本发明专利技术公布了一种嵌入式系统的视觉导引AGV系统及方法，所述采采用固定在小车上的两个摄像机实时采集导引路径信息，其中将摄像机与地面成一定角度倾斜向前，用于采集远景图像；摄像机设在小车内的中前部，并垂直于地面，用于二次精确定位。所述方法在关键位置的地表面镶嵌抗金属射频标签，小车经过标签上方时，车载射频读卡器获取标签内的信息。采用激光扫描器实时扫描前方的障碍物，实现避障检测和避障。本发明专利技术嵌入式系统控制箱作为图像采集、图像处理、控制策略的内核，采集的图像经高斯高通滤波、边缘检测和两步Hough变换计算小车相对当前路径的位置偏差和角度偏差，在工位点反馈AGV当前相对定位参考点的二维偏差量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是一种采用嵌入式系统设计的自动导引小车(Automated Guided Vehicle,AGV)视觉导航和定位的方法，适用于自动化物流中的自动化物料传送和生产线装配领域。
技术介绍
自动引导车是一种广泛应用于工厂自动化生产线、仓储物流、机场、港口、银行、医院自主移动机器人。它是一种按照既定规划的路线，搬运物料的运输工具。相对于其它种类的机器人而言，最主要的特征是其自主移动性，能够在已知的结构化的环境中自主移动。因此它广泛应用于国防、航天、工业、交通、科研和其他民用领域。自动导引车是当今柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CMS)和自动仓储系统中物流运输的有效手段，其系统的核心是一种无人驾驶的工业搬运车辆。一般的自动导引车是用蓄电池作为动力，载重从几公斤到上百吨，现代的自动导引车都是由车载工控机控制。对于多个自动导引车组成的系统，配有系统集中控制平台，对各个自动导引车单元进行管理，对AGV的作业过程进行监管和优化，例如创建任务、地图生成、发出搬运指令、跟踪传送中的零件、以及控制AGV的路线和路径规划，另外也可与单元运输相结合，方便构成由电脑控制的自动仓库或全自动物流系统。这样的系统具有服务面广、运输路线长、灵活多变、成本低、可靠性强、可预测性强、改善物流管理和无人操作等优点。现阶段世界上已经大规模使用的AGV导航方式主要有两种电磁导引和激光导引。其中电磁导引柔性较差，也是最早使用的AGV导航方式，相关技术已经比较成熟；激光导引定位精度较高，但是成本较高，且只适用于室内。基于电磁感应原理的埋线式导引方法是最早成功应用于无轨AGV的导引方法，方法已经成熟，目前的无轨AGV仍然主要采用这种导引方式。该方法需要在AGV要行走的路线下面埋设专门电缆线，由AGV上的传感器依靠电磁感应跟踪该线，实现导引。该方法可靠性高，经济实用，主要缺点在于AGV路径改变相对困难，成本较高，大大降低了系统的柔性。基于激光、红外测距与测角导引方法的特点是在AGV行走空间的特定位置处，布置一批激光、红外光束的反射镜卖弄，AGV在行走时，不断用光束照射这些镜面，利用入射光束与反射光束提供的夹角信息、时间差信息等，根据数学模型来计算AGV的绝对位置坐标， 实现导引。基于激光导引的AGV在工作的过程中至少要同时能够接收到四个反射镜的反射光束，而且这些反射板的位置坐标以及安装角度需要严格的校正。因此激光导引方式需要提供足够多反射镜面和宽阔的扫描空间，并局限于室内。同时反射板的安装要求高、工作量巨大，成本较高。优点是导引精度和定位精度较高。基于超声波测量的导引方法类似于激光导引，不同之处在于不需要设置专门的发射镜面。二是利用一般的墙面或类似物体就可以进行导引，因而在特定环境下提供了更大的柔性和低成本的处理方案。但由于反射面较大，在制造车间环境下应用常常有困难。基于视觉的导引的自动导引车(V-AGV)是近几年来国内外AGV研究的热点。这种导引方式一般是在环境中粘贴或涂设一些特殊形状或颜色的线路和符号，由视觉系统识别预定义的路经特征，包括导引路径相对AGV的位置偏差和角度偏差、路径节点、工位、转弯、 停车、加减速等标识。视觉导引技术的实现的瓶颈在于图像处理的实时性。随着高速处理器的发展和图像处理算法的方法的成熟，这种技术越来越受到世界研究人员的重视。