一種基于地面路標的定位導引系統及方法技術方案

本發明專利技術公開了一種基于地面路標的定位導引系統及方法，其特征在于，包括：視覺系統、地面路標、AGV車體、嵌入式控制器。視覺系統用于獲取地面路標特征圖像；地面路標為黑白模板組成的特征帶，平鋪于地面；嵌入式控制器利用模板匹配法將獲取的地面路標特征圖像與記憶庫中的特征帶圖像進行對比匹配，并根據特征路標在圖像中的位置和它們在世界坐標系中的幾何關系，獲知此時AGV車體的位置、姿態，實現全局定位、導引功能。還提供相應的方法。本發明專利技術采用黑白雙色編碼特征帶作為地面路標，實現AGV自動導引功能外，還可以實現全局定位，從而為實現多AGV協作搬運、裝配等工作提供基礎，具有很好的應用前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及自動控制領域，尤其涉及一種基于視覺技術的定位導引方法，適合在數字化裝配中使用，具體涉及。
技術介紹
自動導引技術主要包括電磁感應導引、激光導引、視覺導引、慣性導弓丨、超聲波導引和磁釘等。其中視覺導引是指AGV (自動導引車)對行駛區域的環境進行圖象識別，實現智能行駛，這是一種具有巨大潛力的導引技術。視覺傳感器為信息被動接收，不受其他傳感器的干擾；視覺傳感器收集得到的信息量大，即使在丟棄了大量的信息之后，仍然可以很好地為車輛導航。同時視覺導引具有引導路徑設置和變更簡單方便、技術成本、以及使用費用低、系統柔性好等優點。因此視覺導引已經成為目前研究與應用的熱點，具有巨大的應用潛力。 在現有的視覺導引中，主要分為景物識別和標志識別導弓丨，而標志識別又分為空中標志和地面標志識別。如“人工路標視覺導航方法”(中國專利技術專利申請號200410021540. 4)，屬于空中標志識別，該專利技術將設計好的路標粘在與地面垂直的平面上，通過路標在圖像中的位置和它們在世界坐標系中的幾何關系，計算出攝像機的絕對位置。然而該專利技術在光線不充足環境下或在路標被遮擋情況下，將無法獲得好的導航效果；同時，對于單攝像頭、非全方位視覺，在不連續、有限數量的路標下，由于視角有限，將無法獲得很高的定位精度。而地面標志，基本采用在地面鋪設色帶，從而為自動導引車提供運動方向，但無法獲得定位信息。自動導引車在自動化裝配任務時，需要實時獲得自身精確的定位信息，視覺導引系統在提供運動方向的同時，需要提供絕對位置。
技術實現思路
本專利技術目的在于針對現有技術的不足，提供一種面向數字化裝配任務的定位、導引方法，通過地面路標及視覺技術使自動導引車能實現全局定位、導引。本專利技術是通過以下技術方案實現的根據本專利技術的一個方面，提供一種基于地面路標的定位導引系統，包括視覺系統、地面路標、AGV車體、嵌入式控制器，所述視覺系統和嵌入式控制器安裝在所述AGV車體上，所述地面路標為平鋪于AGV車體工作區域地面上的特征帶，其中，所述視覺系統用于獲取地面路標包含的圖像信息，所述嵌入式控制器用于對接收自所述視覺系統的圖像信息進行圖像處理獲取當前AGV車體的位置信息。優選地，所述視覺系統包括視覺設備、照明設備、以及遮光罩，其中，所述視覺設備為單個攝像機，所述照明設備提供足夠光線以保障攝像機更好地獲取圖像信息，所述遮光罩用于避免外界環境光線對圖像的影響。優選地，所述特征帶包含黑白模板，所述黑白模板由正方形黑色邊框構成，所述黑白模板的內部在白色基底上印有不同特征圖案，所述嵌入式控制器的記憶庫存儲了每一種特征圖案的特征，每一種特征圖案的特征在所述嵌入式控制器的記憶庫中都是唯一的以標示唯一位置。優選地，所述嵌入式控制器以DSP作為視覺系統處理器，通過所述視覺系統處理器實現實時視頻采集、視覺信息處理。根據本專利技術的另一個方面，還提供一種基于地面路標的定位導引方法，包括如下步驟步驟S1.在AGV車體工作區域地面鋪設特征帶，其中特征帶包含特征圖案，并將特征帶的圖像信息以及各特征圖案在特征帶上的對應位置記錄于嵌入式控制器的記憶庫中；步驟S2.當AGV車體經過鋪設的特征帶時，視覺系統捕捉到特征帶的圖像信息，并把該圖像信息傳輸至嵌入式控制器進行圖像處理，其中，視覺系統和嵌入式控制器安裝在所述AGV車體上；步驟S3.嵌入式控制器獲取圖像信息后，利用模板匹配法，將校正后的圖像信息與記憶庫中的特征圖案進行對比匹配，計算出所獲取的特征圖案在整個特征帶中的對應位置，從而可獲知此時AGV車體的位置、姿態。