一种基于视觉传感器的重型导引车定位方法及重型导引车技术

本发明专利技术公开了一种基于视觉传感器的重型导引车定位方法及重型导引车，通过在车辆中心线前后分别安装一套视觉传感器，利用视觉传感器扫描并解析位于地面的二维码地标；根据视觉传感器所采集到的二维码地标信息计算出车辆的实时位姿和目标位姿的偏差，并根据计算出的车辆的实时位姿和目标位姿的偏差自动控制车辆动作；从而实现了车辆的自动导引功能。其中所用的视觉传感器带有自动变焦镜头，其检测距离能够根据车辆升降情况自动对焦，自适应检测算法可满足车辆自动升降作业需求；且该视觉传感器带有微控制器并集成算法，能够实时扫描并解析二维码地标所携带的相应信息；可适应室内环境和室外环境的应用需求，满足大型车辆高速及低速运行需求。

A Location Method of Heavy-duty Guided Vehicle Based on Visual Sensor and Heavy-duty Guided Vehicle

The invention discloses a vision sensor-based positioning method for heavy-duty guided vehicle and a heavy-duty guided vehicle. By installing a set of vision sensors before and after the vehicle center line, the two-dimensional code landmarks located on the ground are scanned and analyzed by the vision sensor, and the real-time position and the deviation of the target position are calculated according to the two-dimensional code landmark information collected by the vision sensor. According to the deviation between the real-time position and the target position of the calculated vehicle, the vehicle action is automatically controlled, and the automatic guidance function of the vehicle is realized. The vision sensor used in the system has an auto-zoom lens, and its detection distance can focus automatically according to the lifting situation of the vehicle, and the adaptive detection algorithm can meet the requirements of the auto-lifting operation of the vehicle; moreover, the vision sensor has a microcontroller and integrated algorithm, which can scan and analyze the corresponding information carried by the two-dimensional code landmark in real time; it can adapt to the corresponding indoor and outdoor environments. It meets the needs of high-speed and low-speed operation of large vehicles.

【技术实现步骤摘要】
一种基于视觉传感器的重型导引车定位方法及重型导引车
本专利技术涉及重型AGV(AutomatedGuidedVehicle，自动导引运输车)
，具体是一种基于视觉传感器的重型导引车定位方法及重型导引车。
技术介绍
