CN114237227A - 基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮agv的纠偏方法及其纠偏系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及AGV小车导航技术领域，尤其是涉及的是一种基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏方法及其纠偏系统，其中，所述纠偏方法包括偏差信息的获取：获取AGV与预设路径之间的偏差信息；偏差信息的标准化：处理与转化偏差信息，形成标准化的偏差信息。本发明采用视觉传感器实时采集AGV相对路径的偏移角度及距离，利用双PID控制器实时输出AGV舵角、速度、转速信息，并通过双舵轮运动模型进行舵轮角度及速度输出，该方法能够通过PID参数及模型调整，实现不同舵轮安装方式的AGV在颜色轨道破损缺失的场合保证AGV的稳定运行。

Description

基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏方法及其纠 偏系统

技术领域

本发明涉及AGV小车导航技术领域，尤其是涉及的是一种基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏方法及其纠偏系统。

背景技术

自动导引车(AGV)是一种以充电电池为动力，自动导引的无人驾驶自动化车辆，它能在计算机的监控下，按路径规划和作业要求，精确行走并停靠到指定的地点，完成一系列的作业任务如取货、送货、充电等。随着工业自动化程度的提高和计算机技术的迅速发展，AGV作为装配生产线或作业设备之间的搬运工具使用得越来越多。现有技术中，AGV导航方法主要分为以下几种：电磁导航、光学导航、磁带导航、激光导航、超声波导航、惯性导航以及图像识别导航等。在图像识别导航中，颜色轨道和地标二维码导航是一种应用较为广泛的导航方法。

当AGV因为颜色轨道破损后，AGV需要在原地做大幅度的旋转、通过前进移动、后退移动来平移车辆等方法来重新寻找地面的地标，且耗时会比较长，纠偏效率低。

发明内容

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及其他说明书附图中所特别指出的结构来实现和获得。

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏方法及其纠偏系统。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏方法，包括以下步骤：

偏差信息的获取：获取AGV与预设路径之间的偏差信息，来选择到达下一个目标点的优化路径；

偏差信息的标准化：处理与转化偏差信息，形成标准化的偏差信息，来避免在颜色轨道破损及污染的情况视觉采集会产生突变异常数据，造成AGV运行晃动，异常抖动，采用采集若干组数据，计算标准差方式和大偏差数据限制的方式剔除异常数据，保证运行的稳定性；

偏差信息的修正：对标准化的偏差信息进行修正，形成矫正信息，同时对偏角和偏距进行矫正，保证AGV姿态调整的实时性；

AGV运动参数的合成：根据矫正信息，合成AGV运动参数；

AGV运动参数的分解与输入：对合成后的AGV运动参数进行前后舵轮的分解，并输出至AGV舵轮之中，分解后的参数输入至相应的舵轮能保证在颜色轨道破损缺失的场合AGV的稳定运行。

优选的，所述预设路径包括若干个二维码、若干条颜色轨道，每条所述颜色轨道均设置在相邻两个所述二维码之间。

优选的，所述偏差信息包括偏移距离e_d，角度偏差值e_α。

优选的，所述偏差信息的获取为采用倍加福PGV视觉传感器，实时采集所述视觉传感器中心位置的颜色轨道和二维码的信息，所述颜色轨道读取的偏移信息为局部数值，所述二维码信息读取为全局绝对数值。

优选的，所述偏差信息在二维码及颜色轨道中转换为标准化的偏移距离e_d及角度偏差e_α；

其中，

AGV车身方向设置基准值B取值范围为{0°，90°，180°，270°}，每次经过所述二维码时进行更新；

所述颜色轨道区域偏移距离e_d区间为[-70，70]mm，角度偏差e_α取值区间为[-45，45]°。

所述二维码区域全向取值e_dx[-70，70]mm，e_dy[-70，70]mm，读取角度β[0，360]°；

所述二维码区域角度偏差值e_α取值为AGV车身方向方向基准值B-读取角度β。

优选的，所述偏差信息的修正为两个增量式PID控制器，进行分离控制，两个偏移量不相互干扰，同时调整两组PID参数也不相互影响，以此来提高AGV纠偏性能，快速对运行路径和AGV姿态进行收敛；

