自动导引车全景光学视觉导航控制系统及全向自动导引车的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于视觉导航系统，具体是一种基于全向光学系统的辅以等深度相机(或激光雷达)传感器具有自主路径规划、导航能力的自动导引车全景光学视觉导航控制系统。
【背景技术】
[0002]目前，人工成本的上升成为当前企业经营发展中遇到的最主要困难，在拥有先进制造业的国家和地区，使用自动导引车(AGV)替代人工在仓库中进行货物装卸及运载以节约成本已经成为当今主流。在国内，目前使用的自动导引车，大部分仍是使用磁轨导航以及RFID定位技术来进行自主移动运送货物，该方法虽然能够满足一定的需要，但是局限性较大，需要针对仓库进行较大的改造，不具有通用性。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是针对现有技术的上述缺陷，提供一种自动导引车全景光学视觉导航控制系统。
[0004]为解决现有技术的上述缺陷，本发明提供的技术方案是:一种自动导引车全景光学视觉导航控制系统，包括自主导航系统和车尾定位系统，所述自主导航系统和车尾定位系统均由一主控系统控制，所述自主导航系统包括全向光学模块、深度图像取样模块、图像合并处理模块、视觉窗口构建3D地图模块、实时图像特征对比3D地图特征进行自定义模块和路径规划模块，所述全向光学模块和所述深度图像取样模块与所述图像合并处理模块连接，所述图像合并处理模块通过所述视觉窗口构建3D地图模块与所述路径规划模块连接，所述实时图像特征对比3D地图特征进行自定义模块与所述视觉窗口构建3D地图模块的信息输送线路连接，所述路径规划模块通过路径规划计算控制自动导引车运动，完成自主导航。
[0005]作为本发明自动导引车全景光学视觉导航控制系统的一种改进，所述车尾定位系统包括导引车导航指定区域模块、前置摄像头识别二维码模块、校正车体朝向模块和执行模块，所述导引车导航指定区域模块控制所述前置摄像头识别二维码模块，所述前置摄像头识别二维码模块结合深度相机和里程计及IMU信息控制所述校正车体朝向模块，所述校正车体朝向模块控制执行模块输出动作。
[0006]作为本发明自动导引车全景光学视觉导航控制系统的一种改进，所述路径规划模块包括全局路径计算模块和局部路径计算模块；
通过构建好的视觉窗口构建3D地图模块信息，自动导引车的立体视觉导航系统能够获得环境中的信息，这些信息除了像素信息也包括了该像素所对应的深度信息，及像素距镜头的距离;立体视觉导航系统通过实时图像特征对比3D地图特征进行自定义模块中的图像特征点匹配，并结合人工初始位置的设定、自动导引车自带里程计信息以及深度相机或激光雷达返回的2D边界信息，得到自动导引车在工作环境3D地图中的2D坐标信息；当自动导引车知道自身的位置之后，其中的路径规划模块通过计算规划出从起始点到目标点的全局路径；
在局部路径规划过程中，全向光学系统所实时拍摄自动导引车所在位置的360度立体图像，自主导航系统能得到一定范围内实时全方位局部地图信息以及特征点信息，对比已记录下的3D地图特征点信息，得到自动导引车在自身视野范围内的局部位置坐标；
在规划局部路径的过程中运用到成本地图对自动导引车进行路径规划与实时避障;通过全向光学模块以及深度相机或激光雷达探测出在一定视野范围内的边缘信息，即从上面所提到的实时局部3D地图信息中提取出在视野范围中的最小安全区域；自主导航系统在边缘信息中会加入膨胀系数，即自动导引车的半径长度，这样能够有效的避免路径规划中撞击障碍物或者环境边缘;通过视觉传感器和深度相机或激光雷达协作探测的障碍物和环境边缘；自动导引车全地图上沿着导航系统规划出的全局路径行进，同时每一时刻也在通过成本地图进行局部地图的路径规划和避障。
