一种基于视觉的AGV巡线导航和定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于视觉的AGV巡线导航和定位方法，该方法包括：获得当前航向前方的图像；根据导航标线的第一预设特征，从图像中识别出符合第一预设特征的导航标线对象；获取AGV与导航标线的相对位置关系，并利用相对位置关系修正AGV的位置与航向。本发明专利技术采用图像采集设备替代磁导引传感器，采用彩色胶带铺设辅助路径，极大低降低了导航路径改造和维护成本。针对图像采集设备感知视野小的缺点，通过融合视觉特征和里程计信息，准确的跟踪AGV的实时位姿。同时，针对可移动设备侧滑、脚轮打滑等原因导致的里程计累计误差，通过设置全局坐标已知的位置修正标记修正AGV的里程计信息，从而实现AGV高精度、稳定的定位和导航。

A vision based method for AGV patrolling, navigation and positioning

The invention discloses a transmission line navigation and positioning method based on visual AGV, the method comprises the following steps: image to obtain the current heading ahead; according to the characteristics of the first preset navigation marking, identified from the image with a first preset feature navigation marking object; relative position to obtain AGV and navigation marking, and the location and heading relative position between the modified AGV. The invention adopts an image acquisition device instead of a magnetic guidance sensor, and adopts an auxiliary path of color adhesive tape laying, which greatly reduces the cost of the renovation and maintenance of the navigation path. In view of the shortcoming of small viewing field of image acquisition equipment, the real-time pose of AGV is accurately tracked by fusing visual features and odometer information. At the same time, the cumulative error caused for mobile devices, and other reasons the skid casters sideslip odometer, by setting the global coordinates of known position correction mark modified AGV odometric information, so as to realize the high precision and stability of the AGV positioning and navigation.

