CN112286187A - 一种基于uwb无线定位和视觉定位的agv导航控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种基于UWB无线定位和视觉定位的AGV导航控制系统及方法,包括UWB无线定位系统、视觉定位系统、调度系统和AGV本体,UWB无线定位系统完成AGV路径导引,视觉定位系统完成AGV的精确定位,使AGV的导航灵活性大大提升,同时通过UWB无线定位系统和视觉定位系统分开建立坐标系,降低了计算模型的复杂度,利用空间内两坐标系间的位姿转换关系,通过几组简单的矩阵计算便能够计算出空间内任意一点在两坐标系间位姿表述,具有极强的实用性。
Description
技术领域
本发明属于AGV定位的技术领域,具体涉及一种基于UWB无线定位和视觉定位的AGV导航控制系统及方法
背景技术
AGV,即Automated Guided Vehicle,通过预设的程序自动将物品从一个位置移动至另一位置,是一种自动化、信息化和智能化设备,其目前的导航方式有磁条、RFID信标、二维码标识、激光等。
目前AGV导航根据是否需要铺设导引路径大致可分为有轨导航和无轨导航两类;磁导航、色带码带导航等属于有轨导航,激光导航、惯性导航、UWB导航等属于无轨导航;其中,有轨导航定位精度高,但需要根据现场环境铺设导引路径,当导航场景比较大时,铺设路径工作量较大,且铺设的导引路径容易损坏,需要定期维护、保养;无轨导航不需要铺设固定导引路径,导航路径可根据需求灵活定制,但定位精度较低,定位精度受环境影响较大,很难满足高精度定位的需求。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足,所要解决的技术问题为:提供一种基于UWB无线定位和视觉定位的AGV导航控制系统及方法,在保证视觉导航精度的前提下,使用UWB无线定位技术,使导航过程不再需要长距离铺设导引色带或位置码带,增强了路径规划的灵活性。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:一种基于UWB无线定位和视觉定位的AGV导航控制系统,包括:UWB无线定位系统:包括UWB定位基站、UWB车载标签和解算软件,用于通过UWB定位基站实时定位UWB车载标签的位置信息,所述车载标签设置在AGV本体上;视觉定位系统:包括视觉模块和位置码带,用于通过视觉模块获取位置码带信息;所述视觉模块设置在AGV本体上;调度系统:用于通过UWB无线定位系统获取UWB车载标签的位置信息,并对AGV本体下发指令;AGV本体:包括车载电脑和底层控制器,所述车载电脑接收视觉模块获取位置码带信息、UWB车载标签的位置信息和调度系统下发的指令,并对底层控制器发出动作指令。
优选地,所述底层控制器包括:安全系统、升降驱动电机、行走驱动电机、液压悬挂和电源管理系统。
优选地,所述底层控制器将AGV执行模块的状态信息通过车载电脑上报调度系统。
优选地,所述UWB定位基站有4台,所述UWB车载标签有2个。
相应地,一种基于UWB无线定位和视觉定位的AGV导航控制方法,包括:S101、通过UWB无线定位系统采集UWB车载标签的实时位置信息;S102、通过调度计算机采集AGV本体的目标位置信息;所述目标位置设置在位置码带上;S103、根据UWB车载标签的实时位置信息和目标位置信息计算出AGV的导航路径;S104、AGV通过UWB无线定位系统导航至粘贴有位置码带的目标位置附近,视觉模块识别到位置码带后再通过视觉定位系统导航至目标位置。
优选地,所述通过UWB无线定位系统导航至粘贴有位置信息码带的目标位置附近,AGV上的视觉模块识别到位置码带后再通过视觉定位系统导航至目标位置,具体包括:AGV使用UWB无线定位系统导航时,对AGV模型进行运动学建模分析,实现AGV的速度控制;AGV使用视觉定位系统时,通过UWB定位坐标系和视觉定位坐标系间的位姿转换矩阵,将AGV位姿转换到UWB坐标系下,实现AGV定位的统一。
优选地,所述UWB车载标签和视觉模块均设置在AGV本体上。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
