基于二维码导引与可见光定位的室内AGV导航方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于二维码导引与可见光定位的室内AGV导航方法及系统，通过在AGV的移动路径节点贴上二维码标签，使得AGV在移动到节点附近时可以分析高速摄像头捕捉到的二维码图像获取下一步的移动方向；在两个节点间移动时通过基于可见光通信技术的RSS定位方法实现AGV实时定位，防止偏离方向。本发明专利技术在应用二维码识别技术导航时加入了可见光通信定位，避免了单纯使用二维码导航时AGV小车在距离过长的两个二维码间移动因缺乏定位信息而偏离方向的问题，提供了一种成本较低的室内AGV导航定位方法。

【技术实现步骤摘要】
基于二维码导引与可见光定位的室内AGV导航方法及系统
本专利技术涉及移动机器人小车
，特别涉及一种基于二维码导引与可见光定位的室内AGV导航方法及系统。
技术介绍
传统的室内AGV导航定位方法主要为采用电磁感应技术的磁条导航方法、采用RFID技术的射频标签定位方法、基于机器视觉技术的定位方法、激光技术定位方法等等，但是，磁条导航更改路径困难，RFID定位精度不足，机器视觉定位算法普遍复杂、实时性差，而激光定位成本高昂。针对这些定位精度与成本问题，基于二维码识别技术的导航与定位方法、基于可见光通信技术的定位方法等新型方法开始受到关注，被越来越多的人所研究和改良。基于二维码识别技术的导航与定位方法，主要方法都是将带有位置信息和航向信息的二维码标签贴在室内的地面，AGV小车通过扫描地面的二维码获取定位及导航信息。这种方法的优点在于成本十分低廉，主要设备就是二维码标签和二维码扫描器。其缺点就是一旦二维码之间的距离过长，AGV小车在到达下一个二维码之前往往容易因缺乏自身位置信息而偏离方向，最终找不到下一个二维码而迷失。因为AGV小车的性能各不相同，二维码之间距离的合适长度不同统一。有研究人员提出一种用密集相连的二维码组成导航带对AGV小车进行定位与导航的方法，但应用这种方法时，要保证每一个二维码都不受到严重损坏，维护工作可能会十分麻烦。基于可见光通信技术的定位方法主要有AOA角度定位算法、RSS三角定位算法、TOA算法与TDOA算法。AOA角度定位算法通过计算光信息发送端和接收端的相对角度获得当前位置信息，对角度的测量精度要求非常高，需要的测量设备成本高。TOA算法与TDOA算法通过计算光信息传播时间或时间差获取位置信息，对时间测量的精准度要求高，设备同样昂贵。RSS定位方法需要测量接收的可见光信号的强度，然后通过光信号强度和信号衰减公式计算定位目标与光源之间的距离。RSS定位方法由于只需要一个能测量可见光信号强度的光电传感器，所需成本较低，更为普遍地被应用到各个场合中。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于二维码导引与可见光定位的室内AGV导航方法，将二维码识别技术与基于可见光通信技术的RSS定位方法结合，为AGV小车提供一种成本较低、可以准确判断坐标和方向的导航定位方法。通过基于可见光通信技术的RSS定位方法，使AGV实时获取当前位置坐标。通过在AGV的移动路径节点贴上二维码标签，使得AGV在移动到节点附近时可以分析高速摄像头捕捉到的二维码图像获取下一步的移动方向。本专利技术的另一目的在于提供一种基于上述方法的室内AGV导航系统。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：一种基于二维码导引与可见光定位的室内AGV导航方法，包括：步骤一，在室内天花板安装多个传送特定光信息的LED，在AGV的移动路径节点的地板上贴上二维码标签，其中每一个二维码标签所提示的方向必须指向下一个二维码标签；步骤二，建立室内空间坐标系(x,y)，系统在起点处利用可见光通信定位技术记录当前的位置坐标及AGV正对方向，应用二维码识别技术分析用底部高速摄像头获取的起点处的二维码标签图像，判断出下一个二维码标签的所在方向，根据获取的方向规划一条直线路径；步骤三，AGV沿着路径行走，系统利用可见光通信定位判断AGV的位置状态是否偏离路径，并针对偏离情况调整控制输入使其回到路径上，不断追踪路径直至找到下一个二维码标签；对底部高速摄像头新获取到的二维码标签分析判断，获取下一步移动方向和当前位置坐标，规划出新的直线路径；步骤四，重复步骤三的操作，直至AGV移动到终点所在的二维码标签上。