專利名稱：自動引導(dǎo)車的視覺引導(dǎo)方法及其自動引導(dǎo)電動車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于物流系統(tǒng)的智能型工業(yè)搬運(yùn)車輛的自動引導(dǎo)方法及采用該自動引導(dǎo)方法的智能型電動車。
背景技術(shù)：
目前，用于物流系統(tǒng)的自動引導(dǎo)電動車(簡稱AGV)所采用的引導(dǎo)技術(shù)主要有埋線電磁感應(yīng)式、激光反射式、超聲反射式、光學(xué)反射式以及航跡推斷等。但是，上述各種AGV引導(dǎo)技術(shù)在路徑設(shè)置方法和成本、環(huán)境空間條件和尺寸、引導(dǎo)控制精度和柔性以及信息采集容量和內(nèi)容等方面，與基于視覺圖像識別引導(dǎo)方法相比都存在著很大的差別。其中，埋線電磁感應(yīng)式引導(dǎo)方式的引導(dǎo)路徑設(shè)置復(fù)雜、成本較高、路徑變更柔性較差；激光反射式引導(dǎo)方法雖然反射板的設(shè)置簡單、路徑的變更柔性好，但是對空間的無障性要求較高；航跡推斷引導(dǎo)方式的定位停車精度較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有的自動引導(dǎo)電動車在引導(dǎo)路徑設(shè)置上的復(fù)雜性、對環(huán)境無障礙性和清潔性要求較高及定位停車精度較低的缺點(diǎn)，提供一種視覺引導(dǎo)方法，及采用該方法的智能型自動引導(dǎo)電動車，使其更具運(yùn)動的靈活性和準(zhǔn)確性。
本發(fā)明自動引導(dǎo)車的視覺引導(dǎo)方法是通過設(shè)置在自動引導(dǎo)車上的CCD攝像機(jī)攝取在地面敷設(shè)的運(yùn)行路徑標(biāo)線、工位地址編碼標(biāo)識符和加速、減速、停車轉(zhuǎn)向的運(yùn)行狀態(tài)控制標(biāo)識符，與攝像機(jī)相聯(lián)的計(jì)算機(jī)根據(jù)攝取的圖像信息，通過圖像識別算法程序?qū)ζ溥M(jìn)行智能化識別，獲得車體與運(yùn)行路徑標(biāo)線的位置偏差和方向偏差參數(shù)、工位地址及運(yùn)行狀態(tài)控制信息，據(jù)此，計(jì)算機(jī)發(fā)出相應(yīng)的控制信號給與車輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)相聯(lián)接的控制器，以實(shí)現(xiàn)對自動引導(dǎo)車按設(shè)定的路徑、工位地址及加速、減速、停車的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的控制。
采用本發(fā)明視覺引導(dǎo)方法的裝有CCD攝像機(jī)的自動引導(dǎo)電動車是在車體中部兩側(cè)設(shè)置分別受計(jì)算機(jī)控制的左、右車輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)，即左車輪通過與其連接的左驅(qū)動電機(jī)、左電機(jī)控制器與計(jì)算機(jī)控制聯(lián)接，右車輪通過與其連接的右驅(qū)動電機(jī)、右電機(jī)控制器與計(jì)算機(jī)控制聯(lián)接，設(shè)置在左、右驅(qū)動電機(jī)軸上的光電編碼器與計(jì)算機(jī)相聯(lián)接；在車體的四角分別設(shè)置有彈性可壓縮機(jī)構(gòu)的萬向角輪。
