專利名稱：一種基于多傳感器的全局定位導(dǎo)引系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于多傳感器的全局定位導(dǎo)引系統(tǒng)及方法，適合在自動導(dǎo)引車(AGV)中使用。
背景技術(shù)：
自動導(dǎo)引車(AGV)系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中最大的專業(yè)分支之一，并出現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的趨勢，成為現(xiàn)代化企業(yè)自動化裝備不可缺少的重要組成部分。而AGV中最基本的自動導(dǎo)引技術(shù)主要包括電磁感應(yīng)導(dǎo)引、激光導(dǎo)引、視覺導(dǎo)引、慣性導(dǎo)引、超聲波導(dǎo)引和磁釘?shù)取Ｆ渲幸曈X導(dǎo)引是一種具有巨大潛力的導(dǎo)引技術(shù)。視覺傳感器為信息被動接收，不受其他傳感器的干擾；視覺傳感器收集得到的信息量大，即使在丟棄了大量的信息之后，仍然可以很好地為車輛導(dǎo)航。同時視覺導(dǎo)引具有引導(dǎo)路徑設(shè)置和變更簡單方便、技術(shù)成本、以及使用費用低、系統(tǒng)柔性好等優(yōu)點。因此視覺導(dǎo)引已經(jīng)成為目前研究與應(yīng)用的熱點，具有巨大的應(yīng)用潛力。然而常見的視覺導(dǎo)引方法利用鋪設(shè)于地面的色帶獲取AGV運動的方向，無法獲得AGV的全局定位信息。對于更智能化的生產(chǎn)車間，需要通過多臺AGV協(xié)作完成搬運任務(wù)，則AGV的全局定位是今后的發(fā)展方向。在現(xiàn)有的AGV導(dǎo)引方法中，如“嵌入式系統(tǒng)的視覺導(dǎo)引AGV系統(tǒng)及方法”(中國發(fā)明專利申請?zhí)?01110436672. 3)，利用雙攝像頭實現(xiàn)AGV導(dǎo)引，無法獲得AGV的全局定位信息。“基于無源RFID和輔助視覺的AGV運行控制方法”(中國發(fā)明專利申請?zhí)?01110150892.X)，當(dāng)AGV經(jīng)過RFID閱讀器時，AGV控制中心獲得此時AGV的位置，缺陷是無法實時獲取AGV的位置信息?！盎诘孛婕y理的智能車視覺全局定位方法”(中國發(fā)明專利申請?zhí)?00910138235. 6)，該發(fā)明利用攝像頭采集的圖像信號與存儲于系統(tǒng)的環(huán)境全局地圖進(jìn)行匹配，實現(xiàn)AGV的全局定位，然而該方法需要進(jìn)行大量運算，特別是在大面積車間內(nèi)，實時性無法保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于多傳感器的全局定位導(dǎo)弓丨系統(tǒng)，用于AGV的全局定位、導(dǎo)引方法，通過加速度傳感器與視覺傳感器的信息融合使自動導(dǎo)引車能實現(xiàn)全局定位、導(dǎo)引。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的—種基于多傳感器的全局定位導(dǎo)引系統(tǒng)，包括AGV車體、嵌入式控制器、加速度傳感器、視覺傳感器、光源、導(dǎo)引帶，所述嵌入式控制器、加速度傳感器、視覺系統(tǒng)和光源安裝在所述AGV車體上，所述導(dǎo)引帶為平鋪于AGV車體工作區(qū)域地面上，其中，所述加速度傳感器用于測量AGV車體的加速度值，通過計算獲得AGV車體的相對位置，所述視覺傳感器用于獲取地面導(dǎo)引帶所包含的圖像信息，所述光源用于給視覺傳感器提供恒定的光照條件，所述嵌入式控制器實現(xiàn)實時視頻采集、視覺信息處理以及由加速度計算獲得AGV車體位置。
