CN114296464B - 一种基于二维码导航的agv控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种基于二维码导航的AGV控制系统，通过在AGV小车的行驶区域内按预设方式排布有由多个二维码组成的二维码阵列；每个所述二维码均包括二维码所处位置的位置信息；由AGV车载系统上的视觉检测单元对AGV小车行进过程中的二维码进行跟踪定位，通过上位机系统实时确认AGV小车的位置，将小车当前位置实时上传到后台系统中，通过算法运算找到到达指定地点的最佳路径，将相关指令下发到小车，AGV控制系统处理之后，执行相关操作到达指定位置完成操作，从而大幅提高了对AGV导航的可靠性，可以通过调整二维码的设置随时设置AGV小车的预设路径，使得整体设备维护改线简单且不易受外界电磁干扰。
Description
技术领域
本发明涉及AGV技术领域，尤其涉及一种基于二维码导航的AGV控制系统及方法。
背景技术
目前随着国内自动化技术的不断提高，AGV小车(Automated Guided Vehicle，自动导引小车)在物流、制造业等行业内得到大范围的普及，可以通过控制AGV小车沿着指定路径行驶并自动装卸货物。
AGV小车通常装备有电磁或光学等自动导航装置，使得AGV小车能够沿规定的导航路径行驶，目前通常采用激光导航或磁轨导航技术来设定AGV小车的行驶路径；
其中，采用激光导航的AGV小车在走廊、过道等狭窄路段遇到体积较大的运动物体时，会出现脱离设定路径的现象，且AGV小车的导航精度受限于激光传感器的监测范围；采用磁导航的AGV小车的行进路线受限于电磁轨道的铺设，只能沿着固定的轨道形式，小车的行进路线比较单一；且激光导航和磁轨导航的安装和研发成本都很高；故对AGV的定位方式以及导航提出更高的要求。
发明内容
本发明提供一种基于二维码导航的AGV控制系统，用以解决现有技术的缺陷。
本发明提供一种基于二维码导航的AGV控制系统，包括上位机系统和AGV车载系统；在AGV小车的行驶区域内按预设方式排布有由多个二维码组成的二维码阵列；每个所述二维码均包括二维码所处位置的位置信息；
所述AGV车载系统包括视觉检测单元和控制单元；所述AGV车载系统通过所述控制单元与所述上位机系统通信连接；
所述AGV车载系统通过所述视觉检测单元识别AGV小车行驶路径上的每个二维码，将二维码的图像信息通过所述控制单元发送至所述上位机系统；所述上位机系统根据所述图像信息获取所述AGV小车的实时位置并规划到达指定地点的最短路径；
当所述AGV小车沿所述最短路径到达所述指定地点后，将所述指定地点的二维码的图像信息通过所述控制单元发送至所述上位机系统；由所述上位机系统根据所述图像信息，经所述控制单元向所述AGV车载系统发送装卸指令。
根据本发明提供的一种基于二维码导航的AGV控制系统，包括：通过所述AGV车载系统获取每个二维码的位置信息并通过移动端采集行驶区域内的环境信息；所述上位机系统基于所述环境信息和所述二维码的位置信息建立所述行驶区域的二维码电子地图，在所述二维码电子地图中标注每个二维码的位置。
根据本发明提供的一种基于二维码导航的AGV控制系统，包括：对所述AGV小车的行驶区域进行区域划分，对每个分区设置对应的预设标识，并将所述预设标识的信息存储到对应位置的二维码中。
根据本发明提供的一种基于二维码导航的AGV控制系统，包括：所述上位机系统获取所述二维码电子地图，根据所述视觉检测单元上传的二维码的图像信息，在所述二维码电子地图上显示对应的二维码的位置，获取对应的AGV小车的位置信息。
根据本发明提供的一种基于二维码导航的AGV控制系统，包括：所述AGV车载系统还包括电源单元和驱动单元，所述电源系统包括蓄电池、电源检测模块以及保护模块，所述电源单元用于为所述AGV车载系统以及所述AGV小车提供电源；
所述驱动单元包括电机驱动器、直流电机以及车轮，所述驱动单元用于驱动所述AGV小车运动，并执行所述装卸指令；
所述控制单元包括STM32控制器、通信模块；所述电源单元、驱动单元、通信模块以及所述视觉检测单元均与所述STM32控制器连接。
根据本发明提供的一种基于二维码导航的AGV控制系统，包括：所述视觉检测单元包括设置于所述AGV小车前端和后端的红外传感器，用于获取所述AGV小车与障碍物之间的间距；所述视觉检测单元还包括设置于所述AGV小车下方的视觉摄像头，用于获取行驶路径上的每个二维码的图像信息。
