一种自适应agv视觉导航视线调整装置与线迹跟踪方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于物流装备技术领域，具体涉及一种自适应AGV视觉导航视线调整装置 与线迹跟踪方法。
【背景技术】
[0002] AGV是一种按设定的线路或设定的地图，在物流调度系统或人工指令的控制下，自 动行驶或者自动牵引物料箱，完成物料转运与装卸的无人驾驶物料输送车辆。视觉导引由 于信息量大，能够在复杂环境中很好地实现线路跟踪与导航控制，此外，还同时具备有建设 使用成本低，引导线条的设置与维护简单等突出优点，是AGV基础理论研究与应用开发的 主要领域之一。
[0003] 现有的视觉导引方案均采用固定安装的摄像头观察AGV导引线路，安装角度大都 选择为垂直地面，获取无透视效应的视频画面，达到提高视觉定位精度的目的。对于高速 AGV而言，在车体运行速度较高的情形下，由于摄像头视频帧率通常固定为25帧/秒或30 帧/秒，帧间画面的位移量有可能会超过视频画面的视野范围，使得机器视觉完全失效；因 此，为保证机器视觉工作的有效性，必须依照AGV车体的运行速度对摄像头视线进行实时 的调整，扩大或者缩小视频画面视野的大小；相应地，摄像头的安装形式也不应仅仅是垂直 于地面而是倾斜向前，可调整角度。
[0004] 中国专利申请公开号CN1438138A，公开日2003年8月27日，发明创造的名称为 "自动引导车的视觉引导方法及其自动引导电动车"，该申请案公开了一种摄取地面运行路 径标线、工位地址编码标识符和运行状态控制标识符的处理方法与电动车设计方案。其不 足之处在于单一的摄像头垂直向下安装于车体内部，摄像头视野受车身宽度限制，只能看 到AGV车体覆盖的局部小区域。
[0005] 中国专利申请公布号CN102997910A，公布日2013年3月27日，发明创造的名称 为"一种基于地面路标的定位导引系统及方法"，该申请案利用遮光罩与相应照明设备消除 光源污染，视觉传感器垂直向下贴近地面安装。其不足之处在于摄像头安装距离过低，视野 狭窄导致信息量过低，抗线条污损能力比较有限。
[0006] 中国专利申请公布号CN103529838A，公布日2014年1月22日，发明创造的名称 为"自动导引车的多目视觉导引驱动装置及其协同标定方法"，该申请案公开了一种多个摄 像头检测导引线条偏角与位移偏置的装置与方法。每个摄像头均位于车体内部，摄像头周 边布置独立光源照明，垂直向下紧盯地面导引线条。
[0007] 中国专利授权号CN102346483B，授权公告日2012年11月28日，发明创造的名称 为"基于无源RFID和辅助视觉的AGV运行控制方法"，该授权在停车点、转弯点等特定位置 上布置LED或数码管以显示控制指令，AGV车体侧面安装的C⑶相机观察道路两侧LED或 数码屏上的图形标记，提供控制指令的图像。
[0008] 中国专利申请号CN102608998A，申请公布日2012年7月25日，发明创造的名称为 "嵌入式系统的视觉导引AGV系统及方法"，该申请案同时采用一只前视摄像头与一只垂直 向下的摄像头，前视摄像头采集远景图像，垂直摄像头用于二次精确定位。前视摄像头与地 面呈一定角度倾斜安装，预测即将拐弯、停车、定位前的减速等；垂直摄像头采集正在行走 的路径信息，完成线迹跟踪任务。其中前视摄像头的安装高度与地面夹角由小车的最大运 行速度有关，视野最远点为最大运行速度的1~1. 2倍。其不足之处在于，前视摄像头与 垂直摄像头的安装角度均为固定角度，且未能提供安装高度、地面夹角与小车最大运行速 度之间的具体关系；车体最大运行速度与视野最远点距离之间的量纲不同，时间单位不清， 难以明确视野远点距离AGV车体的具体大小，随意性大；关键性的不足之处也是在于，垂直 摄像头贴近于地面，只具有较小的视野，仅能盯住很小一部分的线条局部，损失大量环境信 息，难以适应各种现场局部污染，例如脚印、油污、破损等等。
[0009] 综上所述，现有的AGV视觉导航方案存在着明显的弱点：1、摄像头的安装方案以 垂直向下安装为主，摄像头视野狭小，仅限于遮光罩或车体内部很小的区域，难以适应AGV 高速运行；2、倾斜安装的摄像头也以固定安装形式为主，缺少安装角度与车体运行速度、导 航定位控制精度、视野范围等的具体关系表达式；线迹跟踪主要依靠垂直摄像头完成；3、 倾斜安装的摄像头仅用于预测前方道路状况，并不直接与线迹跟踪任务发生联系。
【发明内容】
[0010] 本发明目的之一在于提供一种自适应AGV视觉导航视线调整装置与线迹跟踪方 法，本发明克服了现有技术中摄像头视野狭小，摄像头角度无法调整的缺点。
[0011] 本发明提供的一种自适应AGV视觉导航视线调整装置包括摄像头、旋转支架、舵 机和支撑架，所述支撑架紧固于AGV车体之上，舵机固定于支撑架上，舵机与旋转支架固定 连接，摄像头固定于旋转支架上，所述摄像头位于AGV车体前部中轴线上，摄像头通过舵机 的带动可调整视线档位角度。
[0012] 本发明还提供了一种自适应AGV视觉导航视线调整的线迹跟踪方法，包括如下步 骤：