優(yōu)選地，所述導(dǎo)引帶包括導(dǎo)引線和二維碼圖標(biāo)。所述導(dǎo)引線鋪設(shè)于AGV所需經(jīng)過路徑的地面上。沿著所述導(dǎo)引線間隔一定的距離放置二維碼圖標(biāo)，所述二維碼圖標(biāo)由正方形邊框構(gòu)成，在邊框內(nèi)部的基底上印有不同特征圖案，所述嵌入式控制器的記憶庫存儲了每一種特征圖案的特征，每一種特征圖案的特征在所述嵌入式控制器的記憶庫中都是唯一的以標(biāo)示唯一位置。所述導(dǎo)引線為黑色，所述二維碼圖標(biāo)的正方形邊框為黑色，邊框內(nèi)部的基底為白色。本發(fā)明還提供一種基于多傳感器的全局定位導(dǎo)引方法，采用上述的全局定位導(dǎo)引系統(tǒng)，包括如下步驟步驟S1.在AGV需要工作的區(qū)域鋪設(shè)好導(dǎo)引帶，并將導(dǎo)引帶上的二維碼圖標(biāo)的圖像信息以及各二維碼圖標(biāo)對應(yīng)的全局坐標(biāo)位置記錄于嵌入式控制器的記憶庫中；步驟S2.當(dāng)AGV車體經(jīng)過鋪設(shè)的導(dǎo)引帶時，視覺系統(tǒng)捕捉到導(dǎo)引線帶的圖像信息，并把該圖像信息傳輸至嵌入式控制器進(jìn)行圖像處理，然后獲得AGV沿導(dǎo)引線運動所需的信息；其中，視覺系統(tǒng)和嵌入式控制器安裝在所述AGV車體上；步驟S3.當(dāng)AGV開始運動，嵌入式控制器讀取加速度傳感器的數(shù)值，測得AGV車體的加速度，通過2次積分運算獲得機(jī)器人的位置信息；該位置信息為相對的，即相對于前一次準(zhǔn)確全局位置的。步驟S4.在視覺傳感器捕捉地面的導(dǎo)引帶進(jìn)行巡線行走的同時，利用模板匹配法，將校正后的圖像信息與記憶庫中的特征圖案進(jìn)行對比匹配，判斷是否識別到二維碼圖標(biāo)，如果識別到二維碼圖標(biāo)，則根據(jù)二維碼圖標(biāo)在圖像中的位置以及每個二維碼圖標(biāo)代表的全局位置，計算出AGV的全局位置。如果沒有識別到mark，則根據(jù)前一次識別到的二維碼圖標(biāo)位置與由加速度傳感器計算得到的相對位置相加獲得現(xiàn)在的全局位置。步驟S5.當(dāng)現(xiàn)在的位置與目標(biāo)位置相同時，AGV停止運動，如果不相同，則繼續(xù)循環(huán)。本發(fā)明通過加速度傳感器與視覺傳感器，利用視覺技術(shù)識別二維碼圖標(biāo)，實現(xiàn)AGV的全局定位、導(dǎo)引功能；彌補(bǔ)了普通視覺導(dǎo)引方法不能獲取全局定位信息的缺陷，極大地降低了 AGV導(dǎo)引成本，獲得了較高的定位精度。


通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)組成模塊框圖；圖2為鋪設(shè)于地面的導(dǎo)引帶示意圖；圖3為本發(fā)明的全局定位、導(dǎo)引方法工作流程圖。圖中1為AGV車體，2為嵌入式控制器，3為加速度傳感器，4為視覺傳感器，5為光源，6為導(dǎo)引帶，61為二維碼圖標(biāo)，62為黑色導(dǎo)引線。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)組成模塊框圖，在本實施例中，基于多傳感器的全局定位導(dǎo)引系統(tǒng)包括AGV車體1、嵌入式控制器2、加速度傳感器3、視覺傳感器4、光源5、導(dǎo)引帶6，其中嵌入式控制器2、加速度傳感器3、視覺傳感器4、光源5安裝于AGV車體I上；其中導(dǎo)引帶6包括黑色導(dǎo)引線62和二維碼圖標(biāo)61，均鋪設(shè)于AGV需經(jīng)過路徑的地面上。