CN211317332U - 基于超宽带和视觉二维码导航技术的agv定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供基于超宽带和视觉二维码导航技术的AGV定位系统，主控装置分别与UWB模块和二维码模块电连接，UWB模块将AGV运动位置信息传送给主控装置，二维码模块将AGV观测位置信息传送给主控装置，主控装置对AGV运动位置信息与AGV观测位置信息进行计算融合，并根据计算结果控制驱动装置动作；主控装置与上位机连接通信，将AGV运动位置信息与AGV观测位置信息计算融合的结果传送给上位机，进行数据检测；驱动装置与主控装置电连接，且驱动装置与AGV的驱动组件连接，主控装置通过驱动装置控制AGV的导航定位及调度。本实用新型的有益效果是改善了因遮挡等环境问题和时间积累产生的状态累积误差导致的定位精度低的缺点，避免了因环境问题产生的布线难得问题。

Description

基于超宽带和视觉二维码导航技术的AGV定位系统

技术领域

本实用新型属于AGV导航定位系统技术领域，尤其是涉及基于超宽带和视觉二维码导航技术的AGV定位系统。

背景技术

随着科技的发展，作为智能移动机器人重要分支之一的AGV小车越来越多的被使用在物流搬运、智能仓库等方面，由于AGV代替人工货运，极大的提高了自动化程度，因此具有相当大的意义与研究价值。目前AGV的导航主要分为以下几种：(1)二维码视觉导航：通过地面放置的二维码贴片，使用车载摄像头对贴片进行扫描以获取位置数据实现AGV的定位。(2)UWB定位导航：在室内定位中，超宽带(Ultra wide band,UWB)技术利用功率谱密度极低、脉冲宽度极窄的脉冲信号传输数据，具有时间分辨率极高、障碍穿透能力强等特点。在视距(Line of sight,LOS)环境下能获得厘米甚至毫米级的测距和定位精度。

二维码视觉定位具有自主导航、鲁棒性强的突出优点，但车载摄像头容易随着车速的增加导致信号丢失问题，需要辅助矫正。除此之外复杂的室内环境，往往会存在遮挡使得UWB信号产生反射和折射，从而导致非视距(NLOS)误差。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型要解决的问题是提供基于超宽带和视觉二维码导航技术的AGV定位系统，改善了AGV在运动过程中，因遮挡等环境问题以及时间积累产生的状态累积误差导致的定位精度低的缺点，避免了因环境问题产生的布线难得问题，使得AGV系统更加灵活可靠。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：基于超宽带和视觉二维码导航技术的AGV定位系统，包括主控装置、UWB模块、驱动装置、二维码模块和上位机，其中，

主控装置分别与UWB模块和二维码模块电连接，UWB模块将AGV运动位置信息传送给主控装置，二维码模块将AGV观测位置信息传送给主控装置，主控装置对AGV运动位置信息与AGV观测位置信息进行计算融合，并根据计算结果控制驱动装置动作；

主控装置与上位机连接通信，将AGV运动位置信息与AGV观测位置信息计算融合的结果传送给上位机，进行数据检测；

驱动装置与主控装置电连接，且驱动装置与AGV的驱动组件连接，主控装置通过驱动装置控制AGV的导航定位及调度。

具体地，二维码模块包括图像采集装置、二维码贴片和图像处理器，图像采集装置设于AGV上，采集二维码贴片信息；

二维码贴片设于全局坐标系下对应的二维码信息坐标下；

图像处理器分别与图像采集装置和主控装置电连接，对图像采集装置采集到的二维码信息进行处理，并将该处理结果传送至主控装置。

进一步的，图像处理器为S5PV210控制器。

进一步的，图像采集装置为摄像头。

进一步的，二维码贴片带有全局坐标系下的坐标信息。

具体地，UWB模块包括UWB定位标签、UWB定位基站和UWB处理器，UWB定位标签设于AGV上，UWB定位标签与UWB定位基站通信连接，发送AGV位置信息给UWB定位基站；

UWB定位基站数量为多个，布设于AGV移动地图中，接收UWB定位标签发送的信息，并将该信息传送至UWB处理器，UWB处理对该信息进行处理，并将该处理结果传送给主控装置。

