一種自適應(yīng)agv視覺導(dǎo)航視線調(diào)整裝置與線跡跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于物流裝備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自適應(yīng)AGV視覺導(dǎo)航視線調(diào)整裝置 與線跡跟蹤方法。
【背景技術(shù)】
[0002] AGV是一種按設(shè)定的線路或設(shè)定的地圖，在物流調(diào)度系統(tǒng)或人工指令的控制下，自 動(dòng)行駛或者自動(dòng)牽引物料箱，完成物料轉(zhuǎn)運(yùn)與裝卸的無人駕駛物料輸送車輛。視覺導(dǎo)引由 于信息量大，能夠在復(fù)雜環(huán)境中很好地實(shí)現(xiàn)線路跟蹤與導(dǎo)航控制，此外，還同時(shí)具備有建設(shè) 使用成本低，引導(dǎo)線條的設(shè)置與維護(hù)簡單等突出優(yōu)點(diǎn)，是AGV基礎(chǔ)理論研究與應(yīng)用開發(fā)的 主要領(lǐng)域之一。
[0003] 現(xiàn)有的視覺導(dǎo)引方案均采用固定安裝的攝像頭觀察AGV導(dǎo)引線路，安裝角度大都 選擇為垂直地面，獲取無透視效應(yīng)的視頻畫面，達(dá)到提高視覺定位精度的目的。對于高速 AGV而言，在車體運(yùn)行速度較高的情形下，由于攝像頭視頻幀率通常固定為25幀/秒或30 幀/秒，幀間畫面的位移量有可能會超過視頻畫面的視野范圍，使得機(jī)器視覺完全失效；因 此，為保證機(jī)器視覺工作的有效性，必須依照AGV車體的運(yùn)行速度對攝像頭視線進(jìn)行實(shí)時(shí) 的調(diào)整，擴(kuò)大或者縮小視頻畫面視野的大??；相應(yīng)地，攝像頭的安裝形式也不應(yīng)僅僅是垂直 于地面而是傾斜向前，可調(diào)整角度。
[0004] 中國專利申請公開號CN1438138A，公開日2003年8月27日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為 "自動(dòng)引導(dǎo)車的視覺引導(dǎo)方法及其自動(dòng)引導(dǎo)電動(dòng)車"，該申請案公開了一種攝取地面運(yùn)行路 徑標(biāo)線、工位地址編碼標(biāo)識符和運(yùn)行狀態(tài)控制標(biāo)識符的處理方法與電動(dòng)車設(shè)計(jì)方案。其不 足之處在于單一的攝像頭垂直向下安裝于車體內(nèi)部，攝像頭視野受車身寬度限制，只能看 到AGV車體覆蓋的局部小區(qū)域。
[0005] 中國專利申請公布號CN102997910A，公布日2013年3月27日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱 為"一種基于地面路標(biāo)的定位導(dǎo)引系統(tǒng)及方法"，該申請案利用遮光罩與相應(yīng)照明設(shè)備消除 光源污染，視覺傳感器垂直向下貼近地面安裝。其不足之處在于攝像頭安裝距離過低，視野 狹窄導(dǎo)致信息量過低，抗線條污損能力比較有限。
[0006] 中國專利申請公布號CN103529838A，公布日2014年1月22日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱 為"自動(dòng)導(dǎo)引車的多目視覺導(dǎo)引驅(qū)動(dòng)裝置及其協(xié)同標(biāo)定方法"，該申請案公開了一種多個(gè)攝 像頭檢測導(dǎo)引線條偏角與位移偏置的裝置與方法。每個(gè)攝像頭均位于車體內(nèi)部，攝像頭周 邊布置獨(dú)立光源照明，垂直向下緊盯地面導(dǎo)引線條。