另一方面，基于上述的一种基于二维码导航的AGV控制系统，本发明还提供上述控制系统的一种AGV控制方法，包括步骤：
所述上位机系统获取所述二维码电子地图，并基于所述二维码电子地图创建坐标系；
每台AGV小车通过扫描所在位置的二维码，将二维码的图像信息发送至所述上位机系统，在所述坐标系中标识每台所述AGV小车的实时位置；
所述上位机系统基于预设算法为每台所述AGV小车规划到达指定地点的最短路径，并将所述最短路径信息发送至所述AGV小车的AGV车载系统。
进一步，在获取所述二维码电子地图之前，还包括步骤：
在所述AGV小车的行驶区域内按预设方式排布由多个二维码组成的二维码阵列；
通过所述上位机系统驱动任意一台AGV小车，通过所述AGV小车搭载的所述视觉检测单元对所述行驶区域内的每个二维码进行依次扫描，并上传至所述上位机系统，直至扫描所有的二维码；
获取每个二维码的位置信息并通过移动端采集行驶区域内的环境信息；基于所述环境信息和所述二维码的位置信息建立所述行驶区域的二维码电子地图，在所述二维码电子地图中标注每个二维码的位置。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述控制方法的步骤。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述控制方法的步骤。
本发明提供的一种基于二维码导航的AGV控制系统，通过在AGV小车的行驶区域内按预设方式排布有由多个二维码组成的二维码阵列；每个所述二维码均包括二维码所处位置的位置信息；由AGV车载系统上的视觉检测单元对AGV小车行进过程中的二维码进行跟踪定位，通过上位机系统实时确认AGV小车的位置，将小车当前位置实时上传到后台系统中，通过算法运算找到到达指定地点的最佳路径，将相关指令下发到小车，AGV控制系统处理之后，执行相关操作到达指定位置完成操作，从而大幅提高了对AGV导航的可靠性，可以通过调整二维码的设置随时设置AGV小车的预设路径，使得整体设备维护改线简单且不易受外界电磁干扰。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的基于二维码导航的AGV控制系统的结构示意图之一；
图2是本发明提供的基于二维码导航的AGV控制系统的结构示意图之二；
图3是本发明提供的基于二维码导航的AGV控制系统的结构示意图之三；
图4是本发明提供的AGV控制方法的流程示意图；
图5是本发明提供的AGV控制系统中二维码阵列的平面示意图；
图6是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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，在一个实施例中，本发明提供一种基于二维码导航的AGV控制系统，包括上位机系统和AGV车载系统；
具体的，在AGV小车的行驶区域内按预设方式排布有由多个二维码组成的二维码阵列；每个所述二维码均包括二维码所处位置的位置信息；
需要说明的是，行驶区域可以根据AGV小车的运用场景决定，包括但不限于仓库、货架、厂房等；
所述AGV车载系统包括视觉检测单元和控制单元；所述AGV车载系统通过所述控制单元与所述上位机系统通信连接；
优选的，如图2所示，AGV车载系统还应包括电源单元和驱动单元，所述电源单元包括蓄电池、电源检测模块以及保护模块；
所述驱动单元包括电机驱动器、直流电机以及车轮，所述驱动单元用于驱动所述AGV小车运动，并执行所述装卸指令；
所述控制单元包括STM32控制器、通信模块；所述电源单元、驱动单元、通信模块以及所述视觉检测单元均与所述STM32控制器连接；
AGV车载系统通过通信模块实时传输对应位置给上位机系统，上位机系统通过算法处理后将最优路径安排下发给每一台AGV；此时AGV控制系统接收相关指令驱动电机驶入指定地点，到达指定地点后，二维码识读照相机将识别二维码图像上传到STM32控制中心，控制中心对图像进行处理并驱动电机调整自身位置进行装卸操作；
可选的，通信模块包括串口通信模块和无线通信模块；