本發(fā)明智能型電動車的自動引導(dǎo)方法，其引導(dǎo)路徑設(shè)置簡單、系統(tǒng)柔性程度高，視覺圖象識別運(yùn)行路徑、工位地址和運(yùn)行控制狀態(tài)的信息容量大，定位停車精度高和多路徑運(yùn)行選擇靈活；本發(fā)明自動引導(dǎo)電動車在其結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，提高了車輛工作的靈活性、可靠性和運(yùn)行的安全性。


圖1是本發(fā)明智能型自動引導(dǎo)車的主視示意圖。
圖2是本發(fā)明智能型自動引導(dǎo)車的府視示意圖。
圖3是車輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)示意圖。
圖4是CCD攝像機(jī)支架結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是電源系統(tǒng)電路原理圖。
圖6是控制系統(tǒng)硬件電路原理圖。
圖7是路徑標(biāo)線設(shè)置方法示意圖。
圖8是工位地址編碼標(biāo)志示意圖。
圖9是狀態(tài)控制標(biāo)識符設(shè)置方法圖。
圖10是自動引導(dǎo)方法的圖像信息標(biāo)識系統(tǒng)示意圖。
圖11是圖像信息類型判別程序流程圖。
圖12是二維圖像路徑標(biāo)線參數(shù)圖。
圖13是路徑標(biāo)線圖像識別程序流程圖。
圖14是野點(diǎn)剔除算法原理圖。
圖15是加速、減速和停車標(biāo)識符特征識別示意圖。
圖16是直角轉(zhuǎn)彎標(biāo)識符特征識別示意圖。
圖17是工位地址編碼標(biāo)示符特征識別示意圖。
圖18是工位地址編碼標(biāo)示符識別程序流程圖。
圖19是自動上線程序流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖實(shí)施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
參照圖1至圖5，圖中1.車體 2.警示燈 3.載貨平臺 4.CCD攝像機(jī) 5.攝像照明燈6.總電源開關(guān)與充電接頭 7.轉(zhuǎn)向燈 8.故障診斷接頭 9.計(jì)算機(jī)電源鑰匙開關(guān) 10.控制方式選擇開關(guān) 11.控制鍵盤 12.顯示器 13.計(jì)算機(jī)電源控制開關(guān) 14.驅(qū)動系統(tǒng)電源控制開關(guān)15.蓄電池 16.左車輪驅(qū)動機(jī)構(gòu) 17.蓄電池 18.狀態(tài)監(jiān)視指示燈 19.起/?？刂瓢粹o 20.前面板 21.避障傳感器 22.彈性萬向角輪 23.蓄電池 24.控制箱 25.遙控接收器 26.右車輪驅(qū)動機(jī)構(gòu) 27.數(shù)傳電臺 28.計(jì)算機(jī) 29.蓄電池 30.后面板。31光電編碼器 32.電磁制動器 33.驅(qū)動電機(jī) 34.驅(qū)動輪支架 35.車輪 36.減速器 37.CCD支架 38.T型導(dǎo)軌39.滑槽 40.支架固定螺釘 41.導(dǎo)軌固定螺釘 42.CCD支架上支板，43.CCD支架下支板。
車體1是由角鋼或方型管焊接成的矩形框架。在車體1中部左右兩側(cè)同軸線、并行設(shè)置分別受計(jì)算機(jī)28控制的左車輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)16和右車輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)26。車輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)是由驅(qū)動電機(jī)33、電磁制動器32、光電編碼器31.減速器36及車輪35組成，即左側(cè)輪通過與其連接的左驅(qū)動電機(jī)、左電機(jī)控制器與計(jì)算機(jī)28控制聯(lián)接，由車輪與其連接的右驅(qū)動電機(jī)、右電機(jī)控制器28控制聯(lián)接。以定位聯(lián)接方式與車體1固定。在車體1的四角裝有4個(gè)具有彈性機(jī)構(gòu)的彈性萬向腳輪22。
