基于图像与惯性技术的AGV复合导引系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于图像与惯性技术的AGV复合导引系统，包括：惯性导引模块通过多个惯性传感器智能感知AGV每时刻在车辆坐标系下的位置与运动信息；视觉导引模块通过视觉传感器智能感知AGV移动至位置标定点时在基准坐标系下的位置与环境信息；信息交互模块实现惯性导引模块、视觉导引模块和运动控制模块实时高效传输信息；运动控制模块获取惯性导引和视觉导引模块各传感器的数据，用Sage‑Husa自适应Kalman滤波算法对各传感器的数据进行融合处理，根据得到的融合数据对AGV进行控制，修正惯性导引模块累积误差。本发明专利技术基于视觉导引与惯性导引技术，利用多种信息源互相补充，构成了具有冗余度且导航准确度更高的AGV复合导引系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及自动化领域，具体涉及基于图像与惯性技术的AGV复合导引系统。
技术介绍
目前在工业场合应用的AGV(Automated Guided Vehicle，自动导引运输车)大都采用有轨导引技术，有轨导引技术是指在行驶的路径上设置导引用的信息媒介物，AGV通过传感器检测出信息媒介物的信息而得到导引，具体线路可以是电磁感应方式中的导引电缆、机械方式中的轨道、磁导引方式中的磁条及光导引方式中的反光带等。其主要特点是技术较为成熟，但是前期施工繁琐、运行线路的固定、移动机器人的工作方式以及数量受到很大的限制，难以满足未来智能制造、智能物流等领域的需求。而无轨导引系统往往采用单一导引系统，受限于自身的局限性，导致应用范围有限，例如视觉导引不需要人为设置物理路径，但实时性较差，在背景复杂场合不适用；惯性导引实时性好，精度高，但存在累积误差。有鉴于此，急需提供一种具有冗余度且导航准确度更高的AGV复合导引系统。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是设计一种具有冗余度且导航准确度更高的AGV复合导引系统。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是提供一种基于图像与惯性技术的AGV复合导引系统，包括惯性导引模块、视觉导引模块、
信息交互模块和运动控制模块，所述惯性导引模块通过多个惯性传感器智能感知AGV每时刻在车辆坐标系下的位置与运动信息；所述视觉导引模块通过多个传感器智能感知所述AGV移动至相应位置标定点时在基准坐标系下的位置与环境信息；所述信息交互模块实现所述惯性导引模块、所述视觉导引模块以及所述运动控制模块之间实时高效的传输信息；所述运动控制模块通过所述信息交互模块获取所述惯性导引模块和所述视觉导引模块各传感器的数据，并采用Sage-Husa自适应Kalman滤波算法对各传感器的数据进行融合处理，根据得到的融合数据对所述AGV进行控制，修正所述惯性导引模块的累积误差。在上述技术方案中，所述惯性导引模块由惯性测量单元、角度编码器以及工业级的嵌入式微处理器组成，所述惯性测量单元由三轴MEMS陀螺仪、MEMS加速度计和三轴磁力计组成，所述三轴MEMS陀螺仪、所述MEMS加速度计和所述三轴磁力计依靠高分辨率模拟数字转换器进行数模转换，并具有温度补偿、动态补偿和加速度校准功能；所述角度编码器为一种基于透射式光栅的增量式编码器，分辨率达到3600P/R，最高允许转速6000RPM，结合所述嵌入式微处理器定时器的输入功能得到电机的旋转速度、角度和方向；所述嵌入式微处理器为STM32系列的ARM，具有外设丰富、芯片集成度高和功耗低的优点。在上述技术方案中，所述运动信息包括但不限于加速度和角速度。在上述技术方案中，所述视觉导引模块由二维码识别解码单元和二维码视觉定位单元组成，所述二维码视觉定位单元在所述AGV移动至相应位置标定点时输出二维码中心位置与所述AGV的中心位置的位置偏差与夹角；
所述二维码识别解码单元对二维码记录的环境信息数据进行解码。在上述技术方案中，所述二维码视觉定位单元包括嵌入式图像处理器、数字相机和CS环形光源；所述嵌入式图像处理器为TI主推的超低功耗浮点DSP处理器，局域TI浮点DSP，标配工业级，集成uPP、EMIF和USB2.0接口；所述数字相机为COMS的130万像素摄像头，待采集的二维码图像数据由COMS图像传感器采集，由所述嵌入式图像处理器读取二维码图像数据并存入外部存储器SDRAM中，进行图像处理，处理结果通过所述信息交互模块传输到所述运动控制模块。在上述技术方案中，所述运动控制模块由PID控制器、Sage-Husa自适应Kalman滤波器、电源管理电路、高性能嵌入式处理器DSP和光耦隔离电路组成，所述Sage-Husa自适应Kalman滤波器对各传感器的数据进行融合处理；所述PID控制器根据所述Sage-Husa自适应Kalman滤波器的融合数据对所述AGV进行控制。在上述技术方案中，所述信息交互模块为CAN总线。在上述技术方案中，所述融合处理包括姿态信息融合、水平方向速度信息融合以及基准坐标系下位置信息融合。本专利技术，针对目前有轨导引技术难以满足移动机器人柔性化应用需要，通过开发惯性导引、视觉导引、运动控制等模块，开展环境综合感知技术、精确定位技术、多传感器数据融合技术、容错技术等研究，将视觉导引和惯性导引技术组合在一起，形成一种基于视觉导引与惯性导引技术的AGV复合导引系统，利用多种信息源的互相补充，构成一种具有冗余度且导航准确度更高的AGV复合导引系统。