1、本发明提供的一种基于UWB无线定位和视觉定位的AGV导航控制系统,UWB无线定位系统的复杂度低,发射信号功率谱密度低,对信道衰落不敏感,更适用于多AGV同时接入的场景;UWB无线定位系统完成AGV路径导引,视觉定位系统完成AGV的精确定位,使AGV的导航灵活性大大提升,导引路径不再固定,可根据需求灵活改变,避免只用视觉导航长距离铺设导引色带、码带带来的后期维护、保养等问题。
2、本发明提供的一种基于UWB无线定位和视觉定位的AGV导航控制方法,通过UWB无线定位系统和视觉定位系统分开建立坐标系,降低了计算模型的复杂度,利用空间内两坐标系间的位姿转换关系,通过几组简单的矩阵计算便能够计算出空间内任意一点在两坐标系间位姿表述;解决了UWB无线定位和视觉定位复合定位系统下AGV的导航定位问题,通过简易的位姿矩阵变换,便能够统一AGV的位姿表述,变换矩阵计算便捷,UWB坐标系和视觉坐标系位姿变换后也能够很快计算出变换矩阵,具有极强的实用性。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明;
图1为本发明实施例一提供的一种基于UWB无线定位和视觉定位的AGV导航控制系统的结构示意图;
图2为本发明实施例一提供的一种基于UWB无线定位和视觉定位的AGV导航控制系统的导航场景示意图;
图3为本发明实施例一提供的一种基于UWB无线定位和视觉定位的AGV导航控制方法的流程示意图;
图4为本发明实施例一提供的一种基于UWB无线定位和视觉定位的AGV导航控制方法中的坐标关系示意图;
图中:1为UWB无线定位系统,11为UWB定位基站,12为UWB车载标签,2为视觉定位系统,21为视觉模块,22为位置码带,3为调度系统,41为车载电脑,42为底层控制器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,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。
图1为本发明实施例一提供的一种基于UWB无线定位和视觉定位的AGV导航控制系统的结构示意图,图2为本发明实施例一提供的一种基于UWB无线定位和视觉定位的AGV导航控制系统的导航场景示意图,如图1、图2所示,一种基于UWB无线定位和视觉定位的AGV导航控制系统,包括:
UWB无线定位系统1:包括UWB定位基站11、UWB车载标签12和解算软件,用于通过UWB定位基站11实时定位UWB车载标签12的位置信息,所述车载标签12设置在AGV本体上;
视觉定位系统2:包括视觉模块21和位置码带22,用于通过视觉模块21获取位置码带22;所述视觉模块21设置在AGV本体上;
调度系统3:用于通过UWB无线定位系统1获取UWB车载标签12的位置信息,并对AGV本体下发指令;
AGV本体:包括车载电脑41和底层控制器42,所述车载电脑41接收视觉模块21获取位置码带22、UWB车载标签12的位置信息和调度系统3下发的指令,并对底层控制器42发出动作指令;所述UWB定位基站有4台,所述UWB车载标签有2个。
所述底层控制器42包括:安全系统、升降驱动电机、行走驱动电机、液压悬挂和电源管理系统;所述底层控制器能够将AGV各执行模块的状态信息通过车载电脑41上报调度系统3。
具体地,系统运行时,调度系统3通过UWB无线定位系统1获取设置在AGV本体4上UWB车载标签12的位置信息,并对AGV本体4下发指令,AGV本体4内的车载电脑41接收设置AGV本体4上视觉模块21的位置码带22信息,以及调度系统3发送的UWB车载标签12的位置信息和任务指令,车载电脑41通过底层控制器42控制AGV本体4动作至相应位置;本实施例中UWB无线定位系统1的复杂度低,发射信号功率谱密度低,对信道衰落不敏感,更适用于多AGV同时接入的场景;UWB无线定位系统1完成AGV路径导引,视觉定位系统2完成AGV的精确定位,使AGV的导航灵活性大大提升,导引路径不再固定,可根据需求灵活改变,避免只用视觉导航长距离铺设导引色带、码带带来的后期维护、保养等问题。
图3为本发明实施例一提供的一种基于UWB无线定位和视觉定位的AGV导航控制方法的流程示意图,如图3所示,一种基于UWB无线定位和视觉定位的AGV导航控制方法,包括:
