仿真模型在所述虚拟道路上行驶；其中，所述小车仿真模型和所述虚拟道路分别由所述小车仿真模型生成单元及所述虚拟道路生成单元生成；
若所述小车本体处于转弯状态，则根据所述第二偏转角及小车本体前后轮的轴距计算小车本体的转弯半径；
根据所述转弯半径及所述行驶速度，计算所述小车本体在所述仿真交互子系统一帧的处理时间内行驶的弧长；
根据所述弧长计算所述小车本体在一帧内，小车本体中心转过的角度，获得第一角度，并将所述根据所述行驶速度按第一预设比例，计算小车仿真模型在虚拟道路上的转弯速度，获得第三行驶速度；
根据所述第一角度及所述第三行驶速度驱动所述小车仿真模型在所述虚拟道路上行驶。
以下对本AGV实时仿真系统的具体每个子系统进行具体的说明：
首先是AGV主控子系统，如图2所示，在一个优选的实施例中，小车本体包括了4个车轮，采用后轮驱动前轮舵机转向的机构，两个前轮为导向轮，两个后轮为驱动轮，并且后轮可以主动差速；两个驱动电机与分别与两驱动轮连接，且两个电机分别与编码器连接，用于测量小车的行驶速度；此外在小车本体上还设有基本的车体单元，包括驱动模块、电源、避障模块、舵机。
在一个优选的实施例中，上述摄像模块可以是一个摄像头，摄像头设置在小车本体的正前方，通过摄像头采集小车本体正前方的图像。
在一个优选的实施例中，上述数据处理模块可以但不限于采用STM32F103C8T6模块；负责处理数据并控制舵机驱动小车本体；数据处理模块一方面，接收视觉导引子系统发送的纠偏信号（即上述第一偏转角）以及仿真交互子系统发出的纠偏信号（即第三偏转角，这个在后文再具体提及），从而驱动舵机工作，进而小车正常运转；另一方面用于处理并打包小车当前状态信息（即第二偏转角及小车的行驶速度）传输到仿真交互子系统；
在一个优选的实施例中，上述测速模块可以为上述编码器，可采用霍尔编码器对AGV进行测速，根据霍尔效应原理，将一块永久磁钢固定在电机转轴上的转盘边沿，转盘随侧轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转，在转盘下安装一个霍尔器件，转盘随轴旋转时，受磁钢所产生的磁场的影响，霍尔器件输出脉冲信号，其频率和转速成正比，从而输出速度信息流到仿真交互子系统进行显示于处理。脉冲信号的周期与电机的转速有以下关系：
Figure 911896DEST_PATH_IMAGE001
式子中：n为电机转速；P为电机转一圈的脉冲数；T为输出方波信号周期。再由
Figure 700861DEST_PATH_IMAGE002
求得车前进的速度。其中C为车轮的周长；通过编码器可以测出小车本体的行驶速度。
在一个优选的实例中，通信模块采用ZigBee无线通信模块，负责进行通信交互,连接AGV控制子系统，视觉导引子系统，仿真交互子系统；
以下对视觉导引子系统详细的进行说明，视觉导引子系统，用于前进道路的识别和处理，使得小车本体沿特定的轨道前进，并使用多颜色特征道路来达到路径导引的目的；
具体的视觉导引子系统包括，图像获取模块、道路识别模块、轨迹生成模块及偏转角计算模块；
需要说明的是此处提及的，图像获取模块、道路识别模块、轨迹生成模块及偏转角计算模块，为虚拟模块用于表示能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段。各个虚拟模块实现的功能如下：
图像获取模块，用于获取上述摄像模块采集的第一图像；
道路识别模块，用于根据所述第一图像中各像素点的颜色，提取所述第一图像中的道路主体，在实际情况中，小车本体的实际行驶道路被不同颜色涂覆，通过识别第一图像中的各像素点的颜色可以提取出第一图像中的各道路主体，在识别出道路主体之后；