附图说明图1为本专利技术的系统框图；图2为本专利技术的实现流程图；图3为本专利技术的原理示意图；图4为Kalman滤波算法的两个计算回路。具体实施方式本专利技术将视觉导引与惯性导引技术组合在一起，利用多种信息源的互相补充，构成了一种具有冗余度且导航准确度更高的AGV复合导引系统，解决了以下技术问题：(1)无轨导引问题：无轨导引技术是在二维码图像定位技术、二维码识别解码技术和惯性测量技术融合的基础上，通过二维码识别解码技术修正惯性测量技术的累积误差，保证AGV复合导引系统的收敛，实现AGV的无轨导引，满足柔性化应用需要；(2)综合感知问题：AGV复合导引系统的综合感知技术能够同时提供环境感知、坐标定位、运动信息的参数，克服了有轨导引技术仅能提供单一参数的缺点，有利于AGV复合导引系统掌握更全面的信息，提高AGV的综合使用效果；(3)容错问题：在多传感器组合应用的前提下，应用Sage-Husa自适应扩展Kalman滤波算法在线估计传感器方差，动态调整滤波增益，有效地降低了错误信息对AGV复合导引系统的影响。下面结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术做出详细的说明。本专利技术实施例提供了一种基于图像与惯性技术的AGV复合导引系统，如图1所示，为本专利技术的系统框图，包括：惯性导引模块1，通过多个惯性传感器智能感知AGV每时刻在车辆坐标系下的位置与运动信息，实现对AGV的第一次定位。视觉导引模块2，通过视觉传感器智能感知AGV移动至相应位置标定点时在基准坐标系下的位置与环境信息，实现对AGV的第二次定位。信息交互模块3，即CAN总线，实现惯性导引模块1、视觉导引模块2以及运动控制模块4之间实时高效的传输信息，完成同步控制与信息交互
工作。上述运动信息包括但不限于加速度和角速度。运动控制模块4，通过信息交互模块3获取惯性导引模块1和视觉导引模块2各传感器的数据，并采用Sage-Husa自适应Kalman滤波算法对各传感器的数据进行融合处理：姿态信息融合、水平方向速度信息融合以及基准坐标系下位置信息融合；在线估计各传感器方差，动态调整滤波增益，根据得到的融合数据对AGV进行控制，修正惯性导引模块1的累积误差。惯性导引模块1由惯性测量单元10、角度编码器11(E6B2-CWZ5G)以及工业级的嵌入式微处理器12(STM32F103RBT7)组成；惯性测量单元10主要由三轴MEMS陀螺仪101、MEMS加速度计102和三轴磁力计103组成，每个惯性传感器依靠高分辨率ADC(模拟数字转换器)进行数模转换，并自带温度补偿、动态补偿和加速度校准等功能，为了适应不同环境下的运动特性，各惯性传感器的测量范围及滤波频带可调整；角度编码器11是一本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于图像与惯性技术的AGV复合导引系统，其特征在于，包括惯性导引模块、视觉导引模块、信息交互模块和运动控制模块，所述惯性导引模块通过多个惯性传感器智能感知AGV每时刻在车辆坐标系下的位置与运动信息；所述视觉导引模块通过视觉传感器智能感知所述AGV移动至相应位置标定点时在基准坐标系下的位置与环境信息；所述信息交互模块实现所述惯性导引模块、所述视觉导引模块以及所述运动控制模块之间实时高效的传输信息；所述运动控制模块通过所述信息交互模块获取所述惯性导引模块和所述视觉导引模块各传感器的数据，并采用Sage‑Husa自适应Kalman滤波算法对各传感器的数据进行融合处理，根据得到的融合数据对所述AGV进行控制，修正所述惯性导引模块的累积误差。

【技术特征摘要】
1.基于图像与惯性技术的AGV复合导引系统，其特征在于，包括惯性导引模块、视觉导引模块、信息交互模块和运动控制模块，所述惯性导引模块通过多个惯性传感器智能感知AGV每时刻在车辆坐标系下的位置与运动信息；所述视觉导引模块通过视觉传感器智能感知所述AGV移动至相应位置标定点时在基准坐标系下的位置与环境信息；所述信息交互模块实现所述惯性导引模块、所述视觉导引模块以及所述运动控制模块之间实时高效的传输信息；所述运动控制模块通过所述信息交互模块获取所述惯性导引模块和所述视觉导引模块各传感器的数据，并采用Sage-Husa自适应Kalman滤波算法对各传感器的数据进行融合处理，根据得到的融合数据对所述AGV进行控制，修正所述惯性导引模块的累积误差。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述惯性导引模块由惯性测量单元、角度编码器以及工业级的嵌入式微处理器组成，所述惯性测量单元由三轴MEMS陀螺仪、MEMS加速度计和三轴磁力计组成，所述三轴MEMS陀螺仪、所述MEMS加速度计和所述三轴磁力计依靠高分辨率模拟数字转换器进行数模转换，并具有温度补偿、动态补偿和加速度校准功能；所述角度编码器为一种基于透射式光栅的增量式编码器，分辨率达到3600P/R，最高允许转速6000RPM，结合所述嵌入式微处理器定时器的输入功能得到电机的旋转速度、角度和方向；所述嵌入式微处理器为STM32系列的ARM，具有外设丰富、芯片集成度高和功耗低的优点。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述运动信息包括但不限...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵常均，程德斌，刘佳，
申请(专利权)人：广州智能装备研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44