CN111090276A - 一种基于视觉的工业运输无人车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于视觉的工业无人运输车，由摄像头为主的感知系统，以PC机为主的决策系统，和以PLC为主的执行系统组成。其中摄像头作为感知仪器，用以测量运输车的运行方向，PC机作为决策系统，从摄像头接收到的图像中进行处理，得到所需要的图像信息，反馈给执行系统，PLC执行系统接收到命令之后开始驱动电机，运输车开始工作。运行过程如下：摄像头拍下图像，通过无线通讯传给PC机，PC机进行图像处理，得到所需要的图像信息之后做出决策，发生信号给执行系统，执行系统开始工作。本无人车在港口、物流园、停车场和一般工业过程领域中都有着广泛的用途,主要是为了解决市场上AGV主要由磁导航进行导引进而导致磁条等导引线大量损坏，更换不易的问题。

Description

一种基于视觉的工业运输无人车

技术领域

本发明涉及一种用于工业运输的无人车，即在工业4.0生产中担任运输，物流的工作。本发明可作为一种控制思想及控制算法的研究工具，可用于物流园，港口，快递仓等需要高频率，高数量的运输领域的研究。

技术背景

机器视觉与图像处理一直是一种较为复杂的学科，具有干扰大，稳定性差等特点。而工业运输无人车的运用一直是诸多学者们的研究热点。本发明作为将无人运输车与图像处理相结合，基于视觉的无人运输车，能够作为一个研究的新思想与新的领域。

现如今大多数的工业运输无人车都是采用磁条导引作为循迹方式。这种循迹方式的缺点是，速度很难提高，因为一旦提高速度，无人车将不能在指定的工位准确停车或者因为磁条的失效导致循迹失败等诸多问题，并且一个大型物流园如果采用磁条导引的工业运输无人车，因磁条易损坏，从而导致每年的磁条消耗量非常之高，非常不经济环保。

而本专利作为一种基于视觉的工业运输无人车，其优点是循迹的线条更换简易，成本低，并且可根据任务需要随意更改运输车循迹路线。

本专利通常分为摄像头感知部分，PC机决策与通讯部分，底层执行机构部分。而本专利的特点在于将视觉作为感知部分与PC机决策部分结合起来，达到获取图像，处理图像，传递数据的功能，实现工业运输无人车的功能。

发明内容

为实现上述功能，本发明采用如下技术方案实现：

一种基于视觉的工业运输无人车，其特征在于，视觉与信息通讯。视觉能够即时获取图像并且处理图像得到所需要的信息，通过运行得出无人车需要运行的方向，进而传送信息给无人车执行机构，通过PLC控制两个电机的正转反转与转速，从而控制工业运输无人车的行进方向。

在上述的一种基于视觉的工业运输无人车，运输车包括一个摄像头，一台PLC，两台电机，一台逆变器，两台电机驱动，一台工业运输车外壳，四个轮子，两个蓄电池，一台路由器。摄像头装在运输车头上，PLC与两台电机相连接，路由器用于PLC与PC机的通讯。图像处理系统包括一台PC机与相应的处理算法，用于处理采集到的图像，提取所需要的信息并反馈给运输车执行系统。

在上述的一种基于视觉的工业运输无人车，控制器包括西门子PLCS7-1200以及与PLC连接外围电路，还包括给整个运输车供电的电源模块。该控制器结构包括PLC和其外围电路以及电源模块为一般的传统公知的电路拓扑。

在上述的一种基于视觉的工业运输无人车，图像处理系统将采用OpenCV库中的函数，高斯滤波，二值化，阈值化，ROI区域处理等方法，对所采集的图像进行处理，而检测循迹线则采用了霍夫变换。

一种基于视觉的工业运输无人车的控制方法，其特征在于，包括：

步骤1，由电源模块给控制器和电机供电，人为的设置一个目标工位点，等待系统初始化之后，运输车开始工作；

步骤2，摄像头开始采集图像，经由路由器，传送图像至上位机中；

步骤3，上位机接收到图像，首先进行图像空间转化与解读，得到灰度值，然后进行图像滤波，过滤掉噪声部分，为排除光照印象，对图像进行阈值化操作，得到循迹线清晰的图像，进而进行霍夫变换检测出线条，得到将要循迹的方向；

步骤4，计算出循迹线与车头方向的角度差，采用PID算法，得到左右两边电机的转速差；

步骤5，将处理之后信息反馈回运输车执行机构，执行机构根据指令进行工作；

步骤6，运输车工作趋于稳定，运输车将一直重复步骤2至步骤6，从而保证运输车一直在规定的路线上运行并且准确停在工位点上。

本发明与现有发明的不同之处在于，将现有的工业运输无人车与机器视觉结合起来，成为一种全新的工业运输无人车，成为一种新的复杂控制系统，可推动工业运输无人车的发展，可节约每年浪费的磁条。