[0007]作为本发明自动导引车全景光学视觉导航控制系统的一种改进，还包括自动充电系统，所述自动充电系统包括安装在自动导引车上的工控模块和充电箱模组，当自动导引车检测到电量低于设定的警戒值时，便会在完成最后既定工作后进入自动充电模式；自动导引车在构建3D地图时已经把充电区域的坐标标定完成，需充电的时候，导航到充电区域然后通过末端定位系统行驶到充电粧上，自动充电系统便由工控模块控制激活开始为导引车充电；当导引车充满后，工控模块断掉充电粧的供电并通过无线通讯系统控制自动导引车进入工作模式、等待任务派遣或进入休眠状态。
[0008]作为本发明自动导引车全景光学视觉导航控制系统的一种改进，所述车尾定位系统的运行模式具有两种，分别为导航模式和取放货物模式，当自动导引车进入取放货物模式时，立体视觉导航系统通过控制自动导引车与货架或货区的距离给自动导引车预留出旋转以及导引取货物的空间，到达货物大致区域时控制导引车转向对准货架;这个过程同时利用到视觉、里程计以及前置的深度相机或激光雷达，通过安装在导引车前向的独立末端定位摄像头，识别货架上的二维码，以得到二维码的信息确认货物的精确区域并预备控制自动导引车插入货架，与此同时IMU和深度相机或激光雷达的结合可探测车体是否正面朝向于货物，MU能记录转向角度，深度相机或激光雷达能够精确的返回探测范围内货物或货架是否与自动导引车垂直并计算自动导引车与货物的距离，从而给自动导引车的精确插入提供必要的校准信息；当末端定位摄像头获取的二维码始终保持在图像的中心，即车的正对方向时，并且MU和深度相机或激光雷达所反馈的角度方向以及距离都满足插入条件时，导航系统控制自动导引车插入货架的过程中也不间断的通过末端定位摄像头来不断校准自动导引车方位，放货的过程以同样的方式进行。
[0009]作为本发明自动导引车全景光学视觉导航控制系统的一种改进，还包括主动安全防碰撞机制，所述自动导引车使用深度相机或激光雷达进行避障工作，深度相机或激光雷达的数目可以根据需求的不同而不同；深度相机或激光雷达安装在自动导引车的前方，该传感器扫描探测范围达180°，感应距离最高可达7m，反应时间60ms，并且能够很好的识别出人的身体及其各部位，180°的探测范围以及7m的扫描深度可为导引车提供充分的前方环境以及深度信息，处理器使用该信息可构建出环境深度地图以辅助导引车的全景视觉导航系统;60ms的响应速度使之能够及时地发现探测范围内的障碍物，并实时计算出障碍物离自身的距离，然后反馈数据给处理器从而判断导引车是否有必要对之实施相应的躲避行为，如该障碍物阻挡住了导引车的前进路线，则判断绕过该障碍物是否可行，若可行，则从侧面绕过，若不可行，则令导引车停止，发出警报，直至障碍物被移除；
主动安全防碰撞机制还包括四个红外传感器，四个红外传感器来弥补深度相机或激光雷达的光源和成像尺寸的局限性缺陷，将四个红外传感器分别编号并安装在自动导引车顶部的前后、左右四个方向上，扫描方向均为斜下方，以此组成一片金字塔形的封闭空间，将导引车整体笼罩在深度相机或激光雷达的扫描范围之内；当该传感器组合感应到任何进入扫描范围内的物体时，将会向中央处理单元发出报警信号，中央处理单元接收到信号后根据导引车前进的方向以及信号的来源做出相应的反应。
[0010]与现有技术相比，本发明的优点是:该自动导引车系统在一个完全未知的仓库环境中，构建仓库的全局地图。该地图所存储的信息需足够让导航系统在工作环境中得到自身的位置坐标、环境中各种障碍物的位置坐标以及各个工位停止点的位置坐标，可以指导自动导引车按照规划路线运行。同时自动导引车也需有一定的安全防碰系统实时监控其周围区域避免任何的擦碰。该系统除了构建地图以及标定工位过程需人工参与，其他全部由自动导引车自主完成，并可以通过全景视觉能力构成良好的避障机制。
[0011]本发