其PID参数计算公式分别为：

e_dPID控制，控制舵角调整偏量u(k)，舵角调整增量为Δu(k)

Δu(k)＝K_pu[e_d(k)-e_d(k-1)]+K_iue_d(k)+K_du[e_d(k)-2e_d(k-1)+e_d(k-2)]

u(k)＝u(k-1)+Δu(k)

e_αPID控制，控制角速度调整偏量w(k)，角速度调整增量为Δw(k)

Δw(k)＝K_pw[e_α(k)-e_α(k-1)]+K_iwe_α(k)+K_dw[e_α(k)-2e_α(k-1)+e_α(k-2)]

w(k)＝w(k-1)+Δu(k)

优选的，所述AGV运动参数包括线速度、角速度和舵向角；

其计算公式分别为：

线速度V＝V_set(V_set为设定速度值)

角速度W＝w(k)

舵向角A＝A_set+u(k)+e_α(A_set期望运行偏角，当同轨道平行的情况下，即A_set＝0)。

优选的，所述AGV运动参数的分解为当AGV小车前后舵轮连接长度为L时，前舵轮转向角度为A_f、速度为V_f，后舵轮转向角度为A_r、速度为V_r；

其前舵轮计算公式为：

其后舵轮计算公式为：

当计算时W＝0的情况，则使用近似计算赋值W＝0.0000001。

本发明还提供了一种基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏系统，包括控制装置和摄像装置，所述控制装置安装于AGV车身中；所述摄像装置安装于AGV车身的舵轮连接线几何中点，且与控制装置相连接。

优选的，所述控制装置包括获取单元和修正单元，所述获取单元包括读取单元、计算单元和通讯单元，且分别与所述获取单元相连接，所述修正单元包括PID控制器，且与所述AGV车身的前后舵轮相连接。

通过采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：

1、采用视觉传感器实时采集AGV相对路径的偏移角度及距离，利用双PID控制器实时输出AGV舵角、速度、转速信息，并通过双舵轮运动模型进行舵轮角度及速度输出。该方法能够通过PID参数及模型调整，实现不同舵轮安装方式的AGV在颜色轨道破损缺失的场合保证AGV的稳定运行。

2、设计两个增量式PID控制器，进行分离控制，两个偏移量不相互干扰，以此来提高AGV纠偏性能，快速对运行路径和AGV姿态进行收敛。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

无疑的，本发明的此类目的与其他目的在下文以多种附图与绘图来描述的较佳实施例细节说明后将变为更加显见。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一个或数个较佳实施例，并配合所示附图，作详细说明如下。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，并且附图是示意性的，并不一定按照实际的比例绘制。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个或数个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据此类附图获得其他的附图。

图1为本发明一种基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏方法的流程图；

图2为本发明一种基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏方法的颜色轨道及二维码布局图；

图3为本发明一种基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏方法中二维码转换信息图；

图4为本发明一种基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏方法的AGV的运动参数图；

图5为本发明一种基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏系统的原理图；

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，处于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

参照图1，图1为本发明一种基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏方法的流程图。

本实施例提供了一种基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏方法，包括以下步骤：

偏差信息的获取：获取AGV与预设路径之间的偏差信息；

偏差信息的标准化：处理与转化偏差信息，形成标准化的偏差信息；

偏差信息的修正：对标准化的偏差信息进行修正，形成矫正信息；

AGV运动参数的合成：根据矫正信息，合成AGV运动参数；

AGV运动参数的分解与输入：对合成后的AGV运动参数进行前后舵轮的分解，并输出至AGV舵轮之中。

参照图2，图2为本发明一种基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏方法的颜色轨道及二维码布局图。

所述预设路径包括若干个二维码、若干条颜色轨道，每条所述颜色轨道均设置在相邻两个所述二维码之间，其中，框形代表二维码，线段代表颜色轨道。

参照图3，图3为本发明一种基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏方法中二维码转换信息图。

所述偏差信息的获取为采用视觉传感器，实时采集所述视觉传感器中心位置的颜色轨道和二维码的信息，所述颜色轨道读取的偏移信息为局部数值，所述二维码信息读取为全局绝对数值；

