专利名称：基于无源rfid和辅助视觉的agv运行控制方法
技术领域：
本发明涉及一种AGV控制技术，尤其是AGV有线控制技术，具体地说是一种基于无源RFID和辅助视觉的AGV运行控制方法，它包括控制中心对AGV所处位置的准实时监测和 AGV对控制中心发出的指令的获取和识别。
背景技术：
AGV (Automatic Guided Vehicle)是指自动引导小车，它是以电池为动力，装有导航系统的无人驾驶自动化搬运车辆。AGV的显著特点是无人驾驶，利用自动导向系统， AGV可以在不需要人工引航的情况下，沿预定的路线自动行驶，自动将货物从起始点运送到目的地，并可以根据仓储货位要求，生产工艺流程等改变而灵活改变，具有柔性好、自动化程度高和智能化水平高等优点，所以AGV在机械加工、物料装配、家电生产、微电子制造、卷烟等多个行业领域内得到了研究和应用。AGV的导航方式有多种，如电磁导引，光学导引，激光导引，图象识别导引等。 基于视觉的自动导引小车(V-AGV)是目前AGV研究的热点。AGV的运行需要与控制中心进行实时通信，包括从控制中心获取目标地址、作业命令等信息，并向控制中心汇报自己的位置等信息。一般通讯方式有无线和有线两种，由于 AGV需要具有较高的机动性，而且作业位置经常变化，显然无线通讯具有更大的优势。但是在某些安全性要求高的特殊场合，为了防止通过电磁泄漏而泄密，这些场合中不允许使用无线通讯设施和有源RFID (Radio Frequency Identification，射频标识)， 因此使得现有的AGV无法通过无线通讯设施获得控制中心发出的控制指令，难以实现有效的调度与管理。由于缺乏对AGV的实时监控，以及对AGV的实时准确定位与跟踪的有效方法，导致物料配送不及时、配送出错，使生产过程出现等待甚至中断，从而影响生产进度，打乱原有作业计划的执行。因此为了实现AGV在安全性要求高的场合中的应用，急需开发一种新的AGV有线调度通信的方法。
发明内容
本发明的目的是针对涉密场所内无法使用无线通讯设施和有源RFID的局限导致 AGV难以按照设定的路线运行的问题，发明一种基于无源RFID和辅助视觉的AGV运行控制方法，以解决AGV的位置监测、控制中心与AGV进行通信的难题。本发明的技术方案是
一种基于无源RFID和辅助视觉的AGV运行控制方法，其特征是它包括以下步骤 首先，在AGV上安装无源RFID电子标签和图形图像获取装置； 其次，在AGV经过的路径上安装RFID阅读器，使RFID阅读器通过有线网络与AGV控制中心相连；
第三，在AGV经过的路径上与RFID阅读器安装位置相匹配处安装图形显示装置，该图形显示装置通过有线网络与AGV控制中心相连；第四，AGV经过RFID阅读器时，RFID阅读器接收到AGV上的无源RFID电子标签的信息送至AGV控制中心，AGV控制中心根据RFID阅读器的编号判定出AGV的位置，AGV控制中心根据设定的程序判断出AGV的运动方向，AGV控制中心根据AGV应该的运动方向立即通过有线网络将相应的运动方向标识符显示在与RFID阅读器相匹配的图形显示装置上，AGV上的图形图像获取装置获取相应的运动方向图形，AGV经过图形识别软件将其转换成运动控制指令；
最终，AGV根据运动控制指令实现相应的运动。所述的RFID阅读器的安装位置和数量应根据AGV运行路况确定，包括各个停车点和转弯点，每个RFID阅读器设置有唯一的编号，AGV经过RFID阅读器时，AGV控制中心根据 RFID阅读器的编号和读取到的无源RFID电子标签的编号获得AGV的位置。所述的RFID阅读器与AGV控制中心的连接方式采用的是包括网线和串口连接方式在内的有线连接方式。所述的图形图像显示装置对称分布于AGV路径两侧；AGV控制中心与图形图像显示装置通过有线方式连接，图形图像显示装置以图形图像的方式显示控制中心发出的指令，AGV上的图形图像获取装置识别图形图像显示装置上的图形化指令，然后经图像识别后获得AGV控制中心发出的调度控制指令。所述的图形图像显示装置为数码管显示屏或LED显示屏。所述的图形图像获取装置包括CXD摄像头。本发明包括控制中心对AGV所处位置的准实时监测和AGV对控制中心发出的指令的获取和识别。它将一个或多个无源RFID的电子标签作为电子标签组安装在AGV上，电子标签内设置有AGV的唯一编号。电子标签的具体的安装位置和分布可根据实际应用确定， 每组RFID电子标签对应唯一的一个AGV ；RFID阅读器沿AGV的路径分布于路面上，AGV控制中心与RFID阅读器通过有线连接。RFID阅读器的具体安装位置和数量根据具体的路况和实际应用确定，包括各个停车点、转弯点等，每个RFID阅读器设置唯一的编号，AGV经过 RFID阅读器时，控制中心根据RFID阅读器的编号和读取到的AGV编号即可确定一个AGV所在的位置。AGV获取控制中心发出的指令的方式是基于视觉识别，其特征是将图形图像显示装置分布于AGV路径两侧，具体安装位置和数量根据实际应用确定。控制中心与图形图像显示装置通过有线连接，图形图像显示装置以图形图像的方式显示控制中心发出的指令， AGV通过图形图像获取装置识别图形图像显示装置上的图形化指令获得AGV控制中心发出的调度控制指令。车载导航与控制系统根据最新接收到的指令控制AGV进行相应的运动。本发明的有益效果