以車體1的縱向?qū)ΨQ平面和車體1的橫向?qū)ΨQ平面的交線為基準(zhǔn)，在接近載貨平臺3的下方，使CCD攝像機(jī)4的光軸處在車體1的縱向?qū)ΨQ平面內(nèi)，并使其或與以上兩平面的交線平行，或成一定角度安裝CCD攝像機(jī)4。CCD攝像機(jī)4安裝在CCD支架上支板42下面，攝像照明燈5安裝在CCD支架下支板43下面。CCD支架37的左右兩側(cè)固定板上設(shè)有圓弧形滑道39，可以調(diào)節(jié)CCD攝像機(jī)4的傾斜角度；同時(shí)，通過安裝在車體1上的兩個(gè)縱向?qū)к?8，可調(diào)節(jié)CCD攝像機(jī)4的前后位置。
在車體1的中部留有一定面積的攝像視野空間；在車體1的后部中間位置安裝有計(jì)算機(jī)28，與計(jì)算機(jī)28平行的左右兩側(cè)安裝有電池組15和29；在車體1的前部中間位置安裝有控制箱24，與控制箱24平行的左右兩側(cè)安裝有電池組17和23；前面板箱體20、后面板箱體30與車體1通過定位銷和鎖緊裝置與車體1連接，并可與車體1分離。在車體1的左側(cè)或右側(cè)裝有電池組的充電插頭6。
前面板箱體20和后面板箱體30的下部裝有碰撞緩沖器。前面板箱體20的中部裝有避障傳感器21；左、右兩側(cè)設(shè)有4個(gè)轉(zhuǎn)向指示燈7。在前面板箱體9的儀表板面上設(shè)有一組車輛運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測指示燈18，主要包括攝像照明燈狀態(tài)指示燈、蓄電池電壓狀態(tài)指示燈、控制箱溫度狀態(tài)指示燈、車輛遇障報(bào)警指示燈、工作狀態(tài)指示燈等。在后面板箱體30的儀表板面上設(shè)有控制鍵盤11、顯示器12、計(jì)算機(jī)電源控制開關(guān)13、驅(qū)動系統(tǒng)電源控制開關(guān)14、故障診斷接頭8、帶鎖的計(jì)算機(jī)電源鑰匙開關(guān)8和控制方式選擇開關(guān)10。在前、后面板箱體20、30的兩側(cè)分別設(shè)有4組起?？刂瓢粹o19。
蓄電池15和17串聯(lián)，通過總電源開關(guān)6，分別與控制箱24中的左電機(jī)控制器、右電機(jī)控制器的電源輸入端相聯(lián)接；蓄電池23和29串聯(lián)，分別與計(jì)算機(jī)及輸出電壓為24V、12V和5V的直流電源的輸入端相聯(lián)接。
蓄電池組15和17串聯(lián)后作為驅(qū)動系統(tǒng)電源，與左電機(jī)控制器、右電機(jī)控制器的工作電壓輸入端之間串聯(lián)有電源控制繼電器；在左電機(jī)控制器、右電機(jī)控制器工作電壓輸出端，分別與左或右驅(qū)動電機(jī)33之間串聯(lián)有分流器；在分流器兩端分別并聯(lián)引出兩個(gè)左、右驅(qū)動電機(jī)工作電流的測試端子。