S101、通过UWB无线定位系统采集UWB车载标签的实时位置信息;
S102、通过调度计算机采集AGV本体的目标位置信息;所述目标位置设置在位置码带上;
S103、根据UWB车载标签的实时位置信息和目标位置信息计算出AGV的导航路径;
S104、AGV通过UWB无线定位系统导航至粘贴有位置码带的目标位置附近,视觉模块识别到位置码带后再通过视觉定位系统导航至目标位置;所述UWB车载标签和视觉模块均设置在AGV本体上。
具体地,根据物流需求,对AGV下发任务指令,AGV收到任务指令后,首先判断AGV自身状态是否具备完成任务的条件,若具备条件,AGV通过调度系统采集UWB车载标签的实时位置信息,通过调度计算机采集AGV本体的目标位置信息,通过UWB标签位置和目标位置的差值来控制AGV行走至目标位置附近,当AGV到达目标位置附近区域内,AGV上的视觉模块开始寻找贴在地上的位置码带,当视觉模块识别到有效位置码带信息后,整车导航方式切换至视觉导航,精确导引AGV至目标位置。
进一步地,所述通过UWB无线定位系统导航至粘贴有位置信息码带的目标位置附近,AGV上的视觉模块识别到位置码带后再通过视觉定位系统导航至目标位置,具体包括:AGV使用UWB无线定位系统导航时,对AGV模型进行运动学建模分析,实现AGV的速度控制;AGV使用视觉定位系统时,通过UWB定位坐标系和视觉定位坐标系间的位姿转换矩阵,将AGV位姿转换到UWB坐标系下,实现AGV定位的统一。
具体地,如图4所示,在UWB基站零点、AGV视觉模块的中心和粘贴位置码带的零点设定坐标系,分别为OO、OA、Ov,AGV执行导航任务时,首先获取其自身的初始位姿LA(XA,YA,θA),随后,AGV向目标位置LD(XD,YD,θD)运动,根据AGV的初始坐标与目标位置的差值△X、△Y、△θ,为AGV分配UWB坐标系OO下的速度Vo(vox,voy,ωO);由于AGV运动时其速度的参考坐标系为OA,其速度为VA(vAx,vAy,ωA);根据刚体运动过程中的速度分解,可得:
系统当AGV行驶至粘贴有位置码带的附近区域,AGV上的视觉模块识别到位置码带,AGV的导航控制切换至视觉系统,在视觉系统下,AGV的位置表示为LV(XV,YV,θV)。
根据空间内任意两坐标系间的转换关系,空间内任意一点,若已知该点在一坐标系内的表示为,欲求该点在另一坐标系下的表示oP,有:
式(2)中,oP为空间内任意一点在另一坐标系下的表示;为旋转矩阵,代表两坐标系间的旋转关系;OPS-Ori为平移矩阵,代表两坐标系间的平移关系;视觉定位系统下的位置LV(XV,YV,θV)在UWB无线定位系统下的位姿表示为:
式(3)中,(Xov,Yov,Zov)和α分别代表UWB定位坐标系Oo沿视觉坐标系Ov的三个坐标轴分别平移Xov、Yov、Zov后,沿Ov的Z轴方向逆时针转α,则Oo与Ov重合,根据此变换关系,便能够求得视觉定位系统下Lv在UWB定位系统下的LO表示,从而实现AGV在两个导航系统间位姿的转换。
本实施例中,在导航任务开始时,AGV通过UWB无线定位系统,可以获取其自身在UWB定位坐标系Oo下的初始位姿,为LA(XA,YA,θA),在此导航过程中,可实时根据AGV的位姿,为AGV分配相应速度,当AGV上的视觉模块识别到粘贴于地上的位置码带后,AGV切换至视觉导航,视觉导航时,AGV获取的位姿是相对于码带坐标系Ov的,由于Oo和Ov均为固定坐标系,可以计算出Ov相对于Oo的转换关系,根据此转换关系,可以实现Ov内任意位姿向Oo的转化,从而统一AGV导航的坐标系,实现AGV在双导航系统下的导航控制;本实施例通过UWB无线定位系统和视觉定位系统分开建立坐标系,降低了计算模型的复杂度,利用空间内两坐标系间的位姿转换关系,通过几组简单的矩阵计算便能够计算出空间内任意一点在两坐标系间位姿表述。
本实施例解决了UWB定位和视觉定位复合定位系统下AGV的导航定位问题,通过简易的位姿矩阵变换,便能够统一AGV的位姿表述,变换矩阵计算便捷,UWB坐标系和视觉坐标系位姿变换后也能够很快计算出变换矩阵,具有极强的实用性。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