[0007] 中國專利授權(quán)號CN102346483B，授權(quán)公告日2012年11月28日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱 為"基于無源RFID和輔助視覺的AGV運(yùn)行控制方法"，該授權(quán)在停車點(diǎn)、轉(zhuǎn)彎點(diǎn)等特定位置 上布置LED或數(shù)碼管以顯示控制指令，AGV車體側(cè)面安裝的C⑶相機(jī)觀察道路兩側(cè)LED或 數(shù)碼屏上的圖形標(biāo)記，提供控制指令的圖像。
[0008] 中國專利申請?zhí)朇N102608998A，申請公布日2012年7月25日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為 "嵌入式系統(tǒng)的視覺導(dǎo)引AGV系統(tǒng)及方法"，該申請案同時(shí)采用一只前視攝像頭與一只垂直 向下的攝像頭，前視攝像頭采集遠(yuǎn)景圖像，垂直攝像頭用于二次精確定位。前視攝像頭與地 面呈一定角度傾斜安裝，預(yù)測即將拐彎、停車、定位前的減速等；垂直攝像頭采集正在行走 的路徑信息，完成線跡跟蹤任務(wù)。其中前視攝像頭的安裝高度與地面夾角由小車的最大運(yùn) 行速度有關(guān)，視野最遠(yuǎn)點(diǎn)為最大運(yùn)行速度的1~1. 2倍。其不足之處在于，前視攝像頭與 垂直攝像頭的安裝角度均為固定角度，且未能提供安裝高度、地面夾角與小車最大運(yùn)行速 度之間的具體關(guān)系；車體最大運(yùn)行速度與視野最遠(yuǎn)點(diǎn)距離之間的量綱不同，時(shí)間單位不清， 難以明確視野遠(yuǎn)點(diǎn)距離AGV車體的具體大小，隨意性大；關(guān)鍵性的不足之處也是在于，垂直 攝像頭貼近于地面，只具有較小的視野，僅能盯住很小一部分的線條局部，損失大量環(huán)境信 息，難以適應(yīng)各種現(xiàn)場局部污染，例如腳印、油污、破損等等。
[0009] 綜上所述，現(xiàn)有的AGV視覺導(dǎo)航方案存在著明顯的弱點(diǎn)：1、攝像頭的安裝方案以 垂直向下安裝為主，攝像頭視野狹小，僅限于遮光罩或車體內(nèi)部很小的區(qū)域，難以適應(yīng)AGV 高速運(yùn)行；2、傾斜安裝的攝像頭也以固定安裝形式為主，缺少安裝角度與車體運(yùn)行速度、導(dǎo) 航定位控制精度、視野范圍等的具體關(guān)系表達(dá)式；線跡跟蹤主要依靠垂直攝像頭完成；3、 傾斜安裝的攝像頭僅用于預(yù)測前方道路狀況，并不直接與線跡跟蹤任務(wù)發(fā)生聯(lián)系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明目的之一在于提供一種自適應(yīng)AGV視覺導(dǎo)航視線調(diào)整裝置與線跡跟蹤方 法，本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中攝像頭視野狹小，攝像頭角度無法調(diào)整的缺點(diǎn)。
[0011] 本發(fā)明提供的一種自適應(yīng)AGV視覺導(dǎo)航視線調(diào)整裝置包括攝像頭、旋轉(zhuǎn)支架、舵 機(jī)和支撐架，所述支撐架緊固于AGV車體之上，舵機(jī)固定于支撐架上，舵機(jī)與旋轉(zhuǎn)支架固定 連接，攝像頭固定于旋轉(zhuǎn)支架上，所述攝像頭位于AGV車體前部中軸線上，攝像頭通過舵機(jī) 的帶動(dòng)可調(diào)整視線檔位角度。
[0012] 本發(fā)明還提供了一種自適應(yīng)AGV視覺導(dǎo)航視線調(diào)整的線跡跟蹤方法，包括如下步 驟：
[0013] 置畫面幀序號i = 1，接受AGV任務(wù)調(diào)度指令以指令速度向前行進(jìn)，設(shè)置車輪轉(zhuǎn)角 調(diào)整增量初值Δ#? = 0 9° ;