所述加速度傳感器3用于獲取AGV車體I的加速度數(shù)據(jù)，通過計算獲得AGV車體I的位置信息；所述視覺傳感器4用于獲取環(huán)境圖像信息；所述嵌入式控制器2實現(xiàn)實時視頻采集、視覺信息處理以及由加速度計算獲得AGV車體I位置，當(dāng)嵌入式控制器2接收到所述加速度傳感器3的數(shù)據(jù)，同時接收到所述視覺系統(tǒng)的圖像信息并進(jìn)行圖像處理，通過所述的基于多傳感器信息融合的全局定位導(dǎo)引方法，實現(xiàn)導(dǎo)引功能并獲取當(dāng)前AGV車體I的全局位置信息，實現(xiàn)全局定位功能。所述鋪設(shè)于地面的導(dǎo)引帶6如圖2所示，由黑色導(dǎo)引線62和二維碼圖標(biāo)61組成。所述二維碼圖標(biāo)62是一種專門設(shè)計的黑白模板，這種黑白模板由正方形黑色邊框構(gòu)成，內(nèi)部在白色基底上印有不同特征圖案。圖3為本發(fā)明的全局定位、導(dǎo)引方法的工作流程圖。本實施例中，首先在AGV需要工作的區(qū)域鋪設(shè)好導(dǎo)引帶，并將導(dǎo)引帶上的二維碼圖標(biāo)的圖像信息以及各二維碼圖標(biāo)對應(yīng)的全局坐標(biāo)位置記錄于嵌入式控制器的記憶庫中；當(dāng)AGV車體經(jīng)過鋪設(shè)的導(dǎo)引帶時，視覺系統(tǒng)捕捉到黑色導(dǎo)引線帶的圖像信息，并把該圖像信息傳輸至嵌入式控制器進(jìn)行圖像處理，然后獲得AGV沿導(dǎo)引線運動所需的信息；當(dāng)AGV開始運動，嵌入式控制器讀取加速度傳感器的數(shù)值，測得AGV車體的加速度，通過2次積分運算獲得機(jī)器人的位置信息；該位置信息為相對的，即相對于前一次準(zhǔn)確全局位置的。在視覺傳感器捕捉地面的導(dǎo)引帶進(jìn)行巡線行走的同時，利用模板匹配法，將校正后的圖像信息與記憶庫中的特征圖案進(jìn)行對比匹配，判斷是否識別到二維碼圖標(biāo)，如果識別到二維碼圖標(biāo)，則根據(jù)二維碼圖標(biāo)在圖像中的位置以及每個二維碼圖標(biāo)代表的全局位置，計算出AGV的全局位置。如果沒有識別到mark，則根據(jù)前一次識別到的二維碼圖標(biāo)位置與由加速度傳感器計算得到的相對位置相加獲得AGV的全局位置。當(dāng)現(xiàn)在的全局位置與目標(biāo)位置相同時，AGV停止運動，如果不相同，則繼續(xù)循環(huán)以上工作流程。本發(fā)明采用導(dǎo)引帶，并采用加速度傳感器和視覺傳感器相結(jié)合的方法實現(xiàn)AGV的全局定位、導(dǎo)引功能，使得AGV除了可以自動導(dǎo)引以外，還可以實現(xiàn)全局定位，從而為實現(xiàn)多AGV協(xié)作搬運、裝配等工作提供基礎(chǔ)。本方法定位、導(dǎo)引精度高，成本低，避免了環(huán)境光線的影響，穩(wěn)定性好，在AGV中具有很好的應(yīng)用前景。以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種基于多傳感器的全局定位導(dǎo)引系統(tǒng)，其特征在于，包括AGV車體、嵌入式控制器、加速度傳感器、視覺傳感器、光源、導(dǎo)引帶，所述嵌入式控制器、加速度傳感器、視覺傳感器、光源安裝于AGV車體上，其中所述導(dǎo)引帶鋪設(shè)于AGV需經(jīng)過路徑的地面上，所述加速度傳感器用于測量AGV車體的加速度值，所述視覺傳感器用于獲取地面導(dǎo)引帶所包含的圖像信息，所述光源用于給視覺傳感器提供恒定的光照條件，所述嵌入式控制器實現(xiàn)實時視頻采集、視覺信息處理以及由加速度計算獲得AGV車體位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多傳感器的全局定位導(dǎo)引系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)引帶包括導(dǎo)引線和二維碼圖標(biāo)，其中