优选的，所述步骤一中的二维码标签每个标签含有4个不同的QR二维码。优选的，所述步骤二、步骤三中采用的可见光通信定位技术，采用LED作为可见光信号发射器，所使用的LED控制信号为时分复用的时隙方波信号，其占空比由LED的个数决定，可以使不同的LED在不同的时刻发送光信号，以相互区分。具体的，LED的个数至少为3个。优选的，所述步骤二、步骤三中采用的可见光通信定位技术是通过RSS三角定位算法获取AGV所在的位置信息。具体的，通过RSS三角定位算法获取AGV所在的位置信息具体为：求出LED发出的光到可见光接收器的信道增益为：其中，是各个LED与可见光接收器之间的辐射角度，d表示各个LED和可见光接收器之间的距离，A表示可见光接收器的有效面积，θ表示各个LED发出的光射到可见光接收器接受面时的角度。变量表示各个LED的半功率角；LED发出的光信号在传输过程中会出现损耗，各个LED发射到达可见光接收器的光强度P为各个LED的发光功率与信道增益的乘积：其中P0为提前测量得到的各个LED发光功率，h表示可见光接收器与各个LED的垂直距离；则各个LED与AGV上可见光接收器的距离为：则各个LED与AGV上可见光接收器在水平面上投影的距离为：若有3个LED，3个LED与AGV上可见光接收器在水平面上投影的距离可分别标记为rA、rB、rC；然后通过RSS三角定位算法获取AGV所在的位置(x,y)：以三个LED在水平面上的投影中心如(xA,yA)、(xB,yB)、(xC,yC)为圆心，建立三圆相交的关系式：由此可得AGV所在的位置(x，y)。优选的，所述步骤二中对AGV正对方向的获取是通过使AGV在起点上前后短距离移动产生的坐标变化计算得出。具体的，首先建立室内空间坐标系(x，y)，AGV一开始处于起点位置上，通过可见光通信定位获得在起点的位置坐标为(x0，y0)，使AGV在起点上前后短距离移动，得到变化的坐标计算得起点上AGV在室内空间坐标系(x，y)中的角度为：通过分析二维码标签图像得出起点上二维码标签指示方向与AGV小车方向的偏差角θ0，可得到下一步跟踪的路径为(x0+kcos(α+θ0)，y0+ksin(α+θ0))，其中k为任意正数。优选的，所述步骤二、步骤三中对二维码标签图像的分析包括：AGV小车行走到二维码标签正上方后，利用底部高速摄像头拍摄二维码标签图像，二维码标签的方向与AGV小车的方向会有偏差，通过二维码识别技术将4个不同的二维码区分开来，利用二维码的位置探测图像的图像坐标算出4个二维码的中心坐标(u1，v1)，(u2，v2)，(u3，v3)，(u4，v4)；根据下式求出二维码标签的指示方向与AGV小车的方向的偏差角：一种基于上述方法的室内AGV导航系统，包括：传送特定光信息的LED、安装于AGV顶部的可见光接收器、含有方向信息的二维码标签、安装于AGV底部的高速摄像头和导航CPU模块；可见光接收器、高速摄像头通过电气连接与导航CPU模块相连，由导航CPU模块控制。导航CPU模块连接AGV的运动控制CPU，并传送位置信息和航向信息。运动控制CPU根据位置信息和航向信息调整AGV运行状态。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本专利技术将二维码识别技术与可见光通信技术的RSS定位方法结合到AGV小车导航定位方法中，避免了单纯使用二维码导航时AGV小车在距离过长的两个二维码间移动因缺乏定位信息而偏离方向的问题，提供了一种成本较低、精确度高的AGV小车导航定位方法。