AGV視覺導(dǎo)航設(shè)計方案經(jīng)典

1、 2020年4月19日 2020年4月19日AGV視覺導(dǎo)航設(shè)計方案經(jīng)典AGV搬運機器人視覺導(dǎo)航方案AGV(AutomatedGuidedVehicle,AGV)作為現(xiàn)代制造系統(tǒng)中的物料傳送設(shè)備已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。從理論上看，視覺導(dǎo)引AGV具有較好的技術(shù)應(yīng)用前景，然而其卻沒能像電磁導(dǎo)引和激光導(dǎo)引AGV那樣廣泛使用，主要問題在于視覺導(dǎo)引技術(shù)在實時性、魯棒性和測量精度方面還有待進一步突破。由多個AGV單元組成的AGV系統(tǒng)(AutomatedGuidedVehicleSystem，AGVS)配有系統(tǒng)集成控制平臺，對AGV的作業(yè)過程進行監(jiān)管和優(yōu)化，例如，創(chuàng)立任務(wù)、地圖生成、發(fā)出搬運指令、控制AGV的運行

2、路線、跟蹤傳送中的零件以及多AGV的任務(wù)規(guī)劃和調(diào)度。將AGV與外部自動化物流系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)有機結(jié)合，對系統(tǒng)內(nèi)每臺AGV合理地分配當(dāng)前任務(wù)、選擇最佳路徑、實時圖形監(jiān)控、管理運行安全，實現(xiàn)信息化的管理和生產(chǎn)，方便地構(gòu)成由調(diào)配中心計算機控制的自動化生產(chǎn)線、自動倉庫和全自動物流系統(tǒng)。當(dāng)前視覺導(dǎo)引方式主要方法有基于局部視覺和全局視覺兩種方法?；谝曈X導(dǎo)引的AGV還沒有大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，但其潛在的市場前景使其成為近幾年來國內(nèi)外AGV研究的熱點。全局視覺導(dǎo)引方法是將攝像機安裝在天花板或者墻上，以整個工作環(huán)境為目標，對包括AGV、導(dǎo)引路徑、障礙物等進行對象識別，對各個攝像機獲取的圖像進行基于特征的圖像融合，得

3、到全局地圖。在生成的全局地圖中，每個AGV單元，導(dǎo)引線，障礙物的絕對坐標都能夠?qū)崟r獲取。全局視覺方法相對于將攝像機安裝在車體上的局部視覺方法，在多AGV調(diào)度、障礙物檢測（固定和移動）、避障、全局監(jiān)測方面更具優(yōu)勢。特別是能夠?qū)GV和障礙物的特征進行分類，經(jīng)過增強型的卡爾曼濾波方法進行運動估計，動態(tài)跟蹤每一個目標的位置、速度。可是這種方法要根據(jù)不同的現(xiàn)場環(huán)境，按照視野不被遮擋并覆蓋整個工作空間的原則，根據(jù)攝像機放置算法決定攝像機的數(shù)目、安裝位姿。因此這張全局視覺方法僅僅適用于室內(nèi)且空間較大的場合，而且導(dǎo)引精度較低。相對而言，當(dāng)前國內(nèi)外研究較多的是局部視覺導(dǎo)引方式。局部視覺導(dǎo)引方式是將單車看作一個

4、智能體，在車上安裝攝像機和圖像采集系統(tǒng)實時地處理環(huán)境信息，其主要有基于自然場景和結(jié)構(gòu)化場景兩種導(dǎo)航方式?；谧匀粓鼍暗膶?dǎo)航方式經(jīng)過運行路徑周圍環(huán)境的圖像信息與環(huán)境圖像數(shù)據(jù)庫中的信息進行比較，從而確定當(dāng)前位置并對運行路線做出決策。這種方法不要求設(shè)置任何物理路徑，在理論上具有最佳的柔性；但三維圖像處理的實時性差和環(huán)境圖像數(shù)據(jù)庫的難以建立，限制了它的實際應(yīng)用?；诮Y(jié)構(gòu)化場景的導(dǎo)引方式一般是在地面粘貼或鋪設(shè)一些特殊形狀或顏色的線路和符號，由視覺系統(tǒng)識別預(yù)定義的路經(jīng)，包括導(dǎo)引路徑相對AGV的位置偏差和角度偏差、路徑節(jié)點、工位、轉(zhuǎn)彎、停車、加減速等標識。這種視覺導(dǎo)航方式的優(yōu)點是視覺系統(tǒng)只需提取預(yù)設(shè)的特定目