參照圖6，所有輸入到計(jì)算機(jī)28的信號聯(lián)接方法為CCD攝像機(jī)4通過圖像采集卡與計(jì)算機(jī)28相聯(lián)；數(shù)字通訊電臺接收中央集中控制中心發(fā)出的控制信息或發(fā)射車輛運(yùn)行狀態(tài)信息，通過串行通訊口與計(jì)算機(jī)28相聯(lián)；與左或右驅(qū)動電機(jī)33同軸安裝的光電編碼器31所產(chǎn)生的脈沖信號通過計(jì)數(shù)卡與計(jì)算機(jī)28相聯(lián)；遙控接收器接收遙控器的發(fā)射信號，通過I/O卡與計(jì)算機(jī)28相聯(lián)；探測障礙物的避障傳感器21所產(chǎn)生的脈沖信號，通過I/O卡與計(jì)算機(jī)28相聯(lián)；起/停按鈕19的觸點(diǎn)一端接5V直流電源的輸出端，另一端通過I/O卡與計(jì)算機(jī)28相聯(lián)；監(jiān)測攝像照明燈工作狀態(tài)的光敏二極管所產(chǎn)生的光感脈沖信號，通過I/O卡與計(jì)算機(jī)28相聯(lián)；控制方式轉(zhuǎn)換開關(guān)10的觸點(diǎn)一端接5V直流電源的輸出端，另一端通過I/O卡與計(jì)算機(jī)28相聯(lián)。蓄電池組的工作電壓通過并聯(lián)在蓄電池組正、負(fù)極兩端的分壓電阻，將正常電壓值轉(zhuǎn)換為5V，通過A/D卡與計(jì)算機(jī)28相聯(lián)；控制箱24的溫度檢測傳感器的輸出電壓信號通過A/D卡與計(jì)算機(jī)28相聯(lián)。
參照圖6，所有由計(jì)算機(jī)28輸出的信號聯(lián)接為計(jì)算機(jī)28通過I/O卡的2個(gè)端口，分別與蓄電池組與左電機(jī)控制器、右電機(jī)控制器工作電壓輸入端之間串聯(lián)的電源控制固態(tài)繼電器的控制端子相聯(lián)；計(jì)算機(jī)28通過I/O卡的2個(gè)端口分別與左、右電機(jī)控制器的使能端子相聯(lián)，控制左或右驅(qū)動電機(jī)33的起/停；計(jì)算機(jī)28通過D/A卡的2個(gè)端口分別與左或右電機(jī)控制器的速度控制端子相聯(lián)，控制左或右驅(qū)動電機(jī)33的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向；計(jì)算機(jī)28通過I/O卡的2個(gè)端口分別與左或右轉(zhuǎn)向指示燈的控制繼電器的控制端子相聯(lián)；計(jì)算機(jī)28通過I/O卡的多個(gè)端口分別與攝像照明燈狀態(tài)指示燈、蓄電池電壓狀態(tài)指示燈、控制箱溫度狀態(tài)指示燈、計(jì)算機(jī)機(jī)箱溫度狀態(tài)指示燈、車輛脫線報(bào)警指示燈、工作狀態(tài)指示燈等相聯(lián)；計(jì)算機(jī)28通過I/O卡的1個(gè)端口與聲音報(bào)警器相聯(lián)；計(jì)算機(jī)28通過I/O卡的1個(gè)端口與攝像照明燈控制繼電器的控制端相聯(lián)。
參照圖7，路徑標(biāo)線的設(shè)置方法為以識別圖像形狀特征為條件，在規(guī)定的車輛運(yùn)行路線上，設(shè)置與路面有灰度差別、寬度小的連續(xù)型單線a或間斷型單線b；或以識別圖像顏色特征為條件，在規(guī)定的車輛運(yùn)行路線上，設(shè)置與路面有灰度差別、寬度大的車輛運(yùn)行通道顏色標(biāo)示區(qū)c。
參照圖8，工位地址標(biāo)志編碼的設(shè)置方法為在規(guī)定的車輛運(yùn)行路線上，設(shè)置與路面有灰度差別、以七段數(shù)碼的編排方式、用阿拉伯?dāng)?shù)字0-9組成的2位或多位數(shù)碼。
參照圖9，狀態(tài)控制標(biāo)識符的設(shè)置方法為在規(guī)定的車輛運(yùn)行路線上，設(shè)置與路面有灰度差別的三角形、圓形、直角形、方形或組合圖形。