优选的，所述视觉检测单元包括设置于所述AGV小车前端和后端的红外传感器，用于获取所述AGV小车与障碍物之间的间距，还用于防止AGV小车在运行过程中与其他AGV小车发生碰撞，当检测到AGV小车与障碍物之间的距离超过设定的安全阈值，则通过AGV车载系统的电机驱动器对该AGV小车进行减速制动，防止碰撞的发生；所述视觉检测单元还包括设置于所述AGV小车下方的视觉摄像头，用于获取行驶路径上的每个二维码的图像信息；
其中所述电源单元用于为所述AGV车载系统以及所述AGV小车提供电源。
具体的，所述AGV车载系统通过所述视觉检测单元识别AGV小车行驶路径上的每个二维码，将二维码的图像信息通过所述控制单元发送至所述上位机系统；所述上位机系统根据所述图像信息获取所述AGV小车的实时位置并规划到达指定地点的最佳路径；
上位机系统通过获取每台AGV小车采集的二维码图像信息，监控每台AGV小车的实时位置，并基于预设算法规划到达指定地点的最佳路径；
需要说明的是，最佳路径可以为最短路径，当有多台小车同时运行时，为避免AGV小车之间发生碰撞，最短路径往往不可选取，因此在规划AGV小车的路径时，应考虑AGV小车之前是否会发生碰撞；
当所述AGV小车沿所述最短路径到达所述指定地点后，将所述指定地点的二维码的图像信息通过所述控制单元发送至所述上位机系统；由所述上位机系统根据所述图像信息，检测到AGV小车到达了指定的装卸点，所述上位机系统经所述控制单元向所述AGV车载系统发送装卸指令；
优选的，上位机系统预先控制一台AGV小车获取每个二维码的位置信息，并通过移动端采集行驶区域内的环境信息；基于所述环境信息和所述二维码的位置信息建立所述行驶区域的二维码电子地图，在所述二维码电子地图中标注每个二维码的位置；获取的二维码地图如图5所示例，图5仅作为对本发明实施例的示例，而不应视为对本发明的进一步限定；
需要说明的是，移动端可以是手持的图像设备，也可以为手机等移动通信设备，获取的环境信息为行驶区域的地形信息、障碍物信息等；
优选的，如图3所示，上位机系统具体包括通讯模块、AGV控制模块、调度模块、导航定位模块以及地图管理模块；
其中所述通讯模块用于与AGV车载系统的控制单元通信连接，获取AGV小车上传的信息，并将上位机设置的路径等信息下发至该AGV小车；
所述AGV控制模块和调度模块用于调度所有AGV小车的运营状态，并获取AGV小车的实时位置，并根据实时位置规划AGV小车的最佳行驶路径；
所述导航定位模块用于在二维码电子地图上实时显示AGV小车的位置；
所述地图管理模块用于获取二维码电子地图，并生成当前行驶区域的坐标系，记录每台AGV小车的路径信息。
可选的，上位机系统通过上述的地图管理模块对所述AGV小车的行驶区域进行区域划分，对每个分区设置对应的预设标识，并将所述预设标识的信息存储到对应位置的二维码中；
具体的，行驶区域内的仓库布局需要根据仓管的库存中包裹的分类情况进行区域划分，并依次为每个区域做上对应的代码标识，然后将对应的代码标识信息存储到对应区域的二维码中，打印二维码图像贴于地面，以此来确定该类型包裹件装卸区域；
可选的，区域可以包括但不限于货架存储区、AGV机器人搬运去、出货区、卸货区等；本发明对此不作限定；
所述上位机系统获取所述二维码电子地图，根据所述视觉检测单元上传的二维码的图像信息，在所述二维码电子地图上显示对应的二维码的位置，获取对应的AGV小车的位置信息；
具体的，上位机系统通过地图管理模块将行驶区域(如仓库)中的二维码地标信息和外部传感器或移动设备采集的环境信息进行处理，采用拓扑法构建该区域的电子地图；并采用节点和弧组合的方式构建基本的模型；通过导航定位模块与AGV车载系统实时无线沟通，确认其所在的节点位置以及根据调度模块所分配的最终节点，由算法处理出最终路线规划，再通过无线通信模块将指令下发给每台AGV，完成下发的任务；
所述上位机系统通过对每一台AGV小车进行监控，获取每台小车执行的任务和实时的位置，从而通过最优的路径算法分析以及十字交叉矩阵计算来解决多台AGV路径冲突的问题，防止AGV小车发生碰撞；为每台AGV小车进行最安全，稳定的行驶路线。
如图4所示，本发明还提供一种基于权利要求1-6任一项所述控制系统的AGV控制方法，下文描述的方法与上文描述的系统可相互对应参照，具体包括步骤：
所述上位机系统获取所述二维码电子地图，并基于所述二维码电子地图创建坐标系；