利用本发明的方法可以实现AGV执行过程的动态监控、配送计划调度和精确的路径跟踪功能。本发明解决了在安全性要求较高的场合内，因无法使用无线通讯所导致的无法对 AGV进行远程控制的问题，可以有效使用AGV进行物流的配送管理，从而提高了自动化管理水平。
图1是AGV位置识别和指令识别原理图。
图2是电子标签组在AGV底部安装位置的示例图。图3是AGV调度通信的流程示例图。图4是本发明实施例的刀具自动配送系统总体布局示意图。图5是本发明的AGV本体坐标系示意图。图6是本发明的图形化的AGV调度指令示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。如图1-6所示。一种基于无源RFID和辅助视觉的AGV运行控制方法，它包括以下步骤
首先，在AGV上安装无源RFID电子标签和图形图像获取装置；如图1所示，无源RFID 电子标签最好安装在AGV底部且成组安装，如图2所示，图2中共一排安装了三个无源电子标签；
其次，在AGV经过的路径上安装RFID阅读器，使RFID阅读器通过有线网络与AGV控制中心相连；如图1所示；
第三，在AGV经过的路径上与RFID阅读器安装位置相匹配处安装图形显示装置，该图形显示装置通过有线网络与AGV控制中心相连；图形显示装置可为数据显示管、LED显示屏、平板显示器等，图形显示装置最好是对称布置在AGV运行轨道或路线的两侧，如图1所示；
第四，AGV经过RFID阅读器时，RFID阅读器接收到AGV上的无源RFID电子标签的信息送至AGV控制中心，AGV控制中心根据RFID阅读器的编号判定出AGV的位置，AGV控制中心根据设定的程序判断出AGV的运动方向，AGV控制中心根据AGV应该的运动方向立即通过有线网络将相应的运动方向标识符显示在与RFID阅读器相匹配的图形显示装置上，AGV上的图形图像获取装置获取相应的运动方向图形，AGV经过图形识别软件将其转换成运动控制指令，如图3所示；
最终，AGV根据运动控制指令实现相应的运动。下面结合AGV在数控加工车间中用于刀具配送作进一步的说明。本实施实例中将AGV应用于数控加工车间内的刀具自动配送系统中，数控车间内工位和AGV控制中心(即刀具配送中心)的布局如图4所示，共有9个数控加工区，每个加工区有4个工位。AGV运行于刀具配送中心与各个工位之间，刀具配送中心同时作为AGV的调度控制中心。本实施实例中在每个工位附件和每个十字路口与丁字路口之前都设置有电子显示屏。图中箭头表示了 AGV可能的运动方向。在本实施实例中为了便于AGV的调度，正常情况下AGV始终沿着本体坐标系Y轴正向运动或者向左转弯。AGV的本体坐标系是固定于 AGV上的右手直角坐标系，如图5所示。无源RFID的电子标签选用Philips Mifare 1 IC S50卡，Mifare S50射频薄卡采用飞利浦(NXP)原装的Mifare IC S50芯片，符合IEC/IS0 14443A协议。存储容量 8Kbit ；16个分区，每分区两组密码；工作频率13. 56 MHz ；通讯速率106KBoud ；读写距离 2. 5 IOcm ；读写时间1 2ms ；工作温度_20°C 55°C ；擦写寿命>100，000次；数据保存>10 年。将3个IC卡(无源RFID的电子标签)均勻安装在AGV底部与路径方向垂直的直线上(如图2所示)，保持距离地面距离小于10cm。沿AGV的路径中心每隔2米设置一个读卡器，每个读卡器被设置唯一的编号并且通过RS232接口与控制中心的上位机进行连接。AGV 每经过一个RFID阅读器时读取到AGV上的电子标签发明的信号，该阅读器即向控制中心发出信号，控制中心根据该RFID阅读器的编号即可确定AGV所处的位置，从而实现控制中心对AGV位置的准实时监测。在每个AGV需要停止的位置设置一个电脑显示器作为电子显示屏，通过路由器将所有的客户端显示器与控制中心的主机连接并通过有线网络通信。控制中心通过有线网络传输方式将控制指令以图形的形式发送并显示在电子显示屏上。AGV顶部面向两侧面各安装一个CXD摄像头(或数码相机)，当AGV经过电子显示器时通过CXD摄像头读取显示在电脑显示器上的图形化指令，然后AGV上的图像识别系统识别后获得配送控制中心发出的调度控制指令。车载AGV导航与控制系统根据接收到的最新指令控制AGV的运行。AGV调度通信的流程如图3所示。图5为AGV本体坐标系。运行调度指令如图6所示，图6中的图形化的AGV调度指令是定义在本体坐标系中Y轴的基础之上的。本实例中采用的图像识别方法可采用现有较为成熟的软件(如OCR识别软件)，也可采用以下方法加以实现