随着智能化产业的发展，重载运输领域自动导引的需求越来越多。如船厂、变压器厂、钢厂等，尤其是工业制造自动化程度较高的行业，对大型构件自动化转运的需求更为迫切。在自动导引车行业，导引定位方法大多适用于小型AGV。如常见的色带、二维码传感器，此类引导定位方法检测范围小，检测距离短，不适合具有升降功能的重型导引车。目前应用最广泛的自动化码头重载AGV导引系统为磁钉导引方式，但这种引导方式检测距离较短，需要对路面改造，工艺复杂成本高，GPS导引精度不高，不适合室内运输。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种适用于具有升降功能及多模式转向功能重型导引车的基于视觉传感器的重型导引车定位方法，该重型导引车定位方法包括以下步骤：通过分别安装于重型导引车中心线头尾的两个视觉传感器，实时扫描并解析重型导引车前后视野范围内的二维码地标的位置信息和预设信息；所述二维码地标的预设信息包括该二维码地标的编号，所述位置信息包括该二维码地标的像素位置信息、偏角信息以及最小单位像素信息；其中，所述二维码地标的像素位置信息为该二维码地标的中心点位于正在扫描该二维码地标的当前视觉传感器所对应的视野坐标系中的X坐标和Y坐标，用像素表示；所述偏角信息为该二维码地标相对于所述视野坐标系的偏角；所述最小单位像素信息为该二维码地标的最小单位在所述当前视觉传感器的视野范围内的像素值；由视觉传感器所采集到的当前二维码地标的最小单位像素a、所述当前二维码的最小单位边长信息b以及该视觉传感器的像素分辨率c，根据该视觉传感器成像的线性关系，计算出该视觉传感器的视野大小d＝c*b/a；然后根据所述当前二维码地标的像素位置信息，由该视觉传感器的像素分辨率及视野大小成像比例关系，计算出所述当前二维码地标的中心点在该视觉传感器所对应的视野坐标系中的坐标P；由该视觉传感器的安装位置和所述当前二维码地标的中心点在该视觉传感器所对应的视野坐标系中的坐标P，根据坐标系平移旋转公式计算出所述当前二维码地标的中心点在车辆坐标系中的坐标VP；并根据所述当前二维码地标的预设信息计算出所述当前二维码地标的中心点在大地坐标系中的坐标GP；由所述当前二维码地标的中心点对应的坐标VP、坐标GP以及所述车辆坐标系与所述大地坐标系的偏差，根据坐标旋转与平移变换方法，求得所述车辆坐标系与所述大地坐标系的位置偏差,即车辆实时位置与目标位置的偏差；由前后视觉传感器各自所解析到的前后二维码地标的位置信息和预设信息分别计算出前后二维码地标的中心点在相应视野坐标系中的坐标和前后二维码地标的中心点在大地坐标系中的坐标，然后根据坐标变换方法得到前后视觉传感器各自对应的视野坐标系的原点在所述大地坐标系中的坐标；继而求得所述车辆坐标系与所述大地坐标系的姿态偏差，即车辆实时姿态与目标姿态的偏差；车载控制器根据计算出的车辆实时位置与目标位置的偏差以及车辆实时姿态与目标姿态的偏差，调用闭环控制算法控制重型导引车自动作业。进一步地，多个所述二维码地标以预设的固定间距呈网格状铺设于重型导引车所在工作区域的地面上，且多个二维码地标同向分布。进一步地，所述视野坐标系以其所对应的视觉传感器的视野范围的左前点为坐标原点，以其所对应的视觉传感器的视野范围的顶边为X轴，左侧边为Y轴；所述车辆坐标系以车辆的几何中心为坐标原点，以车辆纵向中线为Y轴，以车辆前进方向为Y轴正向；所述大地坐标以位于二维码地标矩阵左下角的二维码地标的几何中心为坐标原点，以二维码地标矩阵的正向为Y轴正向。进一步地，所述由该视觉传感器的安装位置和所述当前二维码地标的中心点在该视觉传感器所对应的视野坐标系中的坐标P，根据坐标系平移旋转公式计算出所述当前二维码地标的中心点在车辆坐标系中的坐标VP，具体为：由该视觉传感器的安装位置得到该视觉传感器所对应的视野坐标系相对于所述车辆坐标系的旋转角度为0；由该视觉传感器的视野大小、该视觉传感器的安装支架尺寸、重型导引车尺寸求得该视觉传感器所对应的视野坐标系相对于车辆坐标系的平移矩阵，由二维码地标的中心点在该视觉传感器所对应的视野坐标系中的坐标P、该视野坐标系相对于车辆坐标系的旋转矩阵和平移矩阵，根据坐标系平移旋转公式计算出该二维码地标的中心点在车辆坐标系中的坐标VP。进一步地，所述由当前二维码地标的中心点对应的坐标VP、坐标GP以及车辆坐标系与大地坐标系的偏差，根据坐标旋转与平移变换方法，求得车辆坐标系与大地坐标系的位置偏差,即车辆实时位置与目标位置的偏差，具体为：将当前二维码地标的偏角信息作为大地坐标系相对于车辆坐标系的旋转角θ，根据所述旋转角θ求得所述大地坐标系相对于所述车辆坐标系的旋转矩阵；根据大地坐标系相对于车辆坐标系的旋转矩阵、当前二维码地标的中心点在车辆坐标系中的坐标、当前二维码地标的中心点在大地坐标系中的坐标，求得大地坐标与车辆坐标系的平移矩阵，即车辆实时位置与目标位置的偏差。