在一优选的实施例中，轨迹生成模块通过Canny算子检测道路边缘，将图像平均分为几个区域，通过遍历图像的道路主体边缘，再通过最小二乘法拟合直线，拟合出小车本体的前进轨迹。
在一个优选的实施例中，小车作业为任务驱动型，为了让小车识别出执行这一任务的路径，使用不同颜色的道路组合表示此路径，并在小车实际行驶的道路中设置岔道口，作为路径转换的标志。在一个可选的实施例中，所述岔道口为红，黄，绿三种颜色道路的交界处；
此时小车采用的是任务驱动型导航，即运行前会先输入小车的起始节点与终止节点，视觉导引子系统根据这一信息，判断出小车执行这一任务的路径，而这一路径是用不同颜色的道路加以区分。所以每当识别到岔道口时，视觉导引子系统就会进行路径转换，即判断出下一步要行走的道路颜色，进而拟合此颜色道路的前进轨迹。
而此时道路识别模块，在获得第一图像时会执行以下步骤：
将第一图像剪裁到预设的尺寸，并在RGB颜色空间中，划定特定图像区域，每相隔5列计算像素值，遍历整幅图像，分别统计各个划定的图像区域各颜色像素点数，判断是否到达岔道口节点，条件公式如下：
红色：
Figure 661864DEST_PATH_IMAGE003
绿色：
Figure 169068DEST_PATH_IMAGE004
黄色：
Figure 709771DEST_PATH_IMAGE005
若任意两种颜色的像素点的个数达到250个，则判定该图像区域为判断岔道口节点；进而识别分割下一段的颜色道路，达到路径导引的目的；
将RGB颜色空间转到HSV颜色空间，图像src中第i行第j列的像素为
Figure 884401DEST_PATH_IMAGE006
，基于切比雪夫距离进行像素线性归一化，将像素值在[0,1]，公式如下：
Figure 232949DEST_PATH_IMAGE007
将图像src转为HSV颜色空间识别分割道路图像，利用颜色特征的区别，在H、S、V三通道用不同的阈值对红、黄、绿的道路进行二值化；
最后，将二值图开运算和闭运算操作，去除小面积非道路图像，提取出图像中的道路主体；
在一个优先的实施例中，偏转角计算模块计算第一偏转角的原理如下：
如图3所示：其中S1表示实际的行驶道路；S2表示视觉导引子系统拟合小车前进轨迹的直线；S3表示位于小车正中心的摄像头的延长线(即得出小车前进的偏转角θ的基准线)；θ表示小车前进的偏转角即第一偏转角;γ为θ补角；
Figure 493029DEST_PATH_IMAGE008
为S2,S3交点。最小二乘法通过取一系列道路中心点构成点集以拟合出小车前进的轨迹直线S2，通过相距最远的两点,即拟合出来的前进轨迹直线的，起始点和终点，计算出该直线的斜率k，即
Figure 837423DEST_PATH_IMAGE009
，得小车前进的偏转角θ计算公式为：
Figure 600979DEST_PATH_IMAGE010
当S2，S3重合时，定义为无偏转，输出角度θ为0度；当S2，S3垂直时，定义为最大偏转，输出角度θ为90度。
在计算出了第一偏转角θ之后，视觉导引子系统将第一偏转角作为纠偏信号，通过串口通讯传输于视觉导引子系统的ZigBee模块（协调器），再由其传输于AGV主控子系统端的ZigBee模块；
AGV主控子系统接收到第一偏转角后，AGV主控子系统的数据处理模块，会根据接收的第一偏转角采用舵机对小车本体进行控制，并记录小车的实际偏转角，即第二偏转角，具体的：
AGV主控子系统接收到视觉导引子系统的纠偏信号即小车前进的第一偏转角θ后，由于θ的取值范围为
Figure 903785DEST_PATH_IMAGE011
，而采用舵机对AGV主控子系统进行转弯操控时，只能进行模糊控制，即将一定范围内的小车前进的偏转角θ映射成一个偏转角(即第二偏转角)，例如，当θ值为
Figure 120002DEST_PATH_IMAGE012