參照圖10，由上述三大類圖形構(gòu)成了自動引導(dǎo)車輛基于機(jī)器視覺圖像識別引導(dǎo)方法的信息標(biāo)識系統(tǒng)，目的是為車輛運(yùn)行提供更多的控制信息，增加車輛控制的簡便性、融合性和多重性、。
以上述硬件配置和標(biāo)識信息方法為基礎(chǔ)，智能型自動引導(dǎo)車在行駛過程中，首先，采集圖像信息；然后，判斷當(dāng)前圖像信息中出現(xiàn)的標(biāo)識信息類型；再者，選擇合適的算法對圖像信息進(jìn)一步識別。
參照圖11，圖像信息類型的判別程序流程，判別方法如下對圖像進(jìn)行預(yù)處理后，首先間隔抽取圖像中的M行，對其進(jìn)行水平掃描，并記錄每行水平掃描得到的交點(diǎn)個(gè)數(shù)S。如果M行水平掃描遇到的交點(diǎn)的行數(shù)少于N行，則認(rèn)為車輛已經(jīng)掉線，啟動自動上線程序。
當(dāng)對圖像進(jìn)行水平掃描時(shí)，若累計(jì)得到的每行交點(diǎn)個(gè)數(shù)大于等于p的行數(shù)大于q行，并且在圖像的前、后連續(xù)出現(xiàn)幾行沒有交點(diǎn)，則可以判斷此圖像為工位地址編碼數(shù)字標(biāo)識圖像，如圖8中的數(shù)字編碼。
結(jié)合M行水平掃描的結(jié)果，可判斷圖像上部是否無路徑標(biāo)線。如果屬于此種情況，則進(jìn)入轉(zhuǎn)向判斷。即對圖像從左垂直掃描，判斷有無從左端開始的水平直線；若存在，則為直角左轉(zhuǎn)向圖像，如圖9中的直角形g狀態(tài)控制標(biāo)識符。
同理，可判斷是否為直角右轉(zhuǎn)圖像，如圖9中的直角形h狀態(tài)控制標(biāo)識符。此外，若掃描判斷的結(jié)果為規(guī)定的方形，則進(jìn)入分支路徑判斷處理過程。
當(dāng)排除了無標(biāo)識符圖像、數(shù)字標(biāo)識圖像、直角左轉(zhuǎn)向和直角右轉(zhuǎn)圖像之后，應(yīng)判斷圖像上、下端是否為路徑標(biāo)線。若不是路徑標(biāo)線，且圖像M行水平掃描結(jié)果中有連續(xù)多行寬線段，則進(jìn)入加速、減速和停車標(biāo)識符的識別，如圖9中的三角形d或e、圓形f狀態(tài)控制標(biāo)識符。
在排除上述情形后，則認(rèn)為出現(xiàn)了路徑標(biāo)線圖像，如圖7中的連續(xù)直線a形的路徑標(biāo)線。
在進(jìn)入直角轉(zhuǎn)向，加、減速，停車，數(shù)字編碼符圖像處理子程序之前，均要判斷這些圖像中的標(biāo)識符是否完整，否則，不進(jìn)入相應(yīng)子程序并放棄對圖像的處理。當(dāng)標(biāo)識符圖像不完整時(shí)，一律按直線進(jìn)行處理。
選取幾行進(jìn)行水平線掃描、采取動態(tài)閾值選取和野點(diǎn)剔除等人工智能算法，可達(dá)到提高識別的實(shí)時(shí)性與可靠性的目的。
參照圖12，智能型自動引導(dǎo)電動車由CCD攝像機(jī)4攝取二維路徑標(biāo)線圖像，通過計(jì)算機(jī)28的識別，可以同時(shí)獲取車輛相對于路徑標(biāo)線的橫向偏差Le和方向偏差α兩個(gè)參數(shù)。采用雙偏差輸入方法設(shè)計(jì)路徑跟蹤最優(yōu)控制器或模糊控制器。
參照圖13，路徑標(biāo)線的識別流程，其實(shí)質(zhì)是通過對路標(biāo)圖像處理得到擬合直線模型的兩個(gè)參數(shù)即橫向偏差Le和方向偏差α。識別過程為首先，在路徑標(biāo)線圖像中抽取幾行象素，對每行象素進(jìn)行灰度值分類處理，以合適的閾值將每行象素分成兩部分，即路徑標(biāo)線部分和其它部分。根據(jù)每行的閾值計(jì)算出每行的標(biāo)線位置，最后通過各行中標(biāo)線位置回歸出直線。