所述偏差信息在二维码及颜色轨道中转换为标准化的偏移距离e_d及角度偏差e_α；

其中，

AGV车身方向设置基准值B取值范围为{0°，90°，180°，270°}，每次经过所述二维码时进行更新；

所述颜色轨道区域偏移距离e_d区间为[-70，70]mm，角度偏差e_α取值区间为[-45，45]°。

所述二维码区域全向取值e_dx[-70，70]mm，e_dy[-70，70]mm，读取角度β[0，360]°；

所述二维码区域角度偏差值e_α取值为AGV车身方向方向基准值B-读取角度β。

参照图4，图4为本发明一种基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏方法的AGV的运动参数图。

所述偏差信息的修正为两个增量式PID控制器，进行分离控制，两个偏移量不相互干扰，同时调整两组PID参数也不相互影响；

其PID参数计算公式分别为：

e_dPID控制，控制舵角调整偏量u(k)，舵角调整增量为Δu(k)

Δu(k)＝K_pu[e_d(k)-e_d(k-1)]+K_iue_d(k)+K_du[e_d(k)-2e_d(k-1)+e_d(k-2)]

u(k)＝u(k-1)+Δu(k)

e_αPID控制，控制角速度调整偏量w(k)，角速度调整增量为Δw(k)

Δw(k)＝K_pw[e_α(k)-e_α(k-1)]+K_iwe_α(k)+K_dw[e_α(k)-2e_α(k-1)+e_α(k-2)]

w(k)＝w(k-1)+Δu(k)

参照图3-4，图3为本发明一种基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏方法中二维码转换信息图；图4为本发明一种基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏方法的AGV的运动参数图。

所述AGV运动参数包括线速度、角速度和舵向角；

其计算公式分别为：

线速度V＝V_set(V_set为设定速度值)

角速度W＝w(k)

舵向角A＝A_set+u(k)+e_α(A_set期望运行偏角，当同轨道平行的情况下，即A_set＝0)。

所述AGV运动参数的分解为当AGV小车前后舵轮连接长度为L时，前舵轮转向角度为A_f、速度为V_f，后舵轮转向角度为A_r、速度为V_r；

其前舵轮计算公式为：

其后舵轮计算公式为：

当计算时W＝0的情况，则使用近似计算赋值W＝0.0000001。

参照图5，图5为本发明一种基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏系统的原理图。

本实施例还提供了一种基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏系统，包括控制装置和摄像装置，所述控制装置安装于AGV车身中；所述摄像装置安装于AGV车身的舵轮连接线几何中点，且与控制装置相连接；所述控制装置包括获取单元和修正单元，所述获取单元包括读取单元、计算单元和通讯单元，且分别与所述获取单元相连接；所述修正单元包括PID控制器，且与所述AGV车身的前后舵轮相连接。

通过控制装置操控摄像装置来获取AGV与预设路径之间的偏差信息，通过通讯单元反馈至上级调度系统，通过获取单元中的读取单元进行读取处理与转化偏差信息，形成标准化的偏差信息，来避免在颜色轨道破损及污染的情况视觉采集会产生突变异常数据，造成AGV运行晃动，异常抖动，采用采集若干组数据，计算标准差方式和大偏差数据限制的方式剔除异常数据，保证运行的稳定性，处理信息后通过计算单元对标准化的偏差信息计算后，让修正单元进行修正，形成矫正信息，通过PID控制器进行分离控制，两个偏移量不相互干扰，以此来提高AGV纠偏性能，快速对运行路径和AGV姿态进行收敛，同时对偏角和偏距进行矫正，保证AGV姿态调整的实时性，根据矫正信息，合成AGV运动参数，发送上级调度系统，对合成后的AGV运动参数进行前后舵轮的分解，并输出至AGV舵轮之中，分解后的参数输入至相应的舵轮能保证在颜色轨道破损缺失的场合AGV的稳定运行。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的此类特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