相应地，针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术还提供一种采用上述重型导引车定位方法的重型导引车，该重型导引车包括重型车本体和自动导引系统；其中，所述重型车本体包括多个轮组，每一所述轮组上分别安装有液压悬挂、角度传感器、升降电磁阀以及转向电磁阀；且位于所述重型车本体的四个角上的液压悬挂分别安装有高度传感器；此外，所述重型车本体还包括安装于该重型车本体的动力单元上的电池包和电池管理系统；其中，所述电池管理系统与所述电池包电连接，且所述电池包设置有自动充电装置；所述多个轮组中的其中一部分轮组为电驱动轮组；且每一所述电驱动轮组分别与驱动电机控制器电连接，所述驱动电机控制器与所述电池包电连接；所述自动导引系统包括通信转换模块、车载控制器以及用于扫描并解析二维码地标的位置信息和预设信息的两套视觉传感器；所述两套视觉传感器分别通过安装支架安装于所述重型车本体的中心线头尾，其检测面与地面平行；且所述视觉传感器带有自动变焦镜头，其检测距离能够根据车辆升降情况自动对焦，自适应检测算法满足车辆自动升降作业需求；同时所述视觉传感器还带有微控制器并集成算法，能够实时扫描并解析二维码地标的位置信息和预设信息；而所述通信转换模块和车载控制器则均安装于所述重型车本体的控制箱中；所述视觉传感器的电源线与所述电池包电连接，所述视觉传感器的通信线通过所述通信转换模块与所述车载控制器电连接；所述车载控制器的输入端口与各角度传感器、各高度传感器分别电连接，所述车载控制器的输出端口与各转向电磁阀、各升降电磁阀分别电连接；同时所述车载控制器与所述驱动电机控制器和所述电池管理系统分别电连接。进一步地，所述电驱动轮组包括两个通过插装桥连接的橡胶轮，所述插装桥上安装有驱动电机，所述驱动电机与所述驱动电机控制器电连接；且所述插装桥内置有与两个所述橡胶轮相连的减速机和差速器。进一步地，所述重型车本体设置有十二个轮组，其中四个为电驱动轮组。进一步地，所述通信转换模块为RS232串口转CAN通信模块，用于将两个视觉传感器输出的RS232串口信号转换为一路CAN总本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于视觉传感器的重型导引车定位方法，其特征在于，所述重型导引车定位方法包括以下步骤：通过分别安装于重型导引车中心线头尾的两个视觉传感器，实时扫描并解析重型导引车前后视野范围内的二维码地标的位置信息和预设信息；所述二维码地标的预设信息包括该二维码地标的编号，所述位置信息包括该二维码地标的像素位置信息、偏角信息以及最小单位像素信息；其中，所述二维码地标的像素位置信息为该二维码地标的中心点位于正在扫描该二维码地标的当前视觉传感器所对应的视野坐标系中的X坐标和Y坐标，用像素表示；所述偏角信息为该二维码地标相对于所述视野坐标系的偏角；所述最小单位像素信息为该二维码地标的最小单位在所述当前视觉传感器的视野范围内的像素值；由视觉传感器所采集到的当前二维码地标的最小单位像素a、所述当前二维码的最小单位边长信息b以及该视觉传感器的像素分辨率c，根据该视觉传感器成像的线性关系，计算出该视觉传感器的视野大小d＝c*b/a；然后根据所述当前二维码地标的像素位置信息，由该视觉传感器的像素分辨率及视野大小成像比例关系，计算出所述当前二维码地标的中心点在该视觉传感器所对应的视野坐标系中的坐标P；由该视觉传感器的安装位置和所述当前二维码地标的中心点在该视觉传感器所对应的视野坐标系中的坐标P，根据坐标系平移旋转公式计算出所述当前二维码地标的中心点在车辆坐标系中的坐标VP；并根据所述当前二维码地标的预设信息计算出所述当前二维码地标的中心点在大地坐标系中的坐标GP；由所述当前二维码地标的中心点对应的坐标VP、坐标GP以及所述车辆坐标系与所述大地坐标系的偏差，根据坐标旋转与平移变换方法，求得所述车辆坐标系与所述大地坐标系的位置偏差,即车辆实时位置与目标位置的偏差；由前后视觉传感器各自所解析到的前后二维码地标的位置信息和预设信息分别计算出前后二维码地标的中心点在相应视野坐标系中的坐标和前后二维码地标的中心点在大地坐标系中的坐标，然后根据坐标变换方法得到前后视觉传感器各自对应的视野坐标系的原点在所述大地坐标系中的坐标；继而求得所述车辆坐标系与所述大地坐标系的姿态偏差，即车辆实时姿态与目标姿态的偏差；车载控制器根据计算出的车辆实时位置与目标位置的偏差以及车辆实时姿态与目标姿态的偏差，调用闭环控制算法控制重型导引车自动作业。...