參照圖14，經(jīng)過上述步驟得到的M個(gè)水平掃描行標(biāo)線中點(diǎn)的坐標(biāo)，由于一些特殊情況會出現(xiàn)野點(diǎn)，即不是標(biāo)線中點(diǎn)的點(diǎn)被誤認(rèn)為是標(biāo)線上的點(diǎn)，這必將影響導(dǎo)航直線的回歸效果，為此必須進(jìn)行野點(diǎn)剔除。剔除野點(diǎn)采用等斜率方法，即依據(jù)同一條直線上的相鄰點(diǎn)的斜率應(yīng)大致相等的概念，而在野點(diǎn)處的斜率將有較大變化的特點(diǎn)進(jìn)行判別。具體方法是經(jīng)過對抽取的M行(本例M＝16)進(jìn)行水平掃描，找到與直線的交點(diǎn)為S個(gè)(本例S＝16)，共得到16組交點(diǎn)坐標(biāo)，記做(xi，yi)；由于當(dāng)路徑標(biāo)線垂直時(shí)，相鄰兩點(diǎn)之間的斜率為無窮大，故用相鄰兩點(diǎn)斜率的倒數(shù)作參考。定義點(diǎn)ai與ai+1間斜率為ki，令ki＝(Xi+1-xi)/(yi+1-yi)求得S-1個(gè)斜率之后，再求斜率絕對值的最大值，記做kmax，將斜率絕對值從
分成間隔很小的區(qū)間。由于直線上大部分相鄰點(diǎn)之間的斜率的倒數(shù)相差很小，因此，在算法中如果在某個(gè)區(qū)間中斜率倒數(shù)值落在該區(qū)間中個(gè)數(shù)很多。那么，可以認(rèn)為形成這些斜率倒數(shù)所對應(yīng)的點(diǎn)即為直線上的點(diǎn)，給予確認(rèn)記錄。若ki有效，就認(rèn)為ai點(diǎn)是直線上的點(diǎn)。否則，將視為野點(diǎn)被剔除。
參照圖15，加、減速(三角形)，停車(圓形)標(biāo)識符具有以下兩個(gè)特點(diǎn)(1)圖像上下方都有路徑標(biāo)線。
(2)采取水平掃描，掃描線被標(biāo)識符邊緣截取的線段長度變化規(guī)律不同。
具體識別算法如下第一步判斷標(biāo)識符前后均有直線出現(xiàn)。
采取水平抽行掃描的方法，間隔m行抽取一行，得到一個(gè)關(guān)于掃描線截得的線段寬度的數(shù)組。如果前n行中的s行水平掃描中和后n行的s行水平掃描中，都有k行找到路徑標(biāo)線，則表明圖像上方和下方都找到了路徑標(biāo)線。
第二步將線段寬度的數(shù)組分組。
將線段寬度的數(shù)組中大于兩倍線寬的寬度值重新排成一個(gè)數(shù)組，設(shè)個(gè)數(shù)為j個(gè)，記做數(shù)組Lw(j)令ave1＝(Lw(3)+Lw(4)+Lw(5))/3ave2＝(Lw(j/2)+Lw(j/2+1)+Lw(j/2+2))/3ave3＝(Lw(j-5)+Lw(j-4)+Lw(j-3))/3ave1代表標(biāo)識符前部平均寬度；ave2代表標(biāo)識符中部平均寬度；ave3代表標(biāo)識符后部平均寬度。
第三步從線段寬度的變化規(guī)律來，判斷為何種標(biāo)識符。
加速標(biāo)識符變化規(guī)律為大＞中＞??；減速標(biāo)識符變化規(guī)律為?。局校敬?；停車標(biāo)識符變化規(guī)律為小＞大＞小。
觀察ave1，ave2，ave3哪一個(gè)是最大值，如果ave1是最大值，標(biāo)識符為減速符；如果ave2是最大值，標(biāo)識符為停車符；如果ave3是最大值，標(biāo)識符為加速符。判斷完畢后，控制器向左右驅(qū)動輪輸出合適的D/A值或進(jìn)行繼電器控制操作，使車輛實(shí)現(xiàn)預(yù)定速度行駛或停車。
參照圖16，直角轉(zhuǎn)彎標(biāo)識符具有以下特點(diǎn)(1)圖像上方空缺，沒有路徑標(biāo)線。