【技术实现步骤摘要】
一种基于视觉的AGV巡线导航和定位方法
本专利技术涉及一种AGV导航和定位方法，尤其是涉及一种基于视觉的AGV巡线导航和定位方法。
技术介绍
传统的巡线导航方法中，基于磁导引、电磁感应等的导引方式，这些方法涉及到磁条或导引线的铺设，需要对现有环境进行改造，且维护成本大。另外，基于激光的无轨导航方法中，激光传感器通常十分昂贵，无法实现普遍应用推广，并且在周围环境发生大范围变化时易引起定位丢失进而使导航失败。传统的定位方法采用里程计定位，随着可移动设备行程的增加，可移动设备侧滑、脚轮打滑等原因都会导致里程计偏差逐渐累积，造成可移动设备位姿反馈不准确。由于技术和成本限制，对机器人轨迹巡线导航和定位，目前还没有低成本的、稳定的解决方案。随着视觉识别技术在移动机器人领域得到了快速发展和广泛应用，低成本的USB相机更能满足可移动设备导航的实时性和经济性等要求，已经越来越多的用于可移动设备的自主导航和定位。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于视觉的AGV巡线导航和定位方法。本专利技术的目的是通过已经技术方案来实现的：一种基于视觉的AGV巡线导航和定位方法，该方法包括：获得当前航向前方的图像；根据导航标线的第一预设特征，从所述图像中识别出符合所述第一预设特征的导航标线对象；获取AGV与导航标线的相对位置关系，并利用所述相对位置关系修正AGV的位置与航向，所述相对位置关系包括AGV与导航标线的距离、AGV当前航向与导航标线的夹角。进一步地，所述第一预设特征为导航标线的颜色属性。进一步地，所述导航标线设置于AGV行走路径的一侧或两侧。进一步地，若识别到位于AGV两侧的导航标线，则确定跟踪路径为两侧的导航标线的中线；若识别到位于AGV一侧的导航标线，则确定跟踪路径为一与导航标线平行且相距设定距离的直线；若未识别到导航标线，AGV根据里程计信息移动一段距离，若仍未检测到导航标线则停止移动；其中，所述跟踪路径为预设的AGV的行走路径。进一步地，还包括利用导航标线与位置修正标记对AGV里程计信息进行修正，所述里程计信息包括里程计航向角信息和里程计位置信息。进一步地，在对里程计信息进行修正前，从图像中识别出符合第二预设特征的位置修正标记对象，根据位置修正标记提供的位置信息修正里程计位置信息，所述第二预设特征区别于所述第一预设特征。进一步地，所述第二预设特征为区别于导航标线颜色的颜色属性。进一步地，计算AGV航向与导航标线之间的角度获得当前航向角信息，将里程计航向角信息修正为当前航向角信息。进一步地，从所述图像中识别出符合所述第一预设特征的导航标线对象的步骤包括：对图像进行预处理，包括图像去畸变和滤波处理；利用直线提取算法提取预处理后的图像中的线段，融合线段，得到若干待筛选直线段；采用基于高斯模型的直线筛选算法，从待筛选直线中筛选出目标直线，所述目标直线即为识别出的导航标线。一种移动机器人，包括驱动装置、处理器、以及用于存储处理器可执行的指令的存储器；所述处理器被配置为：获得当前航向前方的图像；根据导航标线的第一预设特征，从所述图像中识别出符合所述第一预设特征的导航标线对象；获取AGV与导航标线的相对位置关系，控制驱动装置根据所述相对位置关系修正AGV的位置与航向，所述相对位置关系包括AGV与导航标线的距离、AGV当前航向与导航标线的夹角。本专利技术的有益效果是：1.本专利技术采用图像采集设备替代磁导引传感器，采用彩色胶带铺设辅助路径，极大的降低了导航路径改造和维护成本。针对图像采集设备感知视野小的缺点，通过融合视觉特征和里程计信息，准确的跟踪AGV的实时位姿。同时，针对可移动设备侧滑、脚轮打滑等原因导致的里程计累计误差，通过设置全局坐标已知的位置修正标记修正AGV的里程计信息，从而实现AGV高精度、稳定的定位和导航。2.本专利技术通过观测到的地面路径信息，自动控制AGV与路径的距离和偏差角，实时路径跟踪。针对AGV工作环境对路径铺设的柔性具有较高要求，AGV的定位导航能力可应付不同路况，包括实现对双侧路径、单侧路径的定位和导航、对无路径状态下突发情况具有自主判断能力。附图说明图1是全局坐标系下AGV的位置坐标和图像坐标系下AGV的位置坐标转换关系；图2是紫色标记点的全局坐标与AGV车体坐标的转换关系。具体实施方式实施例1一种基于视觉的AGV巡线导航和定位方法，包括步骤：步骤101：获得当前航向前方的图像；在本实施例中，通过固定在AGV上的相机获取图像，相机光轴平行AGV的纵轴线，AGV的纵轴线方向与AGV航向的方向一致，相机经过内外部参数标定，所述内外参数包括相机焦距、畸变系数、相机高度、俯仰角、相机与AGV车体中心的相对位置关系等，以获得图像与全局坐标系的转换关系，相机坐标与AGV车体坐标的转换关系等。其中，所述AGV车体中心作为用于描述AGV轨迹运动的特征点。其中，在获得当前航向前方的图像前构建工作环境的拓扑地图，设置拓扑节点，AGV在工作环境中可基于A*算法规划行走路径，行走路径由两个或若干个节点组成，相邻节点间可直线到达。需要说明的是，本专利技术的方法根据拓扑地图建立全局坐标系，设置拓扑节点，从而可获得节点的全局坐标。在本实施例中，所述导航标线设置于行走路径的一侧或两侧。所述导航标线具有颜色属性，例如采用黄色胶带铺设在工作环境中，导航标线设置方式具有极大柔性，所述导航标线设置于行走路径的一侧或两侧，并且可采用局部无路径方式即间隔一定距离设置。导航标线上设置有若干紫色的修正标记。步骤102：根据导航标线的第一预设特征，从所述图像中识别出符合所述第一预设特征的导航标线对象；所述第一预设特征根据现有的识别图像中的直线的技术而定，例如根据直线的颜色属性识别直线，根据图像中直线的梯度直方图特征识别直线等；本实施例中，所述第一预设特征为导航标线的颜色属性，即导航标线具有特定的颜色，例如黄色，用于区别图像背景的颜色。具体过程为：(1)对图像进行预处理，包括图像去畸变和滤波处理；其中，图像中的导航标线具有特定颜色属性，对图像进行预处理，包括图像去畸变和滤波处理；并定义图像坐标系，以图像左上角的点为坐标原点，以像素为坐标单位：(2)利用直线提取算法提取预处理后的图像中的线段，融合线段，得到若干待筛选直线段；所述融合是将处于同一条直线上或者近似同一条直线上的线段合并成一条直线段。(3)采用基于高斯模型的直线筛选算法，从待筛选直线中筛选出目标直线，所述目标直线即为识别出的导航标线；步骤103：获取AGV与导航标线的相对位置关系，并利用所述相对位置关系修正AGV的位置与航向。其中，相对位置关系包括AGV与导航标线的距离、AGV当前航向与导航标线的夹角。在本实施例中，具体地，计算获得AGV与导航标线的距离，判断距离与跟踪路径的偏差，将AGV调整至跟踪路径上，所述跟踪路径为预设的AGV的行走路径；同时计算AGV航向与预设航向的偏差，将AGV航向调整至预设航向上。在本实施例中，采用凑试法确定PID控制器参数调整AGV航向角，并控制AGV与左右导航标线的距离，实现路径跟踪；所述跟踪路径包括如下三种：1、若识别到位于AGV两侧的导航标线，则确定跟踪路径为两侧的导航标线的中线；2、若识别到位于AGV一侧的导航标线，则确定跟踪路径为一与导航标线平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于视觉的AGV巡线导航和定位方法，其特征在于：获得当前航向前方的图像；根据导航标线的第一预设特征，从所述图像中识别出符合所述第一预设特征的导航标线对象；获取AGV与导航标线的相对位置关系，并利用所述相对位置关系修正AGV的位置与航向，所述相对位置关系包括AGV与导航标线的距离、AGV当前航向与导航标线的夹角。

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉的AGV巡线导航和定位方法，其特征在于：获得当前航向前方的图像；根据导航标线的第一预设特征，从所述图像中识别出符合所述第一预设特征的导航标线对象；获取AGV与导航标线的相对位置关系，并利用所述相对位置关系修正AGV的位置与航向，所述相对位置关系包括AGV与导航标线的距离、AGV当前航向与导航标线的夹角。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一预设特征为导航标线的颜色属性。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导航标线设置于AGV行走路径的一侧或两侧。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，若识别到位于AGV两侧的导航标线，则确定跟踪路径为两侧的导航标线的中线；若识别到位于AGV一侧的导航标线，则确定跟踪路径为一与导航标线平行且相距设定距离的直线；若未识别到导航标线，AGV根据里程计信息移动一段距离，若仍未检测到导航标线则停止移动；其中，所述跟踪路径为预设的AGV的行走路径。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括利用导航标线与位置修正标记对AGV里程计信息进行修正，所述里程计信息包括里程计航向角信息和里程计位置信息。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在对里程计信息进行修正前，从图像中识别出符合...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金勇，戴舒炜，
申请(专利权)人：杭州南江机器人股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33