需说明，在上文的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受上面公开的具体实施例的限制。

Claims (10)

1.一种基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏方法，其特征在于，包括以下步骤：

偏差信息的获取：获取AGV与预设路径之间的偏差信息；

偏差信息的标准化：处理与转化偏差信息，形成标准化的偏差信息；

偏差信息的修正：对标准化的偏差信息进行修正，形成矫正信息；

AGV运动参数的合成：根据矫正信息，合成AGV运动参数；

AGV运动参数的分解与输入：对合成后的AGV运动参数进行前后舵轮的分解，并输出至AGV舵轮之中。

2.根据权利要求1所述的基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏方法，其特征在于，所述预设路径包括若干个二维码、若干条颜色轨道，每条所述颜色轨道均设置在相邻两个所述二维码之间。

3.根据权利要求2所述的基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏方法，其特征在于，所述偏差信息包括偏移距离e_d，角度偏差值e_α。

4.根据权利要求1所述的基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏方法，其特征在于，所述偏差信息的获取为采用视觉传感器，实时采集所述视觉传感器中心位置的颜色轨道和二维码的信息，所述颜色轨道读取的偏移信息为局部数值，所述二维码信息读取为全局绝对数值。

5.根据权利要求3所述的基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏方法，其特征在于，所述偏差信息在二维码及颜色轨道中转换为标准化的偏移距离e_d及角度偏差e_α；

其中，

AGV车身方向设置基准值B取值范围为{0°，90°，180°，270°}，每次经过所述二维码时进行更新；

所述颜色轨道区域偏移距离e_d区间为[-70，70]mm，角度偏差e_α取值区间为[-45，45]°。

所述二维码区域全向取值e_dx[-70，70]mm，e_dy[-70，70]mm，读取角度β[0，360]°；

所述二维码区域角度偏差值e_α取值为AGV车身方向方向基准值B-读取角度β。

6.根据权利要求5所述的基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏方法，其特征在于，所述偏差信息的修正为两个增量式PID控制器，进行分离控制，两个偏移量不相互干扰，同时调整两组PID参数也不相互影响；

其PID参数计算公式分别为：

e_dPID控制，控制舵角调整偏量u(k)，舵角调整增量为Δu(k)

Δu(k)＝K_pu[e_d(k)-e_d(k-1)]+K_iue_d(k)+K_du[e_d(k)-2e_d(k-1)+e_d(k-2)]

u(k)＝u(k-1)+Δu(k)

e_αPID控制，控制角速度调整偏量w(k)，角速度调整增量为Δw(k)

Δw(k)＝K_pw[e_α(k)-e_α(k-1)]+K_iwe_α(k)+K_dw[e_α(k)-2e_α(k-1)+e_α(k-2)]

w(k)＝w(k-1)+Δu(k)

7.根据权利要求1所述的基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏方法，其特征在于，所述AGV运动参数包括线速度、角速度和舵向角；

其计算公式分别为：

线速度V＝V_set(V_set为设定速度值)

角速度W＝w(k)

舵向角A＝A_set+u(k)+e_α(A_set期望运行偏角，当同轨道平行的情况下，即A_set＝0)。

8.根据权利要求1所述的基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏方法，其特征在于，所述AGV运动参数的分解为当AGV小车前后舵轮连接长度为L时，前舵轮转向角度为A_f、速度为V_f，后舵轮转向角度为A_r、速度为V_r；

其前舵轮计算公式为：

其后舵轮计算公式为：

当计算时W＝0的情况，则使用近似计算赋值W＝0.0000001。

9.一种基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏系统，其特征在于，所述系统包括：

控制装置，其安装于AGV车身中；

摄像装置，其安装于AGV车身的舵轮连接线几何中点，且与控制装置相连接。

10.根据权利要求9所述的基于颜色轨道与二维码导航的双舵轮AGV的纠偏系统，其特征在于，所述控制装置包括：

获取单元，其包括读取单元、计算单元和通讯单元，且分别与所述获取单元相连接；

修正单元，其包括PID控制器，且与所述AGV车身的前后舵轮相连接。

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