一種基于二維碼圖像標(biāo)簽的agv導(dǎo)航控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)導(dǎo)航控制領(lǐng)域，涉及一種能沿給定路徑行駛、實(shí)現(xiàn)自主定 位的基于二維碼圖像標(biāo)簽的AGV導(dǎo)航控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)（AGV)是一種以充電電池為動(dòng)力，自動(dòng)導(dǎo)引的無(wú)人駕駛自動(dòng)化車(chē)輛， 它能在計(jì)算機(jī)的監(jiān)控下，按路徑規(guī)劃和作業(yè)要求，精確行走并?？康街付ǖ牡攸c(diǎn)，完成一系 列的作業(yè)任務(wù)如取貨、送貨、充電等。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的提高和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā) 展，AGV作為裝配生產(chǎn)線或作業(yè)設(shè)備之間的搬運(yùn)工具使用得越來(lái)越多。
[0003] 中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)CN201410767757提出了一種AGV視覺(jué)導(dǎo)航控制方法。該視 覺(jué)導(dǎo)航方法包括:AGV的道路識(shí)別模塊、定位模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊以及路徑規(guī)劃模塊。AGV道 路識(shí)別模塊通過(guò)圖像獲取、圖像預(yù)處理以及信息提取得到AGV與道路標(biāo)志線的位置偏差和 方向偏差；定位模塊主要是通過(guò)在路徑周邊安裝的RFID電子標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)AGV在工作環(huán)境中 的定位；運(yùn)動(dòng)控制模塊是將道路識(shí)別模塊所得到的位置信息及方向偏差進(jìn)行模糊控制，從 而控制小車(chē)的行走；路徑規(guī)劃模塊是規(guī)劃AGV與目標(biāo)之間的路徑。
[0004] 該方案在室內(nèi)鋪設(shè)色帶作為道路標(biāo)志線，并將其偏差、方向信息作為控制模塊的 輸入進(jìn)而控制AGV小車(chē)的行進(jìn)；使用RFID標(biāo)簽以檢測(cè)AGV所處的位置。這種方法可以使 AGV沿著道路標(biāo)志線行駛并可以實(shí)時(shí)監(jiān)控AGV狀態(tài)，但是，這種方法先需要鋪設(shè)色帶以及安 裝RFID，現(xiàn)場(chǎng)施工復(fù)雜；其次色帶易受污染，影響識(shí)別精度；而且AGV小車(chē)只能沿著固定的 色帶行駛，不便在貨架密布的倉(cāng)庫(kù)中變更路徑，柔性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提出一種基于二維碼圖像標(biāo)簽的AGV導(dǎo) 航控制方法，以期能實(shí)現(xiàn)通過(guò)AGV小車(chē)在倉(cāng)庫(kù)中識(shí)別二維碼圖像標(biāo)簽的信息來(lái)實(shí)現(xiàn)AGV小 車(chē)的導(dǎo)航控制，從而完成調(diào)度中心下發(fā)的任務(wù)指令，達(dá)到降低生產(chǎn)成本、降低現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施難度 以及提高導(dǎo)引柔性的目的。
[0006] 本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案：
[0007] 本發(fā)明一種基于二維碼圖像標(biāo)簽的AGV導(dǎo)航控制方法，是應(yīng)用于由調(diào)度中心、若 干個(gè)可移動(dòng)貨架和AGV小車(chē)組成的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)中，其特點(diǎn)是，在所述自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的通行區(qū) 域內(nèi)，以矩陣形式等距離粘貼若干個(gè)按同一方向排列的二維碼圖像標(biāo)簽；每個(gè)二維碼圖像 標(biāo)簽包含自身ID號(hào)及其相鄰ID號(hào)；所述相鄰ID號(hào)是由以粘貼方向?yàn)槠鹗键c(diǎn)并按逆時(shí)針順 序排列的8個(gè)相鄰二維碼圖像標(biāo)簽的ID號(hào)構(gòu)成；在所述AGV小車(chē)上安裝分辨率為MXN的 二維碼標(biāo)簽掃描儀；所述AGV導(dǎo)航控制方法是按如下步驟進(jìn)行：
[0008] 步驟1、根據(jù)所述二維碼標(biāo)簽掃描儀與地面之間的垂直距離d，確定所述二維碼標(biāo) 簽掃描儀的掃描范圍為L(zhǎng)enXWid;利用式（1)獲得所述二維碼標(biāo)簽掃描儀的掃描圖像中每 個(gè)像素點(diǎn)的范圍大小Ad:
[0009]