[0014] 依據(jù)當(dāng)前車體實(shí)際運(yùn)行速度的反饋數(shù)據(jù)，調(diào)整攝像頭檔位角度，計(jì)算當(dāng)前角度下 前方地面導(dǎo)引線條的輔助參數(shù)Κ、其中攝像頭角度為攝像頭與鉛垂線夾角；
[0015] 提取對第i-ι幀視頻畫面底部行和中央行兩個(gè)高度位置上，導(dǎo)引線條寬度方向上 兩個(gè)邊緣之間每行像素?cái)?shù)量，以及第i-ι幀視頻畫面中導(dǎo)引線條中分線與畫面底部和畫面 中央水平像素行的兩個(gè)交點(diǎn)所對應(yīng)的像素位置橫向序號，計(jì)算當(dāng)前檔位角度下姿態(tài)跟蹤誤 差評價(jià)函數(shù)的閾值及畫面中的導(dǎo)引線的傾斜和份置偏離：
[0016] 將AGV車輪轉(zhuǎn)向角設(shè)置為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種自適應(yīng)AGV視覺導(dǎo)航視線調(diào)整裝置，其特征在于，包括攝像頭、旋轉(zhuǎn)支架、舵機(jī) 和支撐架，所述支撐架緊固于所述AGV車體之上，所述舵機(jī)固定于所述支撐架上，所述舵機(jī) 與所述旋轉(zhuǎn)支架固定連接，所述攝像頭固定于所述旋轉(zhuǎn)支架上，所述攝像頭位于所述AGV 車體前部中軸線上，所述攝像頭通過所述舵機(jī)的帶動(dòng)可調(diào)整視線檔位角度。
2. -種自適應(yīng)AGV視覺導(dǎo)航視線調(diào)整的線跡跟蹤方法，其特征在于，包括如下步驟： 置畫面幀序號i= 1，接受AGV任務(wù)調(diào)度指令以指令速度向前行進(jìn)，設(shè)置車輪轉(zhuǎn)角調(diào)整 增量初值= 0.9° ; 依據(jù)當(dāng)前車體實(shí)際運(yùn)行速度的反饋數(shù)據(jù)，調(diào)整攝像頭檔位角度，計(jì)算當(dāng)前角度下前方 地面導(dǎo)引線條的輔助參數(shù)K、^ '其中攝像頭角度為攝像頭與鉛垂線夾角； 提取對第i_l幀視頻畫面底部行和中央行兩個(gè)高度位置上，導(dǎo)引線條寬度方向上兩個(gè) 邊緣之間每行像素?cái)?shù)量，以及第i-1幀視頻畫面中導(dǎo)引線條中分線與畫面底部和畫面中央 水平像素行的兩個(gè)交點(diǎn)所對應(yīng)的像素位置橫向序號，計(jì)算當(dāng)前檔位角度下姿態(tài)跟蹤誤差評 價(jià)函數(shù)的閾值及畫面中的導(dǎo)引線的傾斜和位置偏離； 將AGV車輪轉(zhuǎn)向角設(shè)置為,=爐(M) +AW" ； 檢查AGV車體當(dāng)前實(shí)際運(yùn)行速度，調(diào)整攝像頭檔位角度，若檔位角度有變化，則重新計(jì) 算當(dāng)前角度下前方地面導(dǎo)引線條的輔助參數(shù)K、< ;若檔位角度無變化，則轉(zhuǎn)下一步； 2 提取第i幀視頻畫面中導(dǎo)引線條中分線與畫面底部和畫面中央水平像素行的兩個(gè)交 點(diǎn)所對應(yīng)的像素位置橫向序號，計(jì)算畫面中的導(dǎo)引線的傾斜和位置偏離，進(jìn)一步計(jì)算姿態(tài) 誤差評價(jià)函數(shù)和評價(jià)函數(shù)增量； 判斷評價(jià)函數(shù)增量是否小于或等于姿態(tài)跟蹤誤差評價(jià)函數(shù)的閾值，若是判斷姿態(tài)跟蹤 誤差評價(jià)函數(shù)J是否小于或等于姿態(tài)跟蹤誤差評價(jià)函數(shù)的閾值，否則轉(zhuǎn)下一步； 計(jì)算角度調(diào)整量，視頻幀序號i=i+1，重新設(shè)置AGV車輪轉(zhuǎn)角，其中角度調(diào)整量