进一步的，UWB处理器为基于TOF测距的自解算标签模块。

具体地，主控装置包括主控模块、通信模块、存储模块和Flash模块，通信模块、存储模块与Flash模块均与主控模块电连接，通信模块与上位机连接通信，主控模块对UWB模块与二维码模块传送的信号进行处理，并将处理结果存储于存储模块内，并通过通信模块传送给上位机；

优选的，主控模块为STM32F407VET6。

进一步的，通信模块为ATK-LORA-01无线通信模块。

进一步的，还包括电源模块和紧急功能按键，电源模块分别与主控装置、UWB模块和二维码模块电连接，为主控装置、UWB模块和二维码模块供电；

紧急功能按键与主控装置电连接，紧急功能按键为急停按钮，用于控制AGV动作。

由于采用上述技术方案，采用模块化的设计方式，不需要使用传统的在地面上布线来进行AGV的导航定位，使得系统运行更加稳定可靠；具有UWB模块和二维码模块，主控模块根据UWB模块得到的位置信息与二维码模块得到的位置信息，建立位置测量系统运动方程与观测方程，并通过扩展卡尔曼滤波算法求出AGV的最优位置估计，融合了UWB与视觉的定位数据，与传统AGV定位系统相比，解决了因环境问题导致的布线难题，降低了UWB因环境问题导致的非视距(Non-Line-of-Sight，NLOS)定位误差，以及摄像头因为车速过快导致信号丢失问题，简化了系统复杂度，提高了AGV在室内工作的定位精度，改善了AGV在室内运动过程中，因遮挡等环境问题以及时间积累产生的状态累积误差导致的定位精度低的缺点，使得AGV系统更加灵活可靠。

附图说明

图1是本实用新型的一实施例的结构框图；

图2是本实用新型的一实施例的工作流程图；

图3是本实用新型的一实施例的UWB模块的结构框图；

图4是本实用新型的一实施例的二维码模块的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1示出了本实用新型一实施例的结构框图，本实施例涉及基于超宽带和视觉二维码导航技术的AGV定位系统，具有UWB模块和二维码模块，主控装置根据UWB自解算标签得到的位置信息，与视觉二维码处理器得到的位置信息，建立位置测量系统运动方程与观测方程，并通过扩展卡尔曼滤波算法求出AGV的最优位置估计，融合了UWB与视觉的定位数据，解决了因环境问题导致的布线难题，同时，降低了UWB因环境问题导致的非视距定位误差，以及摄像头因为车速过快导致信号丢失问题，简化了系统复杂度，提高了AGV在室内工作的定位精度。

基于超宽带和视觉二维码导航技术的AGV定位系统，如图1和2所示，包括主控装置、UWB模块、驱动装置、二维码模块和上位机，其中，主控装置用于控制该AGV定位系统动作，主控装置分别与UWB模块和二维码模块电连接，UWB模块用于获取AGV运动位置信息，UWB模块将AGV运动位置信息传送给主控装置，二维码模块用于获取AGV观测位置信息，二维码模块将AGV观测位置信息传送给主控装置，主控装置对AGV运动位置信息与AGV观测位置信息进行计算融合，并根据计算结果控制驱动装置动作；主控装置与上位机连接通信，将AGV运动位置信息与AGV观测位置信息计算融合的结果传送给上位机，进行数据检测；驱动装置与主控装置电连接，且驱动装置与AGV的驱动组件连接，主控装置通过驱动装置控制AGV的导航定位及调度。驱动装置为伺服驱动器，AGV的驱动组件为电机。

该基于超宽带和视觉二维码导航技术的AGV定位系统还包括电源模块和紧急功能按键，电源模块分别与主控装置、UWB模块和二维码模块电连接，为主控装置、UWB模块和二维码模块供电，保证主控装置、UWB模块和二维码模块正常工作；紧急功能按键与主控装置电连接，紧急功能按键为急停按钮，用于控制AGV动作，是为了当AGV在定位导航过程中所采取的安全措施，保证AGV定位导航过程中的运行的安全。