附图说明

图1为本发明的整体控制系统电路拓扑图。

图2为一种基于视觉的工业运输无人车的立体实物图。

图3.1为摄像头采集到图像。

图3.2为经过颜色空间变换后的图像。

图3.3为去除噪声，光线等干扰后的图像。

图3.4为经过霍夫变换后检测到的循迹线。

图4为本发明的具体实施流程图。

具体实施方式

一，首先介绍一下本发明的结构。

在上述的一种基于视觉的工业运输无人车，运输车包括一个摄像头，一台PLC，两台电机，一台逆变器，两台电机驱动，一台工业运输车外壳，四个轮子，两个蓄电池，一台路由器，一台PC机与相应的处理程序。如图2为基于视觉的工业运输无人车的立体图。

摄像头用于采集图像，PLC用于控制电机以及接收PC机传来的信号，电机与电机驱动用于控制轮子的转速以及前进后退，逆变器用于将蓄电池提供的直流电改为交流电提供给路由器以及电机使用，蓄电池用于提供电源，路由器用于传输信息，将PLC与PC进行通讯，PC机用于接收采集到的图像并且进行图像处理和发生执行信号。二，下面介绍一下本发面的操作方法

由电源模块给执行结构供电，等待一段时间，系统初试化之后，运输车开始工作。摄像头开始工作，以300毫秒拍摄一张图像的频率开始不停的采集图像，摄像头通过以太网线与路由器相连继而把所采集到的图像传送到PC机上，PC机采集到图像之后，先对图像进行颜色空间的转化得到灰度图，继而通过ROI算法划定处理区域，然后通过高斯滤波和阈值化处理消去噪声以及光线，阴影等干扰，最后对图像进行霍夫变化检测出循迹线，至此，得到所需要的图像信息，通过计算循迹线与车头方向的角度差，得到左右两个电机的转速，继而将计算出的数值传送回执行系统PLC中，PLC根据信号对电机进行控制，达到运输车运行方向稳定，准确循迹前进，到达目标工位点并且停车的操作。

如图4具体实施流程图所示。

Claims (4)

1.一种基于视觉的工业运输无人车，其特征在于，包括以PLC为主的执行系统，以PC机为环境的图像处理程序，该工业运输无人车能够在无人干预的情况下，通过摄像头采集图像，经路由器传送给PC机之后进行图像处理，角度计算的算法，得到左右两个电机的转速值，然后传送回PLC中，经PLC进而控制电机的转速，从而达到该工业运输无人车能够按照预设轨迹前进，并且到达指定工作位进行工作。

2.根据权力要求1所述的一种基于视觉的工业运输无人车的执行系统，其特征在于，执行系统包括一台PLC，两台电机，两个蓄电池，一台逆变器，四个轮胎，一个路由器，一个摄像头，两个蓄电池为24V直流电直接给PLC与摄像头供电，经过逆变器之后与电机和路由器相连，路由器与摄像头和PLC相连，摄像头拍摄的图像传送给PC，PLC接收PC发送的信号，PLC与电机相连，控制电机的转速与正反转，两台电机通过电机驱动分别于左右各两个轮胎相连接。

3.根据权力要求1所述的一种基于视觉的工业运输无人车的算法控制系统，其特征在于，算法控制系统包括一台PC机与相应的程序，程序主要为采用OpenCV的函数，通过转换颜色空间得到灰度图之后进行滤波和阈值化处理消去噪声与光线，阴影等的干扰，然后通过霍夫变换得到所需要循迹的路线信息，计算循迹线角度与车头角度之差进而对左右两个电机的转速差进行计算，得到相应的数值之后传送信号给执行系统，执行系统开始循迹正常工作。

4.根据权力要求1所述的一种基于视觉的工业运输无人车的控制方法，其特征在于，如下：

步骤1，由电源模块给控制器和电机供电，人为的设置一个目标工位点，等待系统初始化之后，运输车开始工作；

步骤2，摄像头开始采集图像，经由路由器，传送图像至上位机中；

步骤3，上位机接收到图像，首先进行图像空间转化与解读，得到灰度值，然后进行图像滤波，过滤掉噪声部分，为排除光照印象，对图像进行阈值化操作，得到循迹线清晰的图像，进而进行霍夫变换检测出线条，得到将要循迹的方向；

步骤4，计算出循迹线与车头方向的角度差，采用PID算法，得到左右两边电机的转速差；

步骤5，将处理之后信息反馈回运输车执行机构，执行机构根据指令进行工作；

步骤6，运输车工作趋于稳定，运输车将一直重复步骤2至步骤6，从而保证运输车一直在规定的路线上运行并且准确停在工位点上。

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