一种基于二维码图像标签的agv导航控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于自动导引车导航控制领域，涉及一种能沿给定路径行驶、实现自主定 位的基于二维码图像标签的AGV导航控制方法。
【背景技术】
[0002] 自动导引车（AGV)是一种以充电电池为动力，自动导引的无人驾驶自动化车辆， 它能在计算机的监控下，按路径规划和作业要求，精确行走并停靠到指定的地点，完成一系 列的作业任务如取货、送货、充电等。随着工业自动化程度的提高和计算机技术的迅速发 展，AGV作为装配生产线或作业设备之间的搬运工具使用得越来越多。
[0003] 中国专利申请公开号CN201410767757提出了一种AGV视觉导航控制方法。该视 觉导航方法包括:AGV的道路识别模块、定位模块、运动控制模块以及路径规划模块。AGV道 路识别模块通过图像获取、图像预处理以及信息提取得到AGV与道路标志线的位置偏差和 方向偏差；定位模块主要是通过在路径周边安装的RFID电子标签，实现AGV在工作环境中 的定位；运动控制模块是将道路识别模块所得到的位置信息及方向偏差进行模糊控制，从 而控制小车的行走；路径规划模块是规划AGV与目标之间的路径。
[0004] 该方案在室内铺设色带作为道路标志线，并将其偏差、方向信息作为控制模块的 输入进而控制AGV小车的行进；使用RFID标签以检测AGV所处的位置。这种方法可以使 AGV沿着道路标志线行驶并可以实时监控AGV状态，但是，这种方法先需要铺设色带以及安 装RFID，现场施工复杂；其次色带易受污染，影响识别精度；而且AGV小车只能沿着固定的 色带行驶，不便在货架密布的仓库中变更路径，柔性较差。
【发明内容】
[0005] 本发明为克服现有技术存在的不足之处，提出一种基于二维码图像标签的AGV导 航控制方法，以期能实现通过AGV小车在仓库中识别二维码图像标签的信息来实现AGV小 车的导航控制，从而完成调度中心下发的任务指令，达到降低生产成本、降低现场实施难度 以及提高导引柔性的目的。
[0006] 本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
[0007] 本发明一种基于二维码图像标签的AGV导航控制方法，是应用于由调度中心、若 干个可移动货架和AGV小车组成的自动化仓库中，其特点是，在所述自动化仓库的通行区 域内，以矩阵形式等距离粘贴若干个按同一方向排列的二维码图像标签；每个二维码图像 标签包含自身ID号及其相邻ID号；所述相邻ID号是由以粘贴方向为起始点并按逆时针顺 序排列的8个相邻二维码图像标签的ID号构成；在所述AGV小车上安装分辨率为MXN的 二维码标签扫描仪；所述AGV导航控制方法是按如下步骤进行：
[0008] 步骤1、根据所述二维码标签扫描仪与地面之间的垂直距离d，确定所述二维码标 签扫描仪的扫描范围为LenXWid;利用式（1)获得所述二维码标签扫描仪的扫描图像中每 个像素点的范围大小Ad:
[0009]
[0010] 步骤2、利用所述二维码标签扫描仪对二维码图像标签进行扫描，形成扫描图像， 根据所述扫描图像能获得相应的自身ID号及其相邻ID号、以及所述二维码图像标签的中 心点在所述扫描图像的自身坐标系中的位置坐标、所述二维码图像的标签粘贴方向与扫描 图像自身坐标系中任一坐标轴的夹角Aα;所述AGV小车将扫描获得的自身ID号发送给 所述调度中心，使得所述调度中心获知所述AGV小车所处的位置；
[0011] 步骤3、所述AGV小车接收所述调度中心发送的导航路径指令；所述导航路径 指令包括二维码图像标签的ID号序列及其相应的路点属性序列；所述ID号序列记为 {ID"ID2,…，取，…，IDJ;取表示所述ID号序列中第i个ID号；所述路点属性序列记为 {IA，LD2,…，IA，…，LDJ;ΙΑ表示所述路点属性序列中第i个路点属性；所述ID号序列的 起始ID号为所述AGV小车初始位置所在的二维码图像标签的ID号；1 <i<m;
[0012] 步骤4、初始化i=l;
[0013] 步骤5、根据所述AGV小车所在的第i个二维码图像标签的ID号其相邻ID 号，获得所述ID号序列中第i+1个ID号ID1+1在第i个二维码图像标签的相邻ID号中的 排位n1; 1彡η# 8;利用式⑵获得所述第i个ID号IDi的二维码图像标签与所述第i+1 个ID号ID1+1的二维码图像标签的连线与粘贴方向的夹角θι+1:
[0014] θι+1=45°X(n「l) (2)
[0015] 步骤6、以所述第i个二维码图像标签的中心点为原点01;以所述第i+1个ID号 ID1+1的夹角Θ1+1方向为方向；并以Xi轴方向逆时针旋转90°SYi轴方向，建立第i 个局部导航坐标系ΧΑΑ;