如图4所示，上述的二维码模块包括图像采集装置、二维码贴片和图像处理器，图像采集装置设于AGV上，采集二维码贴片信息；该图像采集装置为摄像头，优选为车载摄像头。二维码贴片设于全局坐标系下的二维码信息坐标下，二维码贴片带有全局坐标系下的坐标信息，且该二维码贴片是由二维码生成器生成的。图像处理器分别与图像采集装置和主控装置电连接，对图像采集装置采集到的二维码信息进行处理，并将该处理结果传送至主控装置，该图像处理器为S5PV210控制器，该控制器是基于CortexA8架构的ARM处理器，带有SPI通信接口，可以处理图像信息并直接输出数据，将该输出数据传送给主控装置。图像采集装置扫描二维码贴片，将获得的二维码图像信息传输到图像处理器，由图像处理器对二维码信息进行处理，由二维码信息包含的位置信息以及计算相机图像帧中心和二维码中心的偏心距和二维码的旋转角度，计算得到AGV车辆当前的位置信息和偏转角。

如图3所示，上述的UWB模块包括UWB定位标签、UWB定位基站和UWB处理器，UWB定位标签设于AGV上，UWB定位标签与UWB定位基站通信连接，UWB定位标签发送AGV位置信息给UWB定位基站，该UWB定位标签被设置为移动标签；UWB定位基站数量为多个，布设于AGV移动地图中，该UWB定位基站作为参考的固定基站，被设置为锚点，接收UWB定位标签发送的信息，并将该信息传送至UWB处理器，UWB处理对该信息进行处理，并将该处理结果传送给主控装置。该UWB处理器为基于TOF测距的自解算标签模块，优选为清讯科技提供的基于TOF测距的自解算标签模块，且自解算标签模块在使用时直接插接在主控装置上即可，进行数据的传输。上述的UWB定位标签采用的发送芯片与UWB定位基站采用的接收芯片均为DWM1000芯片，且超宽带节点在使用时直接插接在主控装置上。由UWB定位标签将脉冲电波发送给UWB定位基站，由UWB定位基站发送回计算得到的UWB定位基站与UWB定位标签之间的距离，由多个UWB定位标签到不同的UWB定位基站的距离计算出UWB定位标签的位置信息，并将该位置信息发送给UWB处理器，对位置信息进行处理计算，将计算结果发送至主控装置。

主控装置包括主控模块、通信模块、存储模块和Flash模块，通信模块、存储模块与Flash模块均与主控模块电连接，与主控模块进行通信，通信模块与上位机连接通信，主控模块对UWB模块与二维码模块传送的信号进行处理，将处理结果存储于存储模块内，并通过通信模块传送给上位机。

该主控模块为STM32F407VET6，能够在电压允许的范围内稳定工作。

该通信模块为ATK-LORA-01无线通信模块，能够与主控模块通过串口进行通信，使得主控模块更方便的对通信模块进行操作。

该存储模块为DDR内存模块。

该基于超宽带和视觉二维码导航技术的AGV定位系统在室内工作时，主控模块发送位置请求信号给UWB模块和二维码模块。其中，UWB模块的UWB定位标签将脉冲电波发送给室内地图内的UWB定位基站，由UWB定位基站发送回计算得到的UWB定位基站与UWB定位标签间的距离，由三个标签到不同基站的距离计算出UWB定位标签的位置信息；而二维码模块由车载摄像头采集二维码信息，通过S5PV210控制器对图像信息进行处理，将处理计算后的数据发送到主控模块；为了能快速地反馈给上位机，两者的位置信息保存到DDR内存模块中；当上位机询问AGV的位置信息时，主控模块通过USB总线将简单处理之后储存起来得位置信息通过ATK-LORA-01无线通信模块发送至上位机；主控模块对于接收到的由UWB模块和二维码模块采集的数据通过KF/EKF进行滤波计算融合，将融合后的定位数据通过ATK-LORA-01无线通信模块发送给PC端上位机实时检测数据，并由主控模块通过CAN总线将融合后的定位数据发送给伺服驱动器来控制AGV电机的转速，完成AGV车辆的导航定位和调度。

