CN110320912A

CN110320912A - 激光与视觉slam融合的agv定位导航装置及方法

Info

Publication number: CN110320912A
Application number: CN201910619608.5A
Authority: CN
Inventors: 陈炯; 张乐博; 王永强
Original assignee: Suzhou Wisdom Robot Co Ltd
Current assignee: Suzhou Wisdom Robot Co Ltd
Priority date: 2019-07-10
Filing date: 2019-07-10
Publication date: 2019-10-11

Abstract

本发明提供一种激光与视觉SLAM融合的AGV定位导航装置及方法，AGV定位导航装置包括：用于感测AGV与障碍物之间的第一距离的距离感测单元；用于拍摄AGV的周边环境的视频并根据视频判断障碍物相对AGV的位置以及判断障碍物与AGV之间的第二距离的摄像单元；用于定位AGV及障碍物的位置、建立AGV的周边环境的地图并规划AGV的运动路径的处理单元，处理单元分别与距离感测单元、摄像单元电性连接。本发明的激光与视觉SLAM融合的AGV定位导航装置能够准确定位AGV的位置，并生成环境地图，自动给AGV规划运动路线，以便于AGV能够在较为复杂的环境中正常运动。

Description

激光与视觉SLAM融合的AGV定位导航装置及方法

技术领域

本发明涉及自动导引运输车领域，尤其是涉及一种激光与视觉SLAM融合的AGV定位导航装置及方法。

背景技术

近年来，AGV（Automated Guided Vehicle，自动导引运输车）在物流、仓储、港口等领域有广泛的应用前景，传统的AGV定位导航方式主要有磁导航，激光导航，二维码导航等，但这些导航方式均需要提前布置铺设相应的定位装置，无法在一个全新的场合自主布置。如磁导航需要布置磁条或者磁钉，激光导航需要提前布置反光板，二维码导航需要提前布置二维码等。因此在把AGV从封闭的，固定的工厂环境推广到户外和其他更复杂的环境中时，就需要一种新的定位导航方式。

发明内容

鉴于现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种激光与视觉SLAM（simultaneous localization and mapping，即时定位与地图构建）融合的AGV定位导航装置及投影装置，能够准确定位AGV的位置，并生成环境地图，自动给AGV规划运动路线，以便于AGV能够在较为复杂的环境中正常运动。

为了达到上述目的，本发明提出一种激光与视觉SLAM融合的AGV定位导航装置，其与AGV配合使用并设置于所述AGV上，所述AGV定位导航装置包括：用于感测所述AGV与障碍物之间的第一距离的距离感测单元；用于拍摄所述AGV的周边环境的视频并根据所述视频判断所述障碍物相对所述AGV的位置以及判断所述障碍物与所述AGV之间的第二距离的摄像单元；用于定位所述AGV及所述障碍物的位置、建立所述AGV的周边环境的地图并规划所述AGV的运动路径的处理单元，所述处理单元分别与所述距离感测单元、所述摄像单元电性连接。

作为可选的方案，所述距离感测单元包括激光传感器。

作为可选的方案，所述摄像单元包括双目摄像机。

作为可选的方案，所述处理单元包括微处理器。

本发明还提供一种激光与视觉SLAM融合的AGV定位导航方法，所述AGV定位导航方法应用于以上所述的AGV定位导航装置中，所述AGV定位导航方法包括以下步骤：a)设置AGV的初始位置和目标位置，并使所述AGV从所述初始位置开始运动；b)通过距离感测单元实时采集所述AGV与障碍物之间的第一距离并将对应的第一距离信号传送至处理单元，通过摄像单元实时拍摄所述AGV的周边环境的视频并将对应的视频信号传送至所述处理单元；c)所述处理单元根据所述第一距离信号得到所述AGV的第一位置，根据所述视频信号得到所述AGV的第二位置，所述处理单元对所述第一位置与所述第二位置分别设置不同的置信度以得到所述AGV的综合位置，所述第一位置的置信度与所述第二位置的置信度的比值等于所述距离感测单元感测距离的精确度与所述摄像单元感测距离的精确度的比值；d)所述处理单元根据所述第一距离信号及所述视频信号得到所述障碍物的位置，并根据所述障碍物的位置建立所述AGV的周边环境的地图，并根据所述地图及所述AGV的所述综合位置规划所述AGV的运动路径，并使所述AGV沿着所述运动路径运动直到所述AGV到达所述目标位置。