[0016] 步骤7、利用式⑶和式⑷获得所述AGV小车在第i个局部导航坐标系XAY# 的初始位置坐标（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个二维码图像标签的中心点在所述扫描图像 的自身坐标系中的位置坐标；
[0020] 步骤8、利用式（5)获得所述AGV小车在第i个局部导航坐标系XAYi中的初始航 向角ΔΘ1:
[0021] Δ θι=Δ α - Θ 1+1 (5)
[0022] 步骤9、以所述AGV小车的质心为原点0,以车头所指方向为X轴方向，并以X轴方 向逆时针旋转90°为Υ轴方向，建立车辆坐标系Χ0Υ;利用式（6)获得第i+Ι个二维码图像 标签的中心点在车辆坐标系Χ0Υ中的位置（a^bj:
[0023]
[0024] 式（6)中，PJPQi表示第i+1个二维码图像标签的中心点在第i个局部导航坐标 系ΧΑΥ^的位置坐标；
[0025] 步骤10、利用式（7)获得与所述第i个航向角ΔΘi相切且过第i+Ι个二维码图 像标签的中心点的圆弧半径Ri:
[0026]
[0027] 步骤11、根据所述AGV小车的结构和圆弧半径民确定所述AGV小车的第i个控制 量；所述AGV小车根据所述第i个控制量和第i个路点属性1^行驶至第i+Ι个二维码图 像标签；
[0028] 步骤12 ;将i+Ι赋值给i，并判断i>m是否成立，若成立，表示所述AGV小车完成 导航路径指令；否则，返回步骤5顺序执行。
[0029] 与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
[0030] 1、本发明通过采用扫描二维码图像标签的信息，依次建立局部导航坐标系，并获 得AGV小车在局部导航坐标系中的位置，完成AGV小车的定位导航，且进行局部路径规划， 从而完成调度系统下发的导航路径指令，提高了导航路径的柔性，降低了生产成本。
[0031] 2、本发明通过变换建立局部导航坐标系，将全局导航任务分解成各个局部导航任 务，解决了二维码图像标签在全局坐标系中定位困难的问题，从而降低了现场实施的难度。
[0032] 3、本发明通过使用二维码图像标签替代RFID标签，不仅为调度中心提供AGV小车 的位置，而且为AGV小车的导航控制提供局部位置信息，解决了AGV小车的定位问题，从而 减少了传感器的使用数目，降低了生产成本。
[0033] 4、本发明通过矩阵式的粘贴二维码图像标签，使得路径变更容易，解决了货架密 布区域路径规划困难的问题，提高了导引柔性。
【附图说明】
[0034] 图1为本发明在仓库内按矩阵形式以相同方向粘贴的二维码图像标签示意图；
[0035] 图2为本发明中AGV当前所在路径点是第i个二维码图像标签、下一个路径点第 i+Ι个二维码图像标签建立的局部导航坐标系；
[0036] 图3为本发明实施例中单舵轮AGV的结构示意图；
[0037] 图4为本发明调度中心下发的导航路径序列指令组成的路径示意图；
[0038] 图5为本发明中AGV小车行驶过程中检测到每个二维码图像标签的侧向偏差示意 图；
[0039] 图6为本发明中AGV采用本发明进行导航控制沿路径行驶过程中检测到每个二维 码图像标签的角度偏差示意图；
[0040] 图7为本发明中AGV采用本发明进行导航控制的前轮转角变化曲线图。
【具体实施方式】
[0041] 本实施例中，以单舵轮AGV为例，是按如下过程实现基于二维码图像标签的AGV导 航控制：1、获得二维码标签扫描仪的扫描图像中每个像素点的范围大小；2、根据二维码标 签扫描仪的扫描图像获得相应的ID号以及二维码图像标签在图像自身坐标系中的位姿； 3、AGV小车接收调度中心发送的导航路径指令；4、AGV小车根据导航路径指令依次建立局 部导航坐标系，并计算AGV小车在局部导航坐标系中的初始位姿；5、依次规划AGV小车在两 个二维码图像标签间的圆弧轨迹；6、根据规划的圆弧半径计算AGV小车的控制量，使得AGV 小车依次行驶至导航路径指令序列中的每个二维码图像标签，以完成导航路径指令。
[0042] 具体的说，一种基于二维码图像标签的AGV导航控制方法，是应用于由调度中心、 若干个可移动货架和AGV小车组成的自动化仓库中；如图1所示，在自动化仓库的通行区 域内，以矩阵形式等距离L=lm粘贴若干个按同一方向排列的二维码图像标签；每个二维 码图像标签包含自身ID号及其相邻ID号；相邻ID号是由以粘贴方向为起始点并按逆时 针顺序排列的8个相邻二维码图像标签的ID号构成；在单舵轮AGV小车上装有Datalogic 公司的产品名称为Matrix-210-213-100的分辨率为752X480的二维码标签扫描仪，能够 获取二维码标签本身包含的信息以及二维码标签中心点在扫描仪图像中的位置和偏差角 度，位置精度为〇. 2mm，角度精度为Γ;二维码图像标签采用DataMatrix码，标签大小为 4cmX4cm;AGV导航控制方法是