，所述導(dǎo)引線鋪設(shè)于AGV所需經(jīng)過路徑的地面上，沿著所述導(dǎo)引線間隔一定的距離放置所述二維碼圖標(biāo)，所述二維碼圖標(biāo)由正方形邊框構(gòu)成，在邊框內(nèi)部的基底上印有不同特征圖案，所述嵌入式控制器的記憶庫存儲了每一種特征圖案的特征，每一種特征圖案的特征在所述嵌入式控制器的記憶庫中都是唯一的以標(biāo)示唯一位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多傳感器的全局定位導(dǎo)引系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)引線為黑色，所述二維碼圖標(biāo)的正方形邊框為黑色，邊框內(nèi)部的基底為白色。
4.一種基于多傳感器的全局定位導(dǎo)引方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求2或3所述的系統(tǒng)，包括如下步驟 步驟S1.在AGV需要工作的區(qū)域鋪設(shè)好導(dǎo)引帶，并將導(dǎo)引帶上的二維碼圖標(biāo)的圖像信息以及各二維碼圖標(biāo)對應(yīng)的全局坐標(biāo)位置記錄于嵌入式控制器的記憶庫中； 步驟S2.當(dāng)AGV車體經(jīng)過鋪設(shè)的導(dǎo)引帶時，視覺系統(tǒng)捕捉到導(dǎo)引線帶的圖像信息，并把該圖像信息傳輸至嵌入式控制器進(jìn)行圖像處理，然后獲得AGV沿導(dǎo)引線運動所需的信息；其中，視覺系統(tǒng)和嵌入式控制器安裝在所述AGV車體上； 步驟S3.當(dāng)AGV開始運動，嵌入式控制器讀取加速度傳感器的數(shù)值，測得AGV車體的加速度，通過2次積分運算獲得機(jī)器人的位置信息；該位置信息為相對的，即相對于前一次準(zhǔn)確全局位置的。
步驟S4.在視覺傳感器捕捉地面的導(dǎo)引帶進(jìn)行巡線行走的同時，利用模板匹配法，將校正后的圖像信息與記憶庫中的特征圖案進(jìn)行對比匹配，判斷是否識別到二維碼圖標(biāo)，如果識別到二維碼圖標(biāo)，則根據(jù)二維碼圖標(biāo)在圖像中的位置以及每個二維碼圖標(biāo)代表的全局位置，計算出AGV的全局位置。如果沒有識別到mark，則根據(jù)前一次識別到的二維碼圖標(biāo)位置與由加速度傳感器計算得到的相對位置相加獲得現(xiàn)在的全局位置。
步驟S5.當(dāng)現(xiàn)在的位置與目標(biāo)位置相同時，AGV停止運動，如果不相同，則繼續(xù)循環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于多傳感器的全局定位導(dǎo)引系統(tǒng)及方法，包括AGV車體、嵌入式控制器、加速度傳感器、視覺傳感器、光源、導(dǎo)引帶，其中導(dǎo)引帶包括導(dǎo)引線和二維碼圖標(biāo)，加速度傳感器用于測量AGV車體的加速度值；視覺傳感器用于獲取地面導(dǎo)引帶所包含的圖像信息，實現(xiàn)自動導(dǎo)引功能；嵌入式控制器通過加速度值計算獲得AGV車體的相對位置，同時通過視覺傳感器識別的二維碼圖標(biāo)中所定義的全局位置信息，實現(xiàn)AGV車體的全局定位功能。本發(fā)明采用地面導(dǎo)引帶，通過加速度傳感器與視覺傳感器相結(jié)合的方法實現(xiàn)AGV自動導(dǎo)引及全局定位功能，為實現(xiàn)多AGV的智能控制提供基礎(chǔ)，具有很好的應(yīng)用前景。
文檔編號G05D1/02GK103064417SQ201210563879
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者冷春濤, 方波, 曹其新, 杜建軍, 朱笑笑 申請人:上海交通大學(xué)