时，所映射成的偏转角为30°，具体的映射关系可以根据实际情况进行设置，从而得到上述的第二偏转角；
需要说明的是，对于第二偏转角的采集，由于小车本体在转弯时左右轮的旋转角度会有些许差异，因此在一个优选的实施例中，小车本体右转时：将映射的偏转角即上述的第二偏转角，作为小车本体左轮的偏转角α；小车本体左转时：将映射的偏转角即上述的第二偏转角，作为小车本体右轮的偏转角α；所以AGV主控子系统对信息数据匹配和融合后，所述状态信号包括小车左（右）轮偏转角，小车的后左轮速度以及后右轮速度。
在计算出小车的第二偏转角后，将第小车本体的第二偏转角和小车本体的行驶速度以数据帧发送至仿真交互子系统的小车仿真模型驱动模块；
需要说明的小车本体的行驶速度包括小车后左轮数据以及后右轮速度。数据帧格式如图4所示。
以下对仿真交互子系统进行说明：
仿真交互子系统包括：仿真界面生成模块及小车仿真模型驱动模块；所述仿真界面生成模块包括虚拟道路生成单元及小车仿真模型生成单元；
需要说明的是此处提及的，仿真界面生成模块、小车仿真模型驱动模块、虚拟道路生成单元及小车仿真模型生成单元，为虚拟模块，或虚拟的单元用于表示能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段。
虚拟道路生成模块，用于生成虚拟道路并在仿真界面进行显示；小车仿真模型生成单元，用于生成小车仿真模型并在仿真界面进行显示。
小车仿真模型驱动模块，在接收第二偏转角和行驶速度（小车本体实际行驶的，左轮速度和右轮速度）后，首先根据第二偏转角判断小车是要处于直行状态，还是转弯状态，具体的若第二偏转角为0，说明此时通过视觉导引子系统拟合的行驶轨迹直线，与小车本体实际的行驶轨迹吻合，即在此时小车处于直行状态，则按照相应的建模比例，即第一预设比例，计算出小车仿真模型在虚拟道路上的直行速度，然后驱动小车仿真模型在虚拟道路上行驶；
当第二偏转角不为0，说明小车本体的正前方的方向，不与视觉导引子系统拟合的行驶轨迹直线的方向相同，则此时小车本体需要进行转弯调整，才能回到视觉导引子系统拟合的行驶轨迹直线上；那么此时小车仿真模型驱动单元首先根据第二偏转角及小车本体前后轮的轴距计算小车本体的转弯半径；然后根据转弯半径及行驶速度，计算小车本体在仿真交互子系统一帧的处理时间内行驶的弧长；再根据弧长计算小车本体在一帧内，小车本体中心转过的角度，然后继续按照相应的建模比例即第一预设比例，计算仿真小车模型的转弯速度，最后根据小车本体中心转过的角度及转弯速度，驱动小车仿真模型在所述虚拟道路上行驶。
为更好的说明上述计算原理，以下列举一个例子对小车本体转弯状态的仿真过程进行说明：
如图5和图6所示，假设小车本体现在需要右转，图5表示小车本体右转弯时发生的位置变换示意图以及必要计算量；图6表示小车本体两个不同位置的行走路径，其中，外圆代表小车本体右转时左轮的行走路径，内圆代表右转时小车本体中心的行走路径。α为小车本体左轮偏转角，β为小车本体右轮偏转角，c为小车本体中心偏转角，L为小车本体轴距(小车前后两轮中心间的距离)，o为小车转弯圆心，R为小车本体转弯半径，p为小车本体行走的弧长，v为小车本体行走线速度(右转时为后左轮线速度)。
小车本体转弯时两轮的偏转角存在偏差，偏差为
Figure 18819DEST_PATH_IMAGE013
（也称阿克曼角）。根据上文论述可知，右转时，小车本体左轮的偏转角α即为AGV主控子系统传递于小车仿真驱动模块的偏转角α（第二偏转角）,得出小车本体转弯半径如式(1)所示。在本仿真模拟子系统中，运行帧率为
Figure 902462DEST_PATH_IMAGE014
，即
Figure 110589DEST_PATH_IMAGE015
s，满足