附图说明图1为实施例所使用的二维码标签样式。图2为在AGV上安装可见光接本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于二维码导引与可见光定位的室内AGV导航方法，其特征在于，包括：步骤一，在室内天花板安装多个传送特定光信息的LED，在AGV的移动路径节点的地板上贴上二维码标签，其中每一个二维码标签所提示的方向必须指向下一个二维码标签；步骤二，建立室内空间坐标系(x,y)，系统在起点处利用可见光通信定位技术记录当前的位置坐标及AGV正对方向，应用二维码识别技术分析用底部高速摄像头获取的起点处的二维码标签图像，判断出下一个二维码标签的所在方向，根据获取的方向规划一条直线路径；步骤三，AGV沿着路径行走，系统利用可见光通信定位判断AGV的位置状态是否偏离路径，并针对偏离情况调整控制输入使其回到路径上，不断追踪路径直至找到下一个二维码标签；对底部高速摄像头新获取到的二维码标签分析判断，获取下一步移动方向和当前位置坐标，规划出新的直线路径；步骤四，重复步骤三的操作，直至AGV移动到终点所在的二维码标签上。

【技术特征摘要】
1.基于二维码导引与可见光定位的室内AGV导航方法，其特征在于，包括：步骤一，在室内天花板安装多个传送特定光信息的LED，在AGV的移动路径节点的地板上贴上二维码标签，其中每一个二维码标签所提示的方向必须指向下一个二维码标签；步骤二，建立室内空间坐标系(x,y)，系统在起点处利用可见光通信定位技术记录当前的位置坐标及AGV正对方向，应用二维码识别技术分析用底部高速摄像头获取的起点处的二维码标签图像，判断出下一个二维码标签的所在方向，根据获取的方向规划一条直线路径；步骤三，AGV沿着路径行走，系统利用可见光通信定位判断AGV的位置状态是否偏离路径，并针对偏离情况调整控制输入使其回到路径上，不断追踪路径直至找到下一个二维码标签；对底部高速摄像头新获取到的二维码标签分析判断，获取下一步移动方向和当前位置坐标，规划出新的直线路径；步骤四，重复步骤三的操作，直至AGV移动到终点所在的二维码标签上。2.根据权利要求1所述的室内AGV导航方法，其特征在于，所述步骤一中的二维码标签每个标签含有4个不同的QR二维码。3.根据权利要求1所述的室内AGV导航方法，其特征在于，所述步骤二、步骤三中采用的可见光通信定位技术，采用LED作为可见光信号发射器，所使用的LED控制信号为时分复用的时隙方波信号，其占空比由LED的个数决定，可以使不同的LED在不同的时刻发送光信号，以相互区分。4.根据权利要求1所述的室内AGV导航方法，其特征在于，所述步骤二、步骤三中采用的可见光通信定位技术是通过RSS三角定位算法获取AGV所在的位置信息。5.根据权利要求4所述的室内AGV导航方法，其特征在于，通过RSS三角定位算法获取AGV所在的位置信息具体为：求出LED发出的光到可见光接收器的信道增益为：其中，是各个LED与可见光接收器之间的辐射角度，d表示各个LED和可见光接收器之间的距离，A表示可见光接收器的有效面积，θ表示各个LED发出的光射到可见光接收器接受面时的角度；变量表示各个LED的半功率角；LED发出的光信号在传输过程中会出现损耗，各个LED发射到达可见光接收器的光强度P为各个LED的发光功率与信道增益的乘积：其中P0为提前测量得到的各个LED发光功率，h表示可见光接收器与各个LED的垂直距离；则各个LED与AGV上可见光接收器的距离为：则各个LED与AGV上可见光接收器在水平面上投影的距离为：若有3个LED，3个LED与AGV上可见光接收...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴玉香，冼颖宪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44