作为可选的方案，所述初始位置、所述目标位置、所述第一位置、所述第二位置、所述综合位置及所述障碍物的坐标位置均以世界坐标系作为参考坐标系。

作为可选的方案，步骤c)中的所述第一位置定义为(x1，y1)，所述第二位置定义为(x2，y2)，所述综合位置定义为(x，y)，则(x，y) = [(x1，y1) * c1 + (x2， y2) * c2]/(c1 + c2)，其中， c1为第一位置的置信度，c2为第二位置的置信度。

作为可选的方案，在所述AGV运动的过程中，所述AGV的所述综合位置、所述地图及所述运动路径均实时更新。

与现有技术相比，本发明的激光与视觉SLAM融合的AGV定位导航装置能够准确定位AGV的位置，并生成环境地图，自动给AGV规划运动路线，以便于AGV能够在较为复杂的环境中正常运动, 定位精度高，成本合理，系统安全性好。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的激光与视觉SLAM融合的AGV定位导航装置的结构示意框图；

图2为本发明的激光与视觉SLAM融合的AGV定位导航装置一应用实施例的结构示意框图；

图3为本发明的激光与视觉SLAM融合的AGV定位导航装置另一应用实施例的结构示意框图;

图4为本发明的激光与视觉SLAM融合的AGV定位导航方法计算综合位置的示意图。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

如图1至图3所示，本发明提供一种激光与视觉SLAM融合的AGV定位导航装置，其与AGV配合使用并设置于AGV上，AGV定位导航装置包括：用于感测AGV与障碍物之间的第一距离的距离感测单元；用于拍摄AGV的周边环境的视频并根据视频判断障碍物相对AGV的位置以及判断障碍物与AGV之间的第二距离的摄像单元；用于定位AGV及障碍物的位置、建立AGV的周边环境的地图并规划AGV的运动路径的处理单元，处理单元分别与距离感测单元、摄像单元电性连接。

在本实施例中，距离感测单元采用激光传感器，摄像单元采用双目摄像机，处理单元采用微处理器，但不以此为限，此外，激光传感器及双目摄像机的数量可根据需要设置多个。

本发明还提供一种激光与视觉SLAM融合的AGV定位导航方法，AGV定位导航方法应用于以上所述的AGV定位导航装置中，AGV定位导航方法包括以下步骤：

a)设置AGV的初始位置和目标位置，并使AGV从初始位置开始运动；

b)通过距离感测单元实时采集AGV与障碍物之间的第一距离并将对应的第一距离信号传送至处理单元，通过摄像单元实时拍摄AGV的周边环境的视频并将对应的视频信号传送至处理单元；

c)处理单元根据第一距离信号得到AGV的第一位置，根据视频信号得到AGV的第二位置，处理单元对第一位置与第二位置分别设置不同的置信度以得到AGV的综合位置，第一位置的置信度与第二位置的置信度的比值等于距离感测单元感测距离的精确度与摄像单元感测距离的精确度的比值；

d)处理单元根据第一距离信号及视频信号得到障碍物的位置，并根据障碍物的位置建立AGV的周边环境的地图，并根据地图及AGV的综合位置规划AGV的运动路径，并使AGV沿着运动路径运动直到AGV到达目标位置。

在本实施例中，初始位置、目标位置、第一位置、第二位置、综合位置及障碍物的坐标位置均以世界坐标系作为参考坐标系，但不以此为限。也就是说，步骤a)中的初始位置和目标位置在世界坐标系中的坐标位置是已知的，而AGV在到达目标位置前一直处于运动状态，故距离感测单元采集到的第一距离及摄像单元拍摄到的视频也在变化，故AGV的综合位置也会相应改变。由于AGV的综合位置的坐标位置能够实时检测到，AGV的初始位置与已经检测到的所有综合位置的坐标位置能够形成AGV已经经过的路径，且该路径上的每一个点的在世界坐标系中的坐标点是已知的，如此，有利于AGV从距离信号及视频信号能够得出新的综合位置的坐标点。具体来说，如图4所示，当AGV位于初始位置M(x0，y0)时，其附近的故障物A、B、C的坐标点可通过摄像单元(采用视觉SLAM技术)得到，可检测到AGV与故障物A的距离为MA，AGV与故障物B的距离为MB，AGV与故障物C的距离为MC；当AGV从初始位置M(x0，y0)运动至位置N时，可检测到故障物A的距离为NA，AGV与故障物B的距离为NB，AGV与故障物C的距离为NC，故，以A为圆心NA为半径得到第一圆，以B为圆心NB为半径得到第二圆，以C为圆心NC为半径得到第三圆，第一圆、第二圆及第三圆相交的位置即为N点所在位置，如此计算到的N具有唯一坐标点，也就是说，M与N的相对位置不变，在M的坐标点已知的情况下，也可得出N的坐标点。