5、標，并根據(jù)目標特征的先驗知識做進一步的計算，提高了圖像處理的速度和系統(tǒng)的魯棒性?；诮Y(jié)構(gòu)化場景的視覺導(dǎo)航技術(shù)能較好滿足柔性制造系統(tǒng)對物流設(shè)備在導(dǎo)向柔性、空間利用、運行安全性以及成本等方面的要求，具有路徑設(shè)置柔性高、信息識別速度快、導(dǎo)航穩(wěn)定程度好、導(dǎo)航行走精度高和導(dǎo)向信息容量大等突出優(yōu)點，因此有著更廣闊的應(yīng)用前景，也是國內(nèi)外研究機構(gòu)和學(xué)者近年來研究較多的視覺導(dǎo)引方式。1、視覺導(dǎo)引AGV系統(tǒng)運動型視覺導(dǎo)引AGV系統(tǒng)模型圖如圖1所示。百流伺服屯機CCD1聶像機-壞形光源駆動輪-DSP/ARMh入或平臺r捺像機視野RFJDj卡器萬向輪圖1視覺導(dǎo)引AGV系統(tǒng)模型圖AGV的差速驅(qū)動系統(tǒng)由左右兩個直流伺服電

6、機驅(qū)動的驅(qū)動輪組成，其前后兩個萬向輪起支撐作用，這種驅(qū)動結(jié)構(gòu)能夠經(jīng)過調(diào)節(jié)兩個驅(qū)動輪的速度和轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)前進、后退雙向運動。當(dāng)兩驅(qū)動輪的速度相同且方向一致時，AGV做直線運動；當(dāng)兩驅(qū)動輪的速度相同且方向相反時，AGV繞驅(qū)動輪軸線的中心點做原地自轉(zhuǎn)運動；當(dāng)兩驅(qū)動輪的速度不同時，AGV能做任意轉(zhuǎn)彎半徑的圓弧運動。差速轉(zhuǎn)向驅(qū)動方式具有無最小轉(zhuǎn)彎半徑限制且能夠雙向運動的優(yōu)點?？刂葡到y(tǒng)經(jīng)過安裝在驅(qū)動軸上的編碼器反饋，組成一個閉環(huán)系統(tǒng)。基于兩輪差速驅(qū)動的AGV路徑跟蹤法采用PID控制法。導(dǎo)引用攝像機位于運動控制中心點上方，垂直于地面安裝。這種設(shè)計方式使得運動控制中心點在攝像機視野內(nèi)，能夠獲得即時和未來小范圍內(nèi)

7、前進、后退兩個方向的路徑信息。這種安裝方式因視野小，模型估計的精度相對較高，同時也不易受到外界環(huán)境的干擾；但其也弱化了對路徑的預(yù)測功能，因此對視覺測量和運動控制的實時性要求更高。封閉的AGV車體內(nèi)成像較暗，有必要放置輔助照明光源，同時也能夠提高對環(huán)境光的抗干擾性，將用于照明的環(huán)形LED光源與攝像機同軸放置有利于系統(tǒng)的模塊化設(shè)計，便于安裝和維護。1）視覺定位利用AGV上車載傳感器的感知信息估計其在給定環(huán)境中的位姿。AGV作為物料傳輸工具，在運動途中，對其行走精度要求不高，在工作點要求其有較高的定位精度。在大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用中，位置精度一般要求在10mm內(nèi)，姿態(tài)精度一般要求在1內(nèi)。在常見的AGV導(dǎo)航方

8、式中，激光導(dǎo)引的定位精度能達到土3mm，電磁導(dǎo)引的定位精度能達到土5mm。經(jīng)過識別預(yù)先設(shè)置的參照路標，求出AGV相對于路標在局部坐標系下的方位，根據(jù)已知的這些路標在全局坐標系下的坐標，經(jīng)過坐標變換能夠求出AGV在全局坐標系中的坐標。這種方法的測量精度依賴于攝像機的分辨率和攝像機視野范圍的大小，這兩者決定了圖像單位像素相對真實場景的放大倍數(shù)。2）路徑規(guī)劃和調(diào)度制造單元或工作站之間的物料傳送靠AGV來實現(xiàn)，因而，在創(chuàng)立AGVS導(dǎo)引地圖中，十字路口、丁字路口、直角轉(zhuǎn)彎、路徑編號、停車工位、倉庫編號等規(guī)劃系統(tǒng)運行的拓撲地圖。在視覺導(dǎo)引AGVS中，采用在地面貼數(shù)字09或者阿拉伯字母az來描述這些信息，由車載視覺系統(tǒng)對采集的實時圖像進行分析和識別。AGV識別的信息特征經(jīng)過無線通訊報告給地面控制站，地面控制站查找數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中相對應(yīng)的AGV編號和標記特征，判斷此AGV在柔性生產(chǎn)線中的位置，再綜合路徑編號、目的地、加工工藝和其它AGV的信息，根據(jù)中心控制計算機的任務(wù)調(diào)度確定最佳路線、運行速度、等待時間等，經(jīng)過無線通訊返回控制命令給每臺AGV。3）射頻識別