(2)從兩側(cè)起，垂直多行掃描能找到許多個(gè)等線寬的線段。
(3)從兩側(cè)起，垂直多行掃描能找到的線段的中點(diǎn)回歸的直線大致水平。
根據(jù)直角轉(zhuǎn)彎標(biāo)識符的特點(diǎn)，識別算法分三步第一步水平抽行掃描，判斷是否圖像上方是否存在路徑標(biāo)線。
第二步分別從圖像的兩側(cè)，縱向抽行掃描尋找路徑標(biāo)線上的直線段。
第三步將直線段的中點(diǎn)回歸，確認(rèn)回歸之后是否為水平線。具體的識別算法如下
首先，水平抽行掃描，間隔m行抽一行，如果對前n行中的s行水平掃描中，有t行沒找到路徑標(biāo)線，則表明圖像上方?jīng)]有路徑標(biāo)線。
其次，從圖像左側(cè)開始，每隔r列抽取一列垂直掃描，共抽取z列。對圖像垂直掃描尋，尋找滿足i倍線寬的線段。如果發(fā)現(xiàn)在從左側(cè)開始的z列中，有x列以上是i倍線寬的線段，則對直線段的中點(diǎn)進(jìn)行回歸?；貧w后判斷是否水平，如果是水平，就表明出現(xiàn)了直角左轉(zhuǎn)彎標(biāo)識符。
若左側(cè)掃描未發(fā)現(xiàn)上述情況后，則從圖像右側(cè)開始掃描。每隔r列抽取一列，共抽取z列。其后處理方法類似左轉(zhuǎn)標(biāo)識符識別。
當(dāng)識別出直角左轉(zhuǎn)或直角右轉(zhuǎn)標(biāo)識符后，啟動直角轉(zhuǎn)向車輛控制程序。
同理，對于分支路徑標(biāo)識符(方形)可以根據(jù)垂直和水平掃描寬度等的特點(diǎn)進(jìn)行判別，并通過與控制中心之間的信息通訊來決定車輛的行駛方向。
參照圖17，工位地址編碼(如圖8所示)的標(biāo)識是采用沿車輛行駛方向設(shè)置兩位長方形數(shù)字的方式。工位數(shù)字符的圖像有以下特點(diǎn)(1)圖像上端和下端有路徑標(biāo)線。
(2)路徑標(biāo)線與數(shù)字之間均存在空缺。
(3)數(shù)字大小一定，則兩個(gè)空缺之間間隔的行距一定。
(4)路徑標(biāo)在兩個(gè)工位數(shù)字的中央。
(5)采用水平掃描方法掃描圖像的不同部位，獲得的交點(diǎn)數(shù)目個(gè)數(shù)不同。
根據(jù)上述特點(diǎn)，數(shù)字工位識別算法的步驟是首先，采集圖像，進(jìn)行平滑處理。
其次，判斷該幅圖像中是否有完整的數(shù)字；如果存在，則將根據(jù)先驗(yàn)知識，如圖像的大致大小比例，提取數(shù)字工位符。如果不存在數(shù)字，則進(jìn)入其他圖像識別子程序。
再者，利用路徑標(biāo)線是兩個(gè)數(shù)字的對稱線的特征，將數(shù)字分割。
最后，對單個(gè)分割數(shù)字進(jìn)行識別并合并。
參照圖18，工位地址編碼的識別算法程序流程如圖所示。
參照圖19，自動上線程序流程如圖所示。自動上線過程主要包括兩個(gè)步驟第一步車輛在直線前進(jìn)或直線后退過程中找到路徑標(biāo)線，而且側(cè)向偏差小于50mm時(shí)停車。
第二步啟動車輛原地轉(zhuǎn)向，車輛動態(tài)尋找直線。當(dāng)直線與車輛的對稱軸的夾角小于3°時(shí)，車輛停止運(yùn)動。此時(shí)，車輛已經(jīng)轉(zhuǎn)正車身，自動上線過程完畢。車輛進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。
在路徑標(biāo)線附近起車時(shí)，AGV應(yīng)能自動找到路徑標(biāo)線并擺正，然后，自動運(yùn)行。當(dāng)車輛因故掉線后，將自動停車，操作人員按下啟動鍵后，它也應(yīng)能自動上線。初次起車或在車輛掉線狀態(tài)下，若在操作方式為自動方式時(shí)，按下起動按鈕，自動上線程序啟動。