判斷姿態(tài)跟蹤誤差評價(jià)函數(shù)J是否小于或等于姿態(tài)跟蹤誤差評價(jià)函數(shù)的閾值，若是， 保持車輪轉(zhuǎn)角不變，視頻幀序號i=i+1，重新返回檢查AGV車體當(dāng)前實(shí)際運(yùn)行速度，調(diào)整攝 像頭角度檔位角度0，否則轉(zhuǎn)下一步； 計(jì)算角度調(diào)整量，視頻幀序號i=i+1，重新設(shè)置AGV車輪轉(zhuǎn)角，其中角度調(diào)整量
3. 如權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)AGV視覺導(dǎo)航視線調(diào)整的線跡跟蹤方法，其特征在于，視 線調(diào)整依據(jù)AGV當(dāng)前運(yùn)動(dòng)速度選擇的檔位角度，使得連續(xù)兩幀視頻畫面之間，AGV車體位移 量不超過視頻畫面的j幅面。
4. 如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)AGV視覺導(dǎo)航視線調(diào)整的線跡跟蹤方法，其特征在于，將 實(shí)時(shí)視頻畫面中導(dǎo)引線條寬度方向上兩個(gè)邊緣之間一行上的像素?cái)?shù)量，作為不同檔位角度 下的視頻畫面中橫向位移量計(jì)算基準(zhǔn)。
5.如權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)AGV視覺導(dǎo)航視線調(diào)整的線跡跟蹤方法，其特征在于， 依據(jù)視頻畫面中導(dǎo)引線條的中心線與視頻畫面中央像素行和底部像素行的兩個(gè)交點(diǎn)的像 素位置iMid和iBtm,構(gòu)造AGV車體姿態(tài)跟蹤誤差評價(jià)函數(shù)J=K2 ? dir2+pos2作為調(diào)整 AGV車體轉(zhuǎn)向角度方向和大小的依據(jù)，使得AGV姿態(tài)滿足線跡跟蹤精度要求，其中dir = iMid-iBtm，/，〇、' = /_價(jià)/h-|，K為與攝像頭視線傾角0有關(guān)的常數(shù)。
6.如權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)AGV視覺導(dǎo)航視線調(diào)整的線跡跟蹤方法，其特征在于， AGV車體轉(zhuǎn)向調(diào)整方式通過調(diào)整AGV車輪轉(zhuǎn)向角的方式實(shí)現(xiàn)。
7.如權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)AGV視覺導(dǎo)航視線調(diào)整的線跡跟蹤方法，其特征在于， AGV車體轉(zhuǎn)向調(diào)整方式通過AGV車輪兩邊差動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種自適應(yīng)AGV視覺導(dǎo)航視線調(diào)整裝置與線跡跟蹤方法，該裝置包括攝像頭、旋轉(zhuǎn)支架、舵機(jī)和支撐架，所述支撐架緊固于AGV車體之上，舵機(jī)固定于支撐架上，舵機(jī)與旋轉(zhuǎn)支架固定連接，攝像頭固定于旋轉(zhuǎn)支架上，所述攝像頭位于AGV車體前部中軸線上，攝像頭通過舵機(jī)的帶動(dòng)可調(diào)整視線檔位角度。本發(fā)明可根據(jù)AGV車體的速度自動(dòng)調(diào)整攝像頭的視線角度，攝像頭視野開闊，導(dǎo)航定位控制精確，從而能夠提高工作效率。
【IPC分類】G05D1-02
【公開號】CN104699104
【申請?zhí)枴緾N201510117835
【發(fā)明人】范良志, 胡家榮, 郭陽志, 范良慧, 金智超, 劉哲
【申請人】武漢紡織大學(xué)
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月17日