每台AGV小车通过扫描所在位置的二维码，将二维码的图像信息发送至所述上位机系统，在所述坐标系中标识每台所述AGV小车的实时位置；
所述上位机系统基于预设算法为每台所述AGV小车规划到达指定地点的最短路径，并将所述最短路径信息发送至所述AGV小车的AGV车载系统。
进一步，在获取所述二维码电子地图之前，包括步骤：
在所述AGV小车的行驶区域内按预设方式排布由多个二维码组成的二维码阵列；
通过所述上位机系统驱动任意一台AGV小车，通过所述AGV小车搭载的所述视觉检测单元对所述行驶区域内的每个二维码进行依次扫描，并上传至所述上位机系统，直至扫描所有的二维码；
获取每个二维码的位置信息并通过移动端采集行驶区域内的环境信息；基于所述环境信息和所述二维码的位置信息建立所述行驶区域的二维码电子地图，在所述二维码电子地图中标注每个二维码的位置；获取的二维码地图如图5所示例，图5仅作为对本发明实施例的示例，而不应视为对本发明的进一步限定；
具体的，所述上位机系统通过对每一台AGV小车进行监控，获取每台小车执行的任务和实时的位置，从而通过最优的路径算法分析以及十字交叉矩阵计算来解决多台AGV路径冲突的问题，防止AGV小车发生碰撞；为每台AGV小车进行最安全，稳定的行驶路线。
图6示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)610、通信接口(CommunicationsInterface)620、存储器(memory)630和通信总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行上述的一种AGV控制方法，具体包括步骤：
所述上位机系统获取所述二维码电子地图，并基于所述二维码电子地图创建坐标系；
每台AGV小车通过扫描所在位置的二维码，将二维码的图像信息发送至所述上位机系统，在所述坐标系中标识每台所述AGV小车的实时位置；
所述上位机系统基于预设算法为每台所述AGV小车规划到达指定地点的最短路径，并将所述最短路径信息发送至所述AGV小车的AGV车载系统。
此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的一种AGV控制方法，具体包括步骤：
所述上位机系统获取所述二维码电子地图，并基于所述二维码电子地图创建坐标系；
每台AGV小车通过扫描所在位置的二维码，将二维码的图像信息发送至所述上位机系统，在所述坐标系中标识每台所述AGV小车的实时位置；
所述上位机系统基于预设算法为每台所述AGV小车规划到达指定地点的最短路径，并将所述最短路径信息发送至所述AGV小车的AGV车载系统。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的一种AGV控制方法，具体包括步骤：
所述上位机系统获取所述二维码电子地图，并基于所述二维码电子地图创建坐标系；
每台AGV小车通过扫描所在位置的二维码，将二维码的图像信息发送至所述上位机系统，在所述坐标系中标识每台所述AGV小车的实时位置；
所述上位机系统基于预设算法为每台所述AGV小车规划到达指定地点的最短路径，并将所述最短路径信息发送至所述AGV小车的AGV车载系统。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元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模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上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精神和范围。
Claims (9)
1.一种基于二维码导航的AGV控制系统，其特征在于，包括上位机系统和AGV车载系统；在AGV小车的行驶区域内按预设方式排布有由多个二维码组成的二维码阵列；每个所述二维码均包括二维码所处位置的位置信息；所述上位机系统对所述AGV小车的行驶区域进行区域划分，对每个分区设置对应的预设标识，并将所述预设标识的信息存储到对应位置的二维码中；
所述AGV车载系统包括视觉检测单元和控制单元；所述AGV车载系统通过所述控制单元与所述上位机系统通信连接；