Figure 79682DEST_PATH_IMAGE016
，结合计算模型可得：
Figure 765878DEST_PATH_IMAGE017
式(2)中的v由前述的编码器获得，得出角度c后，通过调用Unity3D自带的编程接口(API)下的旋转函数与小车直行函数，小车的速度结合实际场景AGV与虚拟小车动态行走参数的比例值（第一预设比例）实现准确的实时模拟。
从而实现对小车行驶状态的实时仿真。
如图7所示，在一个优选的实施例中，在小车仿真模型的车头端设有两个扇形检测区域。
在一个优选的实施例中，仿真交互子系统还包括监控模块，所述监控模块包括轨迹偏离判断单元、轨迹调整判断单元和轨迹纠正单元；
需要说明的是此处提及的，监控模块、轨迹偏离判断单元、轨迹调整判断单元和轨迹纠正单元，为虚拟模块，或虚拟的单元用于表示能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段；
其中，所述轨迹偏离判断单元，用于在只监测到一个扇形检测区域未检测到所述虚拟道路时，判断所述小车本体偏离轨道。
所述轨迹调整判断单元，用于在判断所述小车本体偏离轨道时，计算所述小车本体当前所在的位置，与所述小车本体当前所在路径的终点之间的距离，获得第一距离；
计算所述小车本体当前所在的位置，与所述小车本体以最大偏转角进行转弯时弯道的终点之间的距离，获得第二距离；
将所述第一距离与所述第二距离做比对；
若所述第一距离小于所述第二距离，则判断所述小车本体无法自动返回规定道路；
否则判断所述小车本体可以自动返回规定道路。
具体的，如图9所示：
在只监测到一个扇形检测区域未检测到所述虚拟道路时，通过监控算法判断小车本体能否返回规定轨道上，以小车本体右转时为例，如图9(a)， 在图9(a)中，h1代表小车本体当前所在路径的终点；此处需要进行说明的是，此处所提及 “当前所在路径的终点”，是在事先预设好的，在实际情况中小车本体在执行任务前，实现将小车本体需要行走的路径，分割为多条子路径，每条子路径都设置有一个终点和起点。而此处所提及“当前所在路径的终点”即为小车本体当前所在子路径的终点，h2代表小车本体的左轮中心；D1代表小车本体左轮与道路终点间距，即h1，h2间距。此时以小车本体的左轮的位置，作为上述的小车本体当前所在的位置,则D1即为上述的第一距离，需要说明的是，若小车左转则此时上述的小车本体当前所在的位置，即为小车本体右轮的位置；圆o代表小车本体使用最大偏转角进行转弯时小车左轮行驶路径，其半径由式上述式(1)
Figure 504027DEST_PATH_IMAGE018
得出；h3代表小车本体小使用最大偏转角进行转弯时弯道终点。在图9(b)中h2，h3与在图9(a)表示的含义相同；D2代表小车本体当前所在的位置，与小车本体以最大偏转角进行转弯时弯道的终点之间的距离，即上述的第二距离，即h2，h3间距；θ'代表小车左轮位于h2时直线L1与直线L2间夹角；θ''代表直线L2与直线L3间夹角。
那么在只监测到一个扇形检测区域未检测到所述虚拟道路时，由于
Figure 899368DEST_PATH_IMAGE019
,进而得出
Figure 90178DEST_PATH_IMAGE020
。
在仿真交互子系统中计算得出D1,当D1≥D2时，即实物小车（即上述的小车本体）可以通过使用最大偏转角进行转弯来回到规定路径，判断为偏差处于系统可控范围内；而当
Figure 580065DEST_PATH_IMAGE021
时，即实物小车不可以通过使用最大偏转角进行转弯来回到规定路径，判断为偏差超过系统承受的能力。
在一个优选的实施例中，如图9(a)所示，易得
Figure 172720DEST_PATH_IMAGE022