[0013] 置画面帧序号i = 1，接受AGV任务调度指令以指令速度向前行进，设置车轮转角 调整增量初值Δ#? = 0 9° ;
[0014] 依据当前车体实际运行速度的反馈数据，调整摄像头档位角度，计算当前角度下 前方地面导引线条的辅助参数Κ、其中摄像头角度为摄像头与铅垂线夹角；
[0015] 提取对第i-ι帧视频画面底部行和中央行两个高度位置上，导引线条宽度方向上 两个边缘之间每行像素数量，以及第i-ι帧视频画面中导引线条中分线与画面底部和画面 中央水平像素行的两个交点所对应的像素位置横向序号，计算当前档位角度下姿态跟踪误 差评价函数的阈值及画面中的导引线的倾斜和份置偏离：
[0016] 将AGV车轮转向角设置为
【主权项】
1. 一种自适应AGV视觉导航视线调整装置，其特征在于，包括摄像头、旋转支架、舵机 和支撑架，所述支撑架紧固于所述AGV车体之上，所述舵机固定于所述支撑架上，所述舵机 与所述旋转支架固定连接，所述摄像头固定于所述旋转支架上，所述摄像头位于所述AGV 车体前部中轴线上，所述摄像头通过所述舵机的带动可调整视线档位角度。
2. -种自适应AGV视觉导航视线调整的线迹跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤： 置画面帧序号i= 1，接受AGV任务调度指令以指令速度向前行进，设置车轮转角调整 增量初值= 0.9° ; 依据当前车体实际运行速度的反馈数据，调整摄像头档位角度，计算当前角度下前方 地面导引线条的辅助参数K、^ '其中摄像头角度为摄像头与铅垂线夹角； 提取对第i_l帧视频画面底部行和中央行两个高度位置上，导引线条宽度方向上两个 边缘之间每行像素数量，以及第i-1帧视频画面中导引线条中分线与画面底部和画面中央 水平像素行的两个交点所对应的像素位置横向序号，计算当前档位角度下姿态跟踪误差评 价函数的阈值及画面中的导引线的倾斜和位置偏离； 将AGV车轮转向角设置为,=炉(M) +AW" ； 检查AGV车体当前实际运行速度，调整摄像头档位角度，若档位角度有变化，则重新计 算当前角度下前方地面导引线条的辅助参数K、< ;若档位角度无变化，则转下一步； 2 提取第i帧视频画面中导引线条中分线与画面底部和画面中央水平像素行的两个交 点所对应的像素位置横向序号，计算画面中的导引线的倾斜和位置偏离，进一步计算姿态 误差评价函数和评价函数增量； 判断评价函数增量是否小于或等于姿态跟踪误差评价函数的阈值，若是判断姿态跟踪 误差评价函数J是否小于或等于姿态跟踪误差评价函数的阈值，否则转下一步； 计算角度调整量，视频帧序号i=i+1，重新设置AGV车轮转角，其中角度调整量
判断姿态跟踪误差评价函数J是否小于或等于姿态跟踪误差评价函数的阈值，若是， 保持车轮转角不变，视频帧序号i=i+1，重新返回检查AGV车体当前实际运行速度，调整摄 像头角度档位角度0，否则转下一步； 计算角度调整量，视频帧序号i=i+1，重新设置AGV车轮转角，其中角度调整量
3. 如权利要求2所述的自适应AGV视觉导航视线调整的线迹跟踪方法，其特征在于，视 线调整依据AGV当前运动速度选择的档位角度，使得连续两帧视频画面之间，AGV车体位移 量不超过视频画面的j幅面。
4. 如权利要求1所述的自适应AGV视觉导航视线调整的线迹跟踪方法，其特征在于，将 实时视频画面中导引线条宽度方向上两个边缘之间一行上的像素数量，作为不同档位角度 下的视频画面中横向位移量计算基准。
5.如权利要求2所述的自适应AGV视觉导航视线调整的线迹跟踪方法，其特征在于， 依据视频画面中导引线条的中心线与视频画面中央像素行和底部像素行的两个交点的像 素位置iMid和iBtm,构造AGV车体姿态跟踪误差评价函数J=K2 ? dir2+pos2作为调整 AGV车体转向角度方向和大小的依据，使得AGV姿态满足线迹跟踪精度要求，其中dir = iMid-iBtm，/，〇、' = /_价/h-|，K为与摄像头视线倾角0有关的常数。
6.如权利要求2所述的自适应AGV视觉导航视线调整的线迹跟踪方法，其特征在于， AGV车体转向调整方式通过调整AGV车轮转向角的方式实现。
7.如权利要求2所述的自适应AGV视觉导航视线调整的线迹跟踪方法，其特征在于， AGV车体转向调整方式通过AGV车轮两边差动的方式实现。
【专利摘要】本发明提供了一种自适应AGV视觉导航视线调整装置与线迹跟踪方法，该装置包括摄像头、旋转支架、舵机和支撑架，所述支撑架紧固于AGV车体之上，舵机固定于支撑架上，舵机与旋转支架固定连接，摄像头固定于旋转支架上，所述摄像头位于AGV车体前部中轴线上，摄像头通过舵机的带动可调整视线档位角度。本发明可根据AGV车体的速度自动调整摄像头的视线角度，摄像头视野开阔，导航定位控制精确，从而能够提高工作效率。
【IPC分类】G05D1-02
【公开号】CN104699104
【申请号】CN201510117835
【发明人】范良志, 胡家荣, 郭阳志, 范良慧, 金智超, 刘哲
【申请人】武汉纺织大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月17日