该基于超宽带和视觉二维码导航技术的AGV定位系统主要包括在移动地图中选择若干个点布置UWB定位基站，以及若干点布置二维码贴片。主控模块根据UWB模块得到的位置信息与二维码模块得到的位置信息，建立位置测量系统运动方程与观测方程，并通过扩展卡尔曼滤波算法求出AGV的最优位置估计。此AGV的导航定位系统由于融合了UWB与视觉的定位数据，与传统AGV定位系统相比，解决了因环境问题导致的布线难题，同时，该定位系统更大程度上降低了UWB因环境问题导致的非视距(Non-Line-of-Sight，NLOS)定位误差，以及摄像头因为车速过快导致信号丢失问题，简化了系统复杂度，提高了AGV在室内工作的定位精度。

基于超宽带和视觉二维码导航技术的AGV定位方法，以在室内移动为例进行说明，包括以下步骤：

步骤1：在AGV移动地图中设定若干个点设置UWB定位基站，设定其中任一个UWB定位基站为原点定位标记，设定原点定位标记的坐标轴为全局坐标轴，其他的UWB定位基站标记在全局坐标轴上，且均具备相应的定位数据：具体地，在室内地图中选择若干个点布置UWB定位基站；设定其中一个UWB定位基站为原点定位标记，定义原点定位标记的坐标轴为全局坐标轴，其余UWB定位基站标记在全局坐标轴上，均具备相应的定位数据。

步骤2：将UWB定位标签设于AGV上，在AGV移动过程中，UWB定位标签发送信号至UWB定位基站，UWB定位基站将该信号传送至UWB处理器处，UWB对信号进行处理计算出UWB定位标签移动过程中的位置信息，该UWB定位标签发送的信号为由超宽频脉冲组成的脉冲数据包，该UWB处理器对该信号的处理方式为：按照TDOA方式进行解算处理。具体地，将一个UWB定位标签设置在AGV上；在AGV移动过程中，UWB定位标签发送由超宽频脉冲组成的脉冲数据包信号给UWB定位基站，UWB定位基站通过交换机并将该信号传给UWB处理器，UWB处理器按照TDOA方式对该信号进行解算处理，在通过滤波处理计算出移动UWB定位标签的位置信息。

步骤3：采用二维码生成器生成带有全局坐标系下坐标信息的二维码贴片，将对应点的二维码贴片设置在对应于二维码信息的坐标下。

步骤4：图像扫描装置采集二维码贴片信息，将所采集的二维码信息传送至图像处理器，图像处理器对二维码信息进行处理计算，得到AGV当前的位置信息和偏转角；具体地，车载摄像头扫描二维码贴片，将获得的图像信息传输到图像处理器，由图像处理器对二维码信息进行处理，由二维码信息包含的位置信息以及计算相机图像帧中心和二维码中心的偏心距和二维码的旋转角度，计算得到车辆当前的位置信息和偏转角。

步骤5：主控模块根据UWB模块得到的位置信息和二维码模块得到的位置信息，建立位置测量系统运动方程与观测方程，并通过扩展卡曼滤波算法计算出AGV的最优位置估计；具体地，主控模块根据UWB处理器得到的位置信息，与二维码模块的图像处理器得到的位置信息，建立位置测量系统运动方程与观测方程，并通过扩展卡尔曼滤波算法求出AGV的最优位置估计。

步骤6：主控模块将融合后的位置信息发送至驱动装置，控制AGV运动，完成AGV的导航定位和调度；具体地，由主控模块通过CAN总线将融合后的定位数据发送给伺服驱动器来控制AGV电机的转速，完成AGV车辆的导航定位和调度。

由于采用上述技术方案，采用模块化的设计方式，不需要使用传统的在地面上布线来进行AGV的导航定位，使得系统运行更加稳定可靠；具有UWB模块和二维码模块，主控模块根据UWB模块得到的位置信息与二维码模块得到的位置信息，建立位置测量系统运动方程与观测方程，并通过扩展卡尔曼滤波算法求出AGV的最优位置估计，融合了UWB与视觉的定位数据，与传统AGV定位系统相比，解决了因环境问题导致的布线难题，降低了UWB因环境问题导致的非视距(Non-Line-of-Sight，NLOS)定位误差，以及摄像头因为车速过快导致信号丢失问题，简化了系统复杂度，提高了AGV在室内工作的定位精度，改善了AGV在室内运动过程中，因遮挡等环境问题以及时间积累产生的状态累积误差导致的定位精度低的缺点，使得AGV系统更加灵活可靠。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (11)