，根据轨迹预测，小车左轮到达点h4时，监测到两个扇形区域都检测到所述虚拟道路，小车回到原轨道上。
所述轨迹纠正单元，用于在判断所述小车本体能自动返回规定的路径时，控制小车本体以最大偏转角度进行偏转。具体的，轨迹纠正单元将最大偏转角度传输至所述数据处理模块，以使所述数据处理模块根据所述第最大偏转角度对所述小车本体进行调整，从而实现仿真端与实物端的交互控制。
需要说明的是，在一个优选的实施例中，仿真交互子系统与AGV主控子系统间也是通过无线ZigBee模块进行通信的，轨迹纠正单元将第三偏转角度通过串口通信，发送至仿真交互子系统端的ZigBee模块，再由其发送至AGV主控子系统的ZigBee模块，最终传输至所述数据处理模块。
在一个优选的实施例中，监控模块还包括报警单元；报警单元，用于在判断所述小车本体不能自动返回规定的路径时，进行告警。
在一个优选的实施例中，报警单元，还用于在监测到两个所述扇形检测区域未检测到所述虚拟道路时，进行告警。
在一个优选的实施例中，所述报警单元，还用于在所述小车本体异常停止时，进行告警。
在发生告警后用户可根据情况选择在仿真界面上控制小车本体，进行紧急制停或校正。
至此整个AGV实时仿真系统的方程流程大体如下：
步骤1，确定仿真起始点与实物起始点对应后，对主控计算机输入需执行的任务，并开始仿真。
步骤2：视觉导引子系统将控制小车行走的纠偏信号(前述小车前进的偏转角θ)通过串口通讯发送于AGV主控子系统后，AGV主控子系统对信息数据匹配和融合后，将小车行走的状态信号通过串口通讯实时发送于仿真交互子系统。
步骤3：仿真交互子系统通过串口通讯模块接收到主控系统传来的信息指令后，立即对信息进行处理，进行仿真模型的驱动；与此同时，仿真交互子系统的仿真界面上实时显示实物小车的行驶速度和角度。
步骤4：仿真交互子系统实时对小车的运作状态进行监视，当检测到小车出现异常情况时，系统根据异常程度给予不同的响应，主要分为系统自主控制与人工控制两个部分，用于保证小车的稳定运作。
在判断小车本体可以自动返回规定道路启用自主控制，通过轨迹纠正单元，校正小车本体的偏转角度；
在判断小车本体可以无法自动返回规定道路启用自主控制，通过人工可根据情况选择在仿真界面上进行紧急制停或校正。
在一个优选的实施例中，所述仿真交互子系统还包括行驶状态显示模块；所述状态显示模块，用于在仿真界面显示所述小车本体的第二偏转角度和所述小车本体的行驶速度；所述仿真界面由所述仿真界面生成模块生成。用户可以通过仿真界面，直接获得小车本体的实际运行速度和偏转角。
在一个优先的实施例中，仿真交互子系统还包括用户登录模块，所述用户登录模块，用于生成用户登录界面，并根据用户输入的用户账号及密码进行验证登录。
通过实施本发明的实施例具有如下有益效果：
1.可以将小车本体的行驶状态在仿真交互子系统中进行显示，用户不需要到实际的作业场景，就能对小车本体的行驶状态进行监测，提高了便捷性。
2.在小车本体偏离预定的行驶轨迹时，能够通过仿真交互子系统进行偏移校正，实现仿真子系统与小车本体的交互控制。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种AGV实时仿真系统，其特征在于，包括：AVG主控子系统、视觉导引子系统及仿真交互子系统；
其中，所述AGV主控子系统包括小车本体、数据处理模块、测速模块、通信模块、摄像模块；
所述视觉导引子系统包括：图像获取模块、道路识别模块，轨迹生成模块及偏转角计算模块；
所述仿真交互子系统包括：仿真界面生成模块及小车仿真模型驱动模块；所述仿真界面生成模块包括虚拟道路生成单元及小车仿真模型生成单元；
所述图像获取模块，用于获取所述摄像模块采集的第一图像；
所述道路识别模块，用于根据所述第一图像中各像素点的颜色，提取所述第一图像中的道路主体；