優選地，步驟S3具體是嵌入式控制器獲取圖像信息后，先按照第一設定閾值將圖像轉變為二值圖像；獲得二值圖像后，對每個像素在相互垂直的兩個方向上計算相鄰像素值之差，從而獲得梯度圖像，再按照第二設定閾值從梯度圖像中提取角點，即像素值大于第二設定閾值的點；對每一特征圖案提取四個角點，由這四個角點唯一確定一個位置變換矩陣，該位置變換矩陣包含了 AGV車體相對于該標志物的位置變換；另一方面，由于攝像機成像過程中不可避免地存在投影變換，直接做模板匹配來識別標志物的成功率較低，因此利用已提取的四個角點計算投影變換矩陣，并利用該投影變換矩陣對二值圖像進行投影反變換，從而消除投影變換導致的圖像畸變，消除畸變后，再利用模板匹配法，嵌入式控制器將校正后的圖像信息與記憶庫中的特征圖案進行對比，計算出所獲取的特征圖案在整個特征帶中的位置，從而可獲知此時AGV車體的位置、姿態，實現定位、導引的功能。優選地，所述特征帶包含黑白模板，所述黑白模板由正方形黑色邊框構成，所述黑白模板的內部在白色基底上印有不同特征圖案，所述嵌入式控制器的記憶庫存儲了每一種特征圖案的特征，每一種特征圖案的特征在所述嵌入式控制器的記憶庫中都是唯一的以標示唯一位置；為保證實時定位AGV車體，在設計視覺系統時，需增大視覺的視野范圍，保證視覺系統所捕獲的圖像中，黑白模板的個數大于或等于I。優選地，所述視覺系統所捕獲圖像中的黑白模板的個數大于或等于1，因此進行圖像處理時，具體方法為從圖像起點開始搜索，直至搜索到第一個完整的黑白模板為止，才開始對該完整的黑白模板進行步驟S3的處理。本專利技術通過在地面鋪設特征帶，利用視覺技術中的模板匹配方法，實現AGV的定位、導引功能；避免了普通視覺導引方法的缺陷，極大地降低了 AGV導引成本，獲得了較高的定位精度。附圖說明通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本專利技術的其它特征、目的和優點將會變得更明顯圖1為本專利技術的系統組成模塊框圖；圖2為本專利技術的定位、導引方法工作流程圖；圖3為地面路標示意圖。圖中I為AGV車體，2為嵌入式控制器，31為照明設備，32為遮光罩，33為視覺設備，4為底面鋪設特征帶。具體實施例方式下面結合附圖對本專利技術的實施例作詳細說明本實施例在以本專利技術技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式，但本專利技術的保護范圍不限于下述的實施例。圖1為本專利技術的系統組成模塊框圖，如圖1所示，在本實施例中，根據本專利技術所提供的系統面向數字化裝配任務，其包括視覺系統、地面路標、AGV車體、嵌入式控制器、其中視覺系統、嵌入式控制器安裝于AGV車體上，視覺系統包括視覺設備、照明設備及遮光罩，所述的照明設備提供足夠光線以保障作為視覺設備的攝像機更好地獲取圖像信息，所述的遮光罩可以避免外界環境光線對圖像的影響。所述視覺系統用于獲取環境特征圖像；所述的嵌入式控制器以DSP作為視覺系統處理器，實現實時視頻采集、視覺信息處理，當嵌入式控制器接收到所述視覺系統的圖像信息并進行圖像處理后獲取當前AGV車體的位置信息，實現定位功能；所述地面路標是鋪設于地面的特征帶；所述AGV車體是以上所述各模塊的載體，在進行數字化裝配任務時裝載零件。所述作為地面路標鋪設于地面的特征帶如圖3所示，是一種專門設計的黑白模板，這種黑白模板由正方形黑色邊框構成，內部在白色基底上印有不同特征圖案。圖2為本專利技術的定位、導引方法工作流程圖，如圖2所示。本實施例中，首先將鋪設于地面的特征帶圖像存儲于嵌入式控制器的記憶庫中；當AGV車體運動時，由視覺系統將采集到的圖像傳輸至嵌入式控制器中，嵌入式控制器獲取圖像后，先按照第一設定閾值將圖像轉變為二值圖像，即將亮度值大于第一設定閾值的像素置1本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于地面路標的定位導引系統，其特征在于，包括：視覺系統、地面路標、AGV車體、嵌入式控制器，所述視覺系統和嵌入式控制器安裝在所述AGV車體上，所述地面路標為平鋪于AGV車體工作區域地面上的特征帶，其中，所述視覺系統用于獲取地面路標包含的圖像信息，所述嵌入式控制器用于對接收自所述視覺系統的圖像信息進行圖像處理獲取當前AGV車體的位置信息。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：冷春濤，曹其新，方波，杜建軍，楊揚，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：