[0010] 步驟2、利用所述二維碼標(biāo)簽掃描儀對(duì)二維碼圖像標(biāo)簽進(jìn)行掃描，形成掃描圖像， 根據(jù)所述掃描圖像能獲得相應(yīng)的自身ID號(hào)及其相鄰ID號(hào)、以及所述二維碼圖像標(biāo)簽的中 心點(diǎn)在所述掃描圖像的自身坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)、所述二維碼圖像的標(biāo)簽粘貼方向與掃描 圖像自身坐標(biāo)系中任一坐標(biāo)軸的夾角Aα;所述AGV小車(chē)將掃描獲得的自身ID號(hào)發(fā)送給 所述調(diào)度中心，使得所述調(diào)度中心獲知所述AGV小車(chē)所處的位置；
[0011] 步驟3、所述AGV小車(chē)接收所述調(diào)度中心發(fā)送的導(dǎo)航路徑指令；所述導(dǎo)航路徑 指令包括二維碼圖像標(biāo)簽的ID號(hào)序列及其相應(yīng)的路點(diǎn)屬性序列；所述ID號(hào)序列記為 {ID"ID2,…，取，…，IDJ;取表示所述ID號(hào)序列中第i個(gè)ID號(hào)；所述路點(diǎn)屬性序列記為 {IA，LD2,…，IA，…，LDJ;ΙΑ表示所述路點(diǎn)屬性序列中第i個(gè)路點(diǎn)屬性；所述ID號(hào)序列的 起始ID號(hào)為所述AGV小車(chē)初始位置所在的二維碼圖像標(biāo)簽的ID號(hào)；1 <i<m;
[0012] 步驟4、初始化i=l;
[0013] 步驟5、根據(jù)所述AGV小車(chē)所在的第i個(gè)二維碼圖像標(biāo)簽的ID號(hào)其相鄰ID 號(hào)，獲得所述ID號(hào)序列中第i+1個(gè)ID號(hào)ID1+1在第i個(gè)二維碼圖像標(biāo)簽的相鄰ID號(hào)中的 排位n1; 1彡η# 8;利用式⑵獲得所述第i個(gè)ID號(hào)IDi的二維碼圖像標(biāo)簽與所述第i+1 個(gè)ID號(hào)ID1+1的二維碼圖像標(biāo)簽的連線與粘貼方向的夾角θι+1:
[0014] θι+1=45°X(n「l) (2)
[0015] 步驟6、以所述第i個(gè)二維碼圖像標(biāo)簽的中心點(diǎn)為原點(diǎn)01;以所述第i+1個(gè)ID號(hào) ID1+1的夾角Θ1+1方向?yàn)榉较颍徊⒁訶i軸方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°SYi軸方向，建立第i 個(gè)局部導(dǎo)航坐標(biāo)系ΧΑΑ;
[0016] 步驟7、利用式⑶和式⑷獲得所述AGV小車(chē)在第i個(gè)局部導(dǎo)航坐標(biāo)系XAY# 的初始位置坐標(biāo)（A;, :
[0017] A,= (ffid/2-y,)XAd(3)
[0018] Bi= (Len/2-xJXΔd(4)
[0019] 式（3)和式⑷中，^和yi表示第i個(gè)二維碼圖像標(biāo)簽的中心點(diǎn)在所述掃描圖像 的自身坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)；
[0020] 步驟8、利用式（5)獲得所述AGV小車(chē)在第i個(gè)局部導(dǎo)航坐標(biāo)系XAYi中的初始航 向角ΔΘ1:
[0021] Δ θι=Δ α - Θ 1+1 (5)
[0022] 步驟9、以所述AGV小車(chē)的質(zhì)心為原點(diǎn)0,以車(chē)頭所指方向?yàn)閄軸方向，并以X軸方 向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°為Υ軸方向，建立車(chē)輛坐標(biāo)系Χ0Υ;利用式（6)獲得第i+Ι個(gè)二維碼圖像 標(biāo)簽的中心點(diǎn)在車(chē)輛坐標(biāo)系Χ0Υ中的位置（a^bj:
[0023]
[0024] 式（6)中，PJPQi表示第i+1個(gè)二維碼圖像標(biāo)簽的中心點(diǎn)在第i個(gè)局部導(dǎo)航坐標(biāo) 系ΧΑΥ^的位置坐標(biāo)；
[0025] 步驟10、利用式（7)獲得與所述第i個(gè)航向角ΔΘi相切且過(guò)第i+Ι個(gè)二維碼圖 像標(biāo)簽的中心點(diǎn)的圓弧半徑Ri:
[0026]
[0027] 步驟11、根據(jù)所述AGV小車(chē)的結(jié)構(gòu)和圓弧半徑民確定所述AGV小車(chē)的第i個(gè)控制 量；所述AGV小車(chē)根據(jù)所述第i個(gè)控制量和第i個(gè)路點(diǎn)屬性1^行駛至第i+Ι個(gè)二維碼圖 像標(biāo)簽；
[0028] 步驟12 ;將i+Ι賦值給i，并判斷i>m是否成立，若成立，表示所述AGV小車(chē)完成 導(dǎo)航路徑指令；否則，返回步驟5順序執(zhí)行。
[0029] 與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：
[0030] 1、本發(fā)明通過(guò)采用掃描二維碼圖像標(biāo)簽的信息，依次建立局部導(dǎo)航坐標(biāo)系，并獲 得AGV小車(chē)在局部導(dǎo)航坐標(biāo)系中的位置，完成AGV小車(chē)的定位導(dǎo)航，且進(jìn)行局部路徑規(guī)劃， 從而完成調(diào)度系統(tǒng)下發(fā)的導(dǎo)航路徑指令，提高了導(dǎo)航路徑的柔性，降低了生產(chǎn)成本。