所述AGV车载系统通过所述视觉检测单元识别AGV小车行驶路径上的每个二维码，将二维码的图像信息通过所述控制单元发送至所述上位机系统；所述上位机系统根据所述图像信息获取所述AGV小车的实时位置并规划到达指定地点的最短路径；
所述上位机系统通过地图管理模块将行驶区域中的二维码地标信息和外部传感器或移动设备采集的环境信息进行处理，采用拓扑法构建该区域的电子地图，并采用节点和弧组合的方式构建基本的模型；
所述上位机系统通过对每台AGV小车进行监控，获取每台AGV小车执行的任务和实时的位置，确认每台AGV小车所在的节点位置以及根据调度模块所分配的最终节点，从而通过最优的路径算法分析以及十字交叉矩阵计算，得到最终路线规划；
当所述AGV小车沿所述最短路径到达所述指定地点后，将所述指定地点的二维码的图像信息通过所述控制单元发送至所述上位机系统；由所述上位机系统根据所述图像信息，经所述控制单元向所述AGV车载系统发送装卸指令。
2.根据权利要求1所述的一种基于二维码导航的AGV控制系统，其特征在于，所述上位机系统获取每个二维码的位置信息并通过移动端采集行驶区域内的环境信息；基于所述环境信息和所述二维码的位置信息建立所述行驶区域的二维码电子地图，在所述二维码电子地图中标注每个二维码的位置。
3.根据权利要求2所述的一种基于二维码导航的AGV控制系统，其特征在于，所述上位机系统获取所述二维码电子地图，根据所述视觉检测单元上传的二维码的图像信息，在所述二维码电子地图上显示对应的二维码的位置，获取对应的AGV小车的位置信息。
4.根据权利要求1所述的一种基于二维码导航的AGV控制系统，其特征在于，所述AGV车载系统还包括电源单元和驱动单元，所述电源系统包括蓄电池、电源检测模块以及保护模块，所述电源单元用于为所述AGV车载系统以及所述AGV小车提供电源；
所述驱动单元包括电机驱动器、直流电机以及车轮，所述驱动单元用于驱动所述AGV小车运动，并执行所述装卸指令；
所述控制单元包括STM32控制器、通信模块；所述电源单元、驱动单元、通信模块以及所述视觉检测单元均与所述STM32控制器连接。
5.根据权利要求2所述的一种基于二维码导航的AGV控制系统，其特征在于，所述视觉检测单元包括设置于所述AGV小车前端和后端的红外传感器，用于获取所述AGV小车与障碍物之间的间距；所述视觉检测单元还包括设置于所述AGV小车下方的视觉摄像头，用于获取行驶路径上的每个二维码的图像信息。
6.一种基于权利要求1-5任一项所述控制系统的AGV控制方法，其特征在于，包括步骤：
所述上位机系统获取所述二维码电子地图，并基于所述二维码电子地图创建坐标系；
每台AGV小车通过扫描所在位置的二维码，将二维码的图像信息发送至所述上位机系统，在所述坐标系中标识每台所述AGV小车的实时位置；
所述上位机系统基于预设算法为每台所述AGV小车规划到达指定地点的最短路径，并将所述最短路径信息发送至所述AGV小车的AGV车载系统。
7.根据权利要求6所述的AGV控制方法，其特征在于，在获取所述二维码电子地图之前，包括步骤：
在所述AGV小车的行驶区域内按预设方式排布由多个二维码组成的二维码阵列；
通过所述上位机系统驱动任意一台AGV小车，通过所述AGV小车搭载的所述视觉检测单元对所述行驶区域内的每个二维码进行依次扫描，并上传至所述上位机系统，直至扫描所有的二维码；
获取每个二维码的位置信息并通过移动端采集行驶区域内的环境信息；基于所述环境信息和所述二维码的位置信息建立所述行驶区域的二维码电子地图，在所述二维码电子地图中标注每个二维码的位置。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求6至7任一项所述方法的步骤。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求6至7任一项所述方法的步骤。
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- 2021-12-30 CN CN202111664244.6A patent/CN114296464B/zh active Active
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