1.基于超宽带和视觉二维码导航技术的AGV定位系统，其特征在于：包括主控装置、UWB模块、驱动装置、二维码模块和上位机，其中，

所述主控装置分别与所述UWB模块和所述二维码模块电连接，所述UWB模块将AGV运动位置信息传送给所述主控装置，所述二维码模块将AGV观测位置信息传送给所述主控装置，所述主控装置对所述AGV运动位置信息与所述AGV观测位置信息进行计算融合，并根据计算结果控制所述驱动装置动作；

所述主控装置与所述上位机连接通信，将所述AGV运动位置信息与所述AGV观测位置信息计算融合的结果传送给所述上位机，进行数据检测；

所述驱动装置与所述主控装置电连接，且所述驱动装置与所述AGV的驱动组件连接，所述主控装置通过所述驱动装置控制所述AGV的导航定位及调度。

2.根据权利要求1所述的基于超宽带和视觉二维码导航技术的AGV定位系统，其特征在于：所述二维码模块包括图像采集装置、二维码贴片和图像处理器，所述图像采集装置设于所述AGV上，采集所述二维码贴片信息；

所述二维码贴片设于全局坐标系下对应的二维码信息坐标下；

所述图像处理器分别与所述图像采集装置和所述主控装置电连接，对所述图像采集装置采集到的二维码信息进行处理，并将该处理结果传送至所述主控装置。

3.根据权利要求2所述的基于超宽带和视觉二维码导航技术的AGV定位系统，其特征在于：所述图像处理器为S5PV210控制器。

4.根据权利要求3所述的基于超宽带和视觉二维码导航技术的AGV定位系统，其特征在于：所述图像采集装置为摄像头。

5.根据权利要求4所述的基于超宽带和视觉二维码导航技术的AGV定位系统，其特征在于：所述二维码贴片带有所述全局坐标系下的坐标信息。

6.根据权利要求1-5任一项所述的基于超宽带和视觉二维码导航技术的AGV定位系统，其特征在于：所述UWB模块包括UWB定位标签、UWB定位基站和UWB处理器，所述UWB定位标签设于所述AGV上，所述UWB定位标签与所述UWB定位基站通信连接，发送AGV位置信息给所述UWB定位基站；

所述UWB定位基站数量为多个，布设于AGV移动地图中，接收所述UWB定位标签发送的信息，并将该信息传送至所述UWB处理器，所述UWB处理对该信息进行处理，并将该处理结果传送给所述主控装置。

7.根据权利要求6所述的基于超宽带和视觉二维码导航技术的AGV定位系统，其特征在于：所述UWB处理器为基于TOF测距的自解算标签模块。

8.根据权利要求1-5、7任一项所述的基于超宽带和视觉二维码导航技术的AGV定位系统，其特征在于：所述主控装置包括主控模块、通信模块、存储模块和Flash模块，所述通信模块、所述存储模块与所述Flash模块均与所述主控模块电连接，所述通信模块与所述上位机连接通信，所述主控模块对所述UWB模块与所述二维码模块传送的信号进行处理，并将处理结果存储于所述存储模块内，并通过所述通信模块传送给所述上位机。

9.根据权利要求8所述的基于超宽带和视觉二维码导航技术的AGV定位系统，其特征在于：所述通信模块为ATK-LORA-01无线通信模块。

10.根据权利要求1所述的基于超宽带和视觉二维码导航技术的AGV 定位系统，其特征在于：还包括电源模块和紧急功能按键，所述电源模块分别与所述主控装置、所述UWB模块和所述二维码模块电连接，为所述主控装置、所述UWB模块和所述二维码模块供电；

所述紧急功能按键与所述主控装置电连接，所述紧急功能按键为急停按钮，用于控制所述AGV动作。

11.根据权利要求8所述的基于超宽带和视觉二维码导航技术的AGV定位系统，其特征在于：所述主控模块为STM32F407VET6。

Images