在本实施例中，将步骤c)中的第一位置定义为(x1，y1)，第二位置定义为(x2，y2)，综合位置定义为(x，y)，则

(x，y) = [(x1，y1) * c1 + (x2， y2) * c2]/(c1 + c2)，

其中， c1为第一位置的置信度，c2为第二位置的置信度。

步骤c)和步骤d)中，在AGV运动的过程中，AGV的实时位置会改变，AGV周边的环境也会改变（例如有其它AGV或人靠近），此时会生成新的综合位置及新的地图，故也需要根据新的地图重新规划AGV的运动路径，即，AGV的综合位置、地图及运动路径均实时更新。

此外，在实际应用时，第一位置的置信度与第二位置的置信度的比值还可以不等于距离感测单元感测距离的精确度与摄像单元感测距离的精确度的比值，具体来说，第一位置的置信度可通过激光SLAM中用霍夫变换等方法检测直线数量和长度得到，第二位置的置信度可通过计算视觉SLAM中检测到的特征点个数和收敛速度决定。

在本实施例中，可以视觉SLAM作为主要的定位与导航方式，以激光作为避障和辅助定位方式，用基于置信度的多传感器融合方法，进行高精度的建图和定位，结合路径规划算法，实现自主导航。相对于传统的磁导航或者激光头导引的方式，本发明布置灵活，定位精度高，成本合理，系统安全性好。

通过以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的保护范围加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的权利要求的保护范围内。因此，本发明的权利要求的保护范围应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。

Claims

1.一种激光与视觉SLAM融合的AGV定位导航装置，其与AGV配合使用并设置于所述AGV上，其特征在于，所述AGV定位导航装置包括：

用于感测所述AGV与障碍物之间的第一距离的距离感测单元；

用于拍摄所述AGV的周边环境的视频并根据所述视频判断所述障碍物相对所述AGV的位置以及判断所述障碍物与所述AGV之间的第二距离的摄像单元；

用于定位所述AGV及所述障碍物的位置、建立所述AGV的周边环境的地图并规划所述AGV的运动路径的处理单元，所述处理单元分别与所述距离感测单元、所述摄像单元电性连接。

2.如权利要求1所述的激光与视觉SLAM融合的AGV定位导航装置，其特征在于，所述距离感测单元包括激光传感器。

3.如权利要求1所述的激光与视觉SLAM融合的AGV定位导航装置，其特征在于，所述摄像单元包括双目摄像机。

4.如权利要求1所述的激光与视觉SLAM融合的AGV定位导航装置，其特征在于，所述处理单元包括微处理器。

5.一种激光与视觉SLAM融合的AGV定位导航方法，其特征在于，所述AGV定位导航方法应用于如权利要求1至4任意所述的AGV定位导航装置中，所述AGV定位导航方法包括以下步骤：

a)设置AGV的初始位置和目标位置，并使所述AGV从所述初始位置开始运动；

b)通过距离感测单元实时采集所述AGV与障碍物之间的第一距离并将对应的第一距离信号传送至处理单元，通过摄像单元实时拍摄所述AGV的周边环境的视频并将对应的视频信号传送至所述处理单元；

c)所述处理单元根据所述第一距离信号得到所述AGV的第一位置，根据所述视频信号得到所述AGV的第二位置，所述处理单元对所述第一位置与所述第二位置分别设置不同的置信度以得到所述AGV的综合位置，所述第一位置的置信度与所述第二位置的置信度的比值等于所述距离感测单元感测距离的精确度与所述摄像单元感测距离的精确度的比值；

d)所述处理单元根据所述第一距离信号及所述视频信号得到所述障碍物的位置，并根据所述障碍物的位置建立所述AGV的周边环境的地图，并根据所述地图及所述AGV的所述综合位置规划所述AGV的运动路径，并使所述AGV沿着所述运动路径运动直到所述AGV到达所述目标位置。

6.如权利要求5所述的激光与视觉SLAM融合的AGV定位导航方法，其特征在于，所述初始位置、所述目标位置、所述第一位置、所述第二位置、所述综合位置及所述障碍物的坐标位置均以世界坐标系作为参考坐标系。

7.如权利要求5所述的激光与视觉SLAM融合的AGV定位导航方法，其特征在于，步骤c)中的所述第一位置定义为(x1，y1)，所述第二位置定义为(x2，y2)，所述综合位置定义为(x，y)，则(x，y) = [(x1，y1) * c1 + (x2， y2) * c2]/(c1 + c2)，其中， c1为第一位置的置信度，c2为第二位置的置信度。

8.如权利要求5所述的激光与视觉SLAM融合的AGV定位导航方法，其特征在于，在所述AGV运动的过程中，所述AGV的所述综合位置、所述地图及所述运动路径均实时更新。