所述轨迹生成模块，用于检测所述道路主体的道路边缘，并根据所述道路边缘，拟合所述小车本体的前进轨迹；
所述偏转角计算模块，用于计算小车本体的正前方与所述前进轨迹形成的夹角，获得第一偏转角；
所述数据处理模块，用于接收所述第一偏转角，继而根据所述第一偏转角计算所述小车本体行驶时的实际偏转角，获得第二偏转角，并将所述第二偏转角和所述小车本体的行驶速度传输至所述小车仿真模型驱动模块；其中，所述小车本体的行驶速度由所述测速模块计算得到，所述第一偏转角由所述通信模块传输至所述数据处理模块；
所述小车仿真模型驱动模块，用于接收所述第二偏转角和所述行驶速度，继而根据所述第二偏转角，确定所述小车本体的运行状态；其中，所述运行状态包括，直行状态或转弯状态；
若所述小车本体处于直行状态，则根据所述行驶速度按第一预设比例，计算小车仿真模型在虚拟道路上的直行速度，获得第二行驶速度，并根据所述第二行驶速度驱动所述小车仿真模型在所述虚拟道路上行驶；其中，所述小车仿真模型和所述虚拟道路分别由所述小车仿真模型生成单元及所述虚拟道路生成单元生成；
若所述小车本体处于转弯状态，则根据所述第二偏转角及小车本体前后轮的轴距计算小车本体的转弯半径；
根据所述转弯半径及所述行驶速度，计算所述小车本体在所述仿真交互子系统一帧的处理时间内行驶的弧长；
根据所述弧长计算所述小车本体在一帧内，小车本体中心转过的角度，获得第一角度，并将所述根据所述行驶速度按第一预设比例，计算小车仿真模型在虚拟道路上的转弯速度，获得第三行驶速度；
根据所述第一角度及所述第三行驶速度驱动所述小车仿真模型在所述虚拟道路上行驶。
2.如权利要求1所述的AGV实时仿真系统，其特征在于，在所述小车仿真模型的车头端设有两个扇形检测区域。
3.如权利要求2所述的AGV实时仿真系统，其特征在于，所述仿真交互子系统还包括监控模块，所述监控模块包括轨迹偏离判断单元、轨迹调整判断单元，以及轨迹纠正单元；
其中，所述轨迹偏离判断单元，用于在只监测到一个扇形检测区域未检测到所述虚拟道路时，判断所述小车本体偏离轨道；
所述轨迹调整判断单元，用于在判断所述小车本体偏离轨道时，计算所述小车本体当前所在的位置，与所述小车本体当前所在路径的终点之间的距离，获得第一距离；
计算所述小车本体当前所在的位置，与所述小车本体以最大偏转角进行转弯时弯道的终点之间的距离，获得第二距离；
将所述第一距离与所述第二距离做比对；
若所述第一距离小于所述第二距离，则判断所述小车本体无法自动返回规定道路；
否则，判断所述小车本体可以自动返回规定道路；
所述轨迹纠正单元，用于在判断所述小车本体能自动返回规定的路径时，控制所述小车本体以最大偏转角度进行调整。
4.如权利要求3所述的AGV实时仿真系统，其特征在于，所述监控模块还包括报警单元；
所述报警单元，用于在判断所述小车本体不能自动返回规定的路径时，进行告警。
5.如权利要求4所述的AGV实时仿真系统，其特征在于，所述报警单元，还用于在监测到两个所述扇形检测区域未检测到所述虚拟道路时，进行告警。
6.如权利要求4所述的AGV实时仿真系统，其特征在于，所述报警单元，还用于在所述小车本体异常停止时，进行告警。
7.如权利要求1所述的AGV实时仿真系统，其特征在于，所述仿真交互子系统还包括行驶状态显示模块；所述状态显示模块，用于在仿真界面显示所述小车本体的第二偏转角度和所述小车本体的行驶速度；所述仿真界面由所述仿真界面生成模块生成。
8.如权利要求1所述的AGV实时仿真系统，其特征在于，所述根据所述道路边缘，拟合所述小车本体的前进轨迹，具体为：通过最小二乘法拟合直线，获得所述小车本体的前进轨迹。
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