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉传感器的重型导引车定位方法，其特征在于，所述重型导引车定位方法包括以下步骤：通过分别安装于重型导引车中心线头尾的两个视觉传感器，实时扫描并解析重型导引车前后视野范围内的二维码地标的位置信息和预设信息；所述二维码地标的预设信息包括该二维码地标的编号，所述位置信息包括该二维码地标的像素位置信息、偏角信息以及最小单位像素信息；其中，所述二维码地标的像素位置信息为该二维码地标的中心点位于正在扫描该二维码地标的当前视觉传感器所对应的视野坐标系中的X坐标和Y坐标，用像素表示；所述偏角信息为该二维码地标相对于所述视野坐标系的偏角；所述最小单位像素信息为该二维码地标的最小单位在所述当前视觉传感器的视野范围内的像素值；由视觉传感器所采集到的当前二维码地标的最小单位像素a、所述当前二维码的最小单位边长信息b以及该视觉传感器的像素分辨率c，根据该视觉传感器成像的线性关系，计算出该视觉传感器的视野大小d＝c*b/a；然后根据所述当前二维码地标的像素位置信息，由该视觉传感器的像素分辨率及视野大小成像比例关系，计算出所述当前二维码地标的中心点在该视觉传感器所对应的视野坐标系中的坐标P；由该视觉传感器的安装位置和所述当前二维码地标的中心点在该视觉传感器所对应的视野坐标系中的坐标P，根据坐标系平移旋转公式计算出所述当前二维码地标的中心点在车辆坐标系中的坐标VP；并根据所述当前二维码地标的预设信息计算出所述当前二维码地标的中心点在大地坐标系中的坐标GP；由所述当前二维码地标的中心点对应的坐标VP、坐标GP以及所述车辆坐标系与所述大地坐标系的偏差，根据坐标旋转与平移变换方法，求得所述车辆坐标系与所述大地坐标系的位置偏差,即车辆实时位置与目标位置的偏差；由前后视觉传感器各自所解析到的前后二维码地标的位置信息和预设信息分别计算出前后二维码地标的中心点在相应视野坐标系中的坐标和前后二维码地标的中心点在大地坐标系中的坐标，然后根据坐标变换方法得到前后视觉传感器各自对应的视野坐标系的原点在所述大地坐标系中的坐标；继而求得所述车辆坐标系与所述大地坐标系的姿态偏差，即车辆实时姿态与目标姿态的偏差；车载控制器根据计算出的车辆实时位置与目标位置的偏差以及车辆实时姿态与目标姿态的偏差，调用闭环控制算法控制重型导引车自动作业。2.如权利要求1所述的基于视觉传感器的重型导引车定位方法，其特征在于，多个所述二维码地标以预设的固定间距呈网格状铺设于重型导引车所在工作区域的地面上，且多个二维码地标同向分布。3.如权利要求2所述的基于视觉传感器的重型导引车定位方法，其特征在于，所述视野坐标系以其所对应的视觉传感器的视野范围的左前点为坐标原点，以其所对应的视觉传感器的视野范围的顶边为X轴，左侧边为Y轴；所述车辆坐标系以车辆的几何中心为坐标原点，以车辆纵向中线为Y轴，以车辆前进方向为Y轴正向；所述大地坐标以位于二维码地标矩阵左下角的二维码地标的几何中心为坐标原点，以二维码地标矩阵的正向为Y轴正向。4.如权利要求1所述的基于视觉传感器的重型导引车定位方法，其特征在于，所述由该视觉传感器的安装位置和所述当前二维码地标的中心点在该视觉传感器所对应的视野坐标系中的坐标P，根据坐标系平移旋转公式计算出所述当前二维码地标的中心点在车辆坐标系中的坐标VP，具体为：由该视觉传感器的安装位置得到该视觉传感器所对应的视野坐标系相对于所述车辆坐标系的旋转角度为0；由该视觉传感器的视野大小、该视觉传感器的安装支架尺寸、重型导引车尺...

【专利技术属性】
技术研发人员：余佳，严东，涂志杰，王力波，丁飞，
申请(专利权)人：湖北三江航天万山特种车辆有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42