[0031] 2、本發(fā)明通過(guò)變換建立局部導(dǎo)航坐標(biāo)系，將全局導(dǎo)航任務(wù)分解成各個(gè)局部導(dǎo)航任 務(wù)，解決了二維碼圖像標(biāo)簽在全局坐標(biāo)系中定位困難的問(wèn)題，從而降低了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的難度。
[0032] 3、本發(fā)明通過(guò)使用二維碼圖像標(biāo)簽替代RFID標(biāo)簽，不僅為調(diào)度中心提供AGV小車(chē) 的位置，而且為AGV小車(chē)的導(dǎo)航控制提供局部位置信息，解決了AGV小車(chē)的定位問(wèn)題，從而 減少了傳感器的使用數(shù)目，降低了生產(chǎn)成本。
[0033] 4、本發(fā)明通過(guò)矩陣式的粘貼二維碼圖像標(biāo)簽，使得路徑變更容易，解決了貨架密 布區(qū)域路徑規(guī)劃困難的問(wèn)題，提高了導(dǎo)引柔性。
【附圖說(shuō)明】
[0034] 圖1為本發(fā)明在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)按矩陣形式以相同方向粘貼的二維碼圖像標(biāo)簽示意圖；
[0035] 圖2為本發(fā)明中AGV當(dāng)前所在路徑點(diǎn)是第i個(gè)二維碼圖像標(biāo)簽、下一個(gè)路徑點(diǎn)第 i+Ι個(gè)二維碼圖像標(biāo)簽建立的局部導(dǎo)航坐標(biāo)系；
[0036] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中單舵輪AGV的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037] 圖4為本發(fā)明調(diào)度中心下發(fā)的導(dǎo)航路徑序列指令組成的路徑示意圖；
[0038] 圖5為本發(fā)明中AGV小車(chē)行駛過(guò)程中檢測(cè)到每個(gè)二維碼圖像標(biāo)簽的側(cè)向偏差示意 圖；
[0039] 圖6為本發(fā)明中AGV采用本發(fā)明進(jìn)行導(dǎo)航控制沿路徑行駛過(guò)程中檢測(cè)到每個(gè)二維 碼圖像標(biāo)簽的角度偏差示意圖；
[0040] 圖7為本發(fā)明中AGV采用本發(fā)明進(jìn)行導(dǎo)航控制的前輪轉(zhuǎn)角變化曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 本實(shí)施例中，以單舵輪AGV為例，是按如下過(guò)程實(shí)現(xiàn)基于二維碼圖像標(biāo)簽的AGV導(dǎo) 航控制：1、獲得二維碼標(biāo)簽掃描儀的掃描圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的范圍大??；2、根據(jù)二維碼標(biāo) 簽掃描儀的掃描圖像獲得相應(yīng)的ID號(hào)以及二維碼圖像標(biāo)簽在圖像自身坐標(biāo)系中的位姿； 3、AGV小車(chē)接收調(diào)度中心發(fā)送的導(dǎo)航路徑指令；4、AGV小車(chē)根據(jù)導(dǎo)航路徑指令依次建立局 部導(dǎo)航坐標(biāo)系，并計(jì)算AGV小車(chē)在局部導(dǎo)航坐標(biāo)系中的初始位姿；5、依次規(guī)劃AGV小車(chē)在兩 個(gè)二維碼圖像標(biāo)簽間的圓弧軌跡；6、根據(jù)規(guī)劃的圓弧半徑計(jì)算AGV小車(chē)的控制量，使得AGV 小車(chē)依次行駛至導(dǎo)航路徑指令序列中的每個(gè)二維碼圖像標(biāo)簽，以完成導(dǎo)航路徑指令。
[0042] 具體的說(shuō)，一種基于二維碼圖像標(biāo)簽的AGV導(dǎo)航控制方法，是應(yīng)用于由調(diào)度中心、 若干個(gè)可移動(dòng)貨架和AGV小車(chē)組成的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)中；如圖1所示，在自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的通行區(qū) 域內(nèi)，以矩陣形式等距離L=lm粘貼若干個(gè)按同一方向排列的二維碼圖像標(biāo)簽；每個(gè)二維 碼圖像標(biāo)簽包含自身ID號(hào)及其相鄰ID號(hào)；相鄰ID號(hào)是由以粘貼方向?yàn)槠鹗键c(diǎn)并按逆時(shí) 針順序排列的8個(gè)相鄰二維碼圖像標(biāo)簽的ID號(hào)構(gòu)成；在單舵輪AGV小車(chē)上裝有Datalogic 公司的產(chǎn)品名稱(chēng)為Matrix-210-213-100的分辨率為752X480的二維碼標(biāo)簽掃描儀，能夠 獲取二維碼標(biāo)簽本身包含的信息以及二維碼標(biāo)簽中心點(diǎn)在掃描儀圖像中的位置和偏差角 度，位置精度為〇. 2mm，角度精度為Γ;二維碼圖像標(biāo)簽采用DataMatrix碼，標(biāo)簽大小為 4cmX4cm;AGV導(dǎo)航控制方法是