首先，利用CXD摄像头获得显示在电脑显示器上的图形；； 其次，将所获得的图像送入AGV车载计算机中进行光照校正和对比度增强处理； 第三，对图形进行倾斜校正并进行二值化处理、采用逐行白色像素点总和累加和颜色突变次数统计的方法获得图形特征；
最终，通过多模版特征匹配的方法实现图形识别，并最终得出图形所代表的指令。光照校正是指通过计算小块图像区域的平均亮度来估计整个图像的亮度变化，然后用这个图像减去估计的背景亮度，最后，对光照校正的图像进行直方图增强；以弥补非均勻光照条件又提高图像的对比度；二值化处理是通过最大类别方差法确定图像阈值ο，将数字图像经灰度化处理并进行对比度扩展之后的像素表示值在区域W，σ]内的像素点表示值均置为0，其余的像素表示值均置为1 ；多模版匹配是指使同一个图形拥有多个模板， 在进行图形识别时，逐个计算指令图形与指令图形模板的所有模板的特征差值，取对应6 个指令图形的所有模板差值的最小值，该最小值并所对应的图形指令就是该图形的识别结^ ο本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
权利要求
1.一种基于无源RFID和辅助视觉的AGV运行控制方法，其特征是首先，在AGV上安装无源RFID电子标签和图形图像获取装置；其次，在AGV经过的路径上安装RFID阅读器，使RFID阅读器通过有线网络与AGV控制中心相连；第三，在AGV经过的路径上与RFID阅读器安装位置相匹配处安装图形显示装置，该图形显示装置通过有线网络与AGV控制中心相连；第四，AGV经过RFID阅读器时，RFID阅读器接收到AGV上的无源RFID电子标签的信息送至AGV控制中心，AGV控制中心根据RFID阅读器的编号判定出AGV的位置，AGV控制中心根据设定的程序判断出AGV的运动方向，AGV控制中心根据AGV应该的运动方向立即通过有线网络将相应的运动方向标识符显示在与RFID阅读器相匹配的图形显示装置上，AGV上的图形图像获取装置获取相应的运动方向图形，AGV经过图形识别软件将其转换成运动控制指令；最终，AGV根据运动控制指令实现相应的运动。
2.根据权利要求1所述的基于无源RFID和辅助视觉的AGV运行控制方法，其特征是 RFID阅读器的安装位置和数量应根据AGV运行路况确定，包括各个停车点和转弯点，每个 RFID阅读器设置有唯一的编号，AGV经过RFID阅读器时，AGV控制中心根据RFID阅读器的编号和读取到的无源RFID电子标签的编号获得AGV的位置。
3.根据权利要求1或2所述的基于无源RFID和辅助视觉的AGV运行控制方法，其特征是所述的RFID阅读器与AGV控制中心的连接方式采用的是包括网线和串口连接方式在内的有线连接方式。
4.根据权利要求1所述的基于无源RFID和辅助视觉的AGV运行控制方法，其特征是所述的图形图像显示装置对称分布于AGV路径两侧；AGV控制中心与图形图像显示装置通过有线方式连接，图形图像显示装置以图形图像的方式显示控制中心发出的指令，AGV上的图形图像获取装置识别图形图像显示装置上的图形化指令，然后经图像识别后获得AGV控制中心发出的调度控制指令。
5.根据权利要求1所述的基于无源RFID和辅助视觉的AGV运行控制方法，其特征是所述的图形图像显示装置为数码管显示屏或LED显示屏。
6.根据权利要求1所述的基于无源RFID和辅助视觉的AGV运行控制方法，其特征是所述的图形图像获取装置包括CXD摄像头。
全文摘要
一种基于无源RFID和辅助视觉的AGV运行控制方法，其特征是控制中心基于无源RFID技术采集AGV位置信息，AGV基于视觉技术接收刀具配送中心调度指令，通过设计数控车间RFID阅读器布局、调度图形化指令和准确高效的实时图像处理算法，实现AGV配送任务执行过程的动态监控、配送计划调度和精确的路径跟踪功能，从而在不使用无线通讯方法的前提下达到控制中心和AGV双向通信的目的。本发明解决了在安全性要求较高的场合内，因无法使用无线通讯所导致的无法对AGV进行远程控制的问题，并且调度通讯安全可靠。
文档编号G05D1/02GK102346483SQ20111015089
公开日2012年2月8日 申请日期2011年6月7日 优先权日2011年6月7日
发明者左敦稳, 庞存辰, 张丹, 徐锋, 户海峰, 曾洁 申请人:南京航空航天大学