基于QR码的视觉导航AGV系统

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所属分类:AGV设计资料
摘要

鉴于视觉导航系统具有高精度的优点,设计了基于快速响应代码(QR Code)二维码的视觉导航自动导引车(AGV)系统。完成了 AGV 系统的结构设计、视觉导航原理及控制策略,确定了 AGV 系统的各项关键参数。实验研究表明:在导航运行过程中,AGV 的站点位置修正后可控制在 ± 12 mm 以内,AGV 的航向角修正后误差可控制在 ± 1°以内,且 AGV 能够沿着已有的轨迹地图稳定可靠运行。

0 引 言

自动导引车(automated guided vehicle,AGV)是指以各类电、磁、声、光学传感器为导引装置,能够按照预定的导引路径 自 动 运 行,并完成一系列规定任务的运输车。1973 年,Volvo 轿车装配厂使用 AGV 进行装配,使装配时间减少了 57 % ,装配故障减少 39 % ,投资回报时间减少57 % ,劳动力减少 5 %[1]。2000 年,海尔 集 团 使 用 9 台AGV 组成一个柔性库内搬运系统完成每天 23 400 件货物的搬运[1]。AGV 在物流行业有着突出的优势[2],已被国内各大物流公司成熟应用。2016 年,我国 AGV 的销量超过11 000 台,市场规模突破 11 亿元。

AGV 导航方式有磁导航、惯性导航、视觉导航、激光导航和超声导航。激光导航[3]和超声导航[4]易受环境干扰,应用相对较少;磁导航运用电磁感应原理,技术成熟,导航元件多种多样,如导线[5]、磁条[6]、地标磁钉[7]、电涡流线圈[8]和射频器件[9]。惯性导航利用惯性传感器,以非接触方式测量载体的位姿[10,11],实现导航功能;视觉导航通常采用图像处理技术作为 AGV 导航的核心技术,可分为视觉寻迹导航[12,13] 和视觉避障导航[14] 两类。磁导航目前在AGV 行业中应用最多,但初期设备架设成本高,运行线路的后期修缮与调整困难,无法满足生产操作序列和工厂布局多变的要求,因而企业对惯性导航、视觉导航等具有高度自主性的 AGV 更青睐[15]。与惯性导航相比,视觉导航 AGV 在定位精度、生产成本等方面更占优势,因此,本文利用快速响应代码( quickresponse code,QR code)和车载摄像头构成 AGV 的视觉导航组件,并设计了一种能够自主高精度定位的视觉导航的AGV 控制系统。

1 AGV 视觉导航系统设计

本文所研究的 AGV 在不同的站点之间运行,站点处进行转向,相邻站点间直线运行。在站点处采用 QR 码图像识别进行导航,利用车载摄像头采集站点 QR 码以计算 AGV站点姿态误差,包括横、纵向位置偏差、航向角误差,随后进行站点误差修正和站点转向,从而实现对 AGV 相应的导航控制,相邻站点之间通过驱动电机的编码器对行进距离和方向进行精确控制。

QR 码是一类矩阵式二维码,其符号由功能图形和编码区域组成。每个 QR 码都有 3 个相同的位置探测图形,分别位于符号的左上角、右上角和左下角,如图 1 所示。

基于QR码的视觉导航AGV系统

每个位置探测图形可以看作是由 3 个重叠的同心正方形组成。在 QR 码符号中,遇到类似探测图形的可能性极小,因此 QR 码可以在视场中迅速地识别,并准确地确定视场中符号的位置和方向。利用位置探测图形确定 AGV 的站点误差。


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