可以理解的是,上述方法、装置及系统中的相关特征可以相互参考。另外,上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例,而并不代表各实施例的优劣。
所述领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统和模块的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其他设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述,构造这类装置所要求的结构是显而易见的。此外,本发明也不针对任何特定的编程语言。应当明白,可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容,并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
在本申请所提供的实施例中,应该理解到,所揭露的系统和方法,可以通过其它的方式实现。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的,例如,所述模块的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,又例如,多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的,作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种基于UWB无线定位和视觉定位的AGV导航控制系统,其特征在于:包括:
UWB无线定位系统:包括UWB定位基站、UWB车载标签和解算软件,用于通过UWB定位基站实时定位UWB车载标签的位置信息,所述车载标签设置在AGV本体上;
视觉定位系统:包括视觉模块和位置码带,用于通过视觉模块获取位置码带信息;所述视觉模块设置在AGV本体上;
调度系统:用于通过UWB无线定位系统获取UWB车载标签的位置信息,并对AGV本体下发指令;
AGV本体:包括车载电脑和底层控制器,所述车载电脑接收视觉模块获取位置码带信息、UWB车载标签的位置信息和调度系统下发的指令,并对底层控制器发出动作指令。
2.根据权利要求1所述的一种基于UWB无线定位和视觉定位的AGV导航控制系统,其特征在于:所述底层控制器包括:安全系统、升降驱动电机、行走驱动电机、液压悬挂和电源管理系统。
3.根据权利要求2所述的一种基于UWB无线定位和视觉定位的AGV导航控制系统,其特征在于:所述底层控制器将AGV执行模块的状态信息通过车载电脑上报调度系统。
4.根据权利要求1所述的一种基于UWB无线定位和视觉定位的AGV导航控制系统,其特征在于:所述UWB定位基站有4台,所述UWB车载标签有2个。
5.一种基于UWB无线定位和视觉定位的AGV导航控制方法,其特征在于:包括:
S101、通过UWB无线定位系统采集UWB车载标签的实时位置信息;
S102、通过调度计算机采集AGV本体的目标位置信息;所述目标位置设置在位置码带上;
S103、根据UWB车载标签的实时位置信息和目标位置信息计算出AGV的导航路径;
S104、AGV通过UWB无线定位系统导航至粘贴有位置码带的目标位置附近,视觉模块识别到位置码带后再通过视觉定位系统导航至目标位置。
6.根据权利要求5所述的一种基于UWB无线定位和视觉定位的AGV导航控制方法,其特征在于:所述通过UWB无线定位系统导航至粘贴有位置信息码带的目标位置附近,AGV上的视觉模块识别到位置码带后再通过视觉定位系统导航至目标位置,具体包括:
AGV使用UWB无线定位系统导航时,对AGV模型进行运动学建模分析,实现AGV的速度控制;AGV使用视觉定位系统时,通过UWB定位坐标系和视觉定位坐标系间的位姿转换矩阵,将AGV位姿转换到UWB坐标系下,实现AGV定位的统一。
7.根据权利要求5所述的一种基于UWB无线定位和视觉定位的AGV导航控制方法,其特征在于:所述UWB车载标签和视觉模块均设置在AGV本体上。
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