视觉导引技术具有路径设置简单、灵活、成本低、便于更改路径、对环境适应性强、应用广泛等优点，因此有着更广阔的应用前景。中国专利公开号CN1438138A所述的方法采用一个前倾摄像机拍摄导引路径，由于视野区域较大，摄像机成像的像素间距离对应的实际尺寸较小，导航和定位精度不准。其采用在工业控制计算机内扩展板卡的方式组成的核心系统，成本高，功耗大，体积大，实时性不强。其采用阿拉伯数字组成的工位地址编码标识符和加速、减速、停车标识符从相反的方向产生错误或者相反的表达意义。因此其小车行走路径只能从单方向行驶。中国专利公开号CN101183265A所述的方法同样采用工业控制计算机为系统处理器核心，并采用阿拉伯数字组成的工位地址编码标识符。另外，其将射频技术引入到系统中，事先将空间坐标信息写入到铺设在导引带下的射频识别标签中，小车行驶至该标签区域时，射频读卡器获取标签内信息，通过工控机的无线模块发送给主控计算机。这种方式没有很好利用射频丰富的内存资源功能，且实时性不高。中国专利公开号CN101197000A所述方法的采用射频定位的方法中采用近距离读卡器，其定位精度为1-5厘米，精度不高。中国专利公开号CN1651863A所述的方法采用超声波传感器定位，蓝牙无线通讯距离较短，不能满足远距离通讯的需求。综合可知，现有的方法存在两种明显的缺点1.定位精度不高；2.采用基于板卡的工控机控制成本较高，功耗较大。
技术实现思路
本专利技术采用嵌入式系统设计了自动导引小车的图像采集、处理和控制系统的方法，适用于自动化物流中的自动化物料传送和生产线装配领域。嵌入式系统的视觉导引AGV系统，采用以DSP为图像处理器、ARM为任务管理器和 FPGA为协处理器组成嵌入式硬件系统，将摄像机①与地面成一定角度前向倾斜安装，用于采集将要行走的路径信息，预测即将拐弯、停车、定位前的减速；设在小车中心并垂直于地面的摄像机②，用于采集当前小车正在行走的路径信息，包括正常行驶过程中小车相对导引路径的位置、角度偏差，停车点的精确定位，转弯处精确转弯。所述摄像机①的安装高度和与地面的夹角由小车的最大运行速度有关，视野最远点为最大运行速度的1-1. 2倍。嵌入式系统的视觉导引AGV系统的标定方法，所述方法如下采用固定在小车上的两个摄像机(7)、(12)实时采集导引路径信息，其中将摄像机①(12)与地面成一定角度倾斜向前，用于采集远景图像，预测小车将要行走的路径；摄像机②(7)设在小车内的中前部，并垂直于地面，用于二次精确定位；在特定位置的地表面镶嵌抗金属射频标签，小车经过标签上方时，车载射频读卡器(11)获取标签内的信息；系统采用激光扫描器(14)实时扫描前方180°、3米范围内的障碍物，实现避障检测和避障；嵌入式系统控制箱(25)作为图像采集、图像处理、控制策略的内核；采集的图像经高斯高通滤波、边缘检测和两步Hough变换计算小车相对当前路径的位置偏差和角度偏差，在工位点反馈AGV当前相对定位参考点的二维偏差量。所述嵌入式系统控制箱(25)包括DSP处理器和ARM微控制器，DSP处理器仅采集图像的灰度信息，为每个摄像机采集的图像在外部SDRAM中划分三个缓存区，三个缓存区分别为当前处理帧、上一次有效采集帧和当前采集帧；DSP采用EDMA方式采集图像，数据采集过程中不需要管理，仅在每采集完一帧产生的硬件中断中管理下一次EDMA传输的目标缓冲区为上一次有效采集帧。小车正常行驶过程中，摄像机①采集的图像经高斯高通滤波、基于横向和竖向梯度两个方向的边缘检测，经自适应二值化后，先采用2个像素距离步长、2°角度步长的 Hough变换粗略计算(P，Θ )，在这个结果的基础上以I个像素距离步长、O. 1°角度步长的 Hough变换在(P ±3，Θ ±3)范围内的计算精确解；在工位点附近，镶嵌在地面的射频卡触发车载读卡器获取当前工位信息，DSP以串口接收本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：楼佩煌，王龙军，喻俊，钱晓明，武星，杨旭，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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