在上述圖像信息識別的基礎(chǔ)上，對自動引導(dǎo)車輛的控制如下
計(jì)算機(jī)28控制圖像采集系統(tǒng)攝取運(yùn)行路徑標(biāo)線圖像，通過相應(yīng)的圖像識別算法程序?qū)D像信息進(jìn)行處理，可獲得AGV與運(yùn)行路徑標(biāo)線之間的位置偏差和方向偏差參數(shù)。計(jì)算機(jī)28通過I/O和A/D卡發(fā)出相應(yīng)的信號給控制器，以分別調(diào)節(jié)左、右兩驅(qū)動車輪的旋轉(zhuǎn)速度，實(shí)現(xiàn)對路徑標(biāo)線的跟蹤。
根據(jù)圖像采集系統(tǒng)攝取的工位地址編碼標(biāo)示符或運(yùn)行狀態(tài)控制標(biāo)識符，通過相應(yīng)的圖像識別算法程序?qū)D像信息進(jìn)行處理，由計(jì)算機(jī)28對車輛的加速、減速或停車進(jìn)行相應(yīng)的控制。
根據(jù)圖像采集系統(tǒng)攝取的轉(zhuǎn)向控制信息，如直角轉(zhuǎn)彎、分支路徑標(biāo)示符，通過相應(yīng)的圖像識別算法程序?qū)D像信息進(jìn)行處理，計(jì)算機(jī)28通過車輪驅(qū)動控制器，可控制兩驅(qū)動車輪以不同速度相同方向旋轉(zhuǎn)，能實(shí)現(xiàn)車輛的不同轉(zhuǎn)動方向、轉(zhuǎn)向角度及轉(zhuǎn)動半徑的曲線運(yùn)動；而且，當(dāng)控制兩驅(qū)動車輪以相同速度、不同方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以達(dá)到原地轉(zhuǎn)向的目的。
通過在車輛內(nèi)部設(shè)置數(shù)字通訊收、發(fā)電臺27，實(shí)現(xiàn)控制中心與車載計(jì)算機(jī)5之間的信息交換，對車輛運(yùn)行的分支路徑、目的工位和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程集中調(diào)度管理。
通過在車輛內(nèi)部設(shè)置的遙控信號接受器25，對車輛進(jìn)行遙控。
在車輛的前端安裝有避障傳感器21，在前面板20、后面板30下部裝有碰撞停車開關(guān)。避障傳感器用于探測車輛運(yùn)行前方的障礙物，它為車輛提供安全運(yùn)行的控制信息。而碰撞停車開關(guān)主要用于車輛發(fā)生碰撞時(shí)自動控制停車，以減少碰撞所造成的損失。
在車輛的前面板上設(shè)有多各車輛技術(shù)狀態(tài)指示燈5，由計(jì)算機(jī)根據(jù)檢測到的信息進(jìn)行邏輯判斷的結(jié)果，控制指示燈的亮滅。后面板上設(shè)置有顯示器11、鍵盤12和各種控制開關(guān)或按鈕8、9、10、13和14，可以輸入各種控制指令，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話。在車輛的四角分別設(shè)有起?？刂瓢粹o19，其目的是提高車輛控制操作的方便性。
在車輛四角、車架底部分別安裝4個(gè)有彈性可壓縮機(jī)構(gòu)的萬向腳輪。它們除了具有承重作用外，還可以在重力的作用下調(diào)節(jié)由于地面不平造成的車輛前后兩端與地面之間的相對距離，以保持驅(qū)動輪與地面的接觸，使驅(qū)動輪與地面之間獲得足夠的附著力。
權(quán)利要求
1.一種由計(jì)算機(jī)控制的自動引導(dǎo)車的視覺引導(dǎo)方法，其特征在于是通過設(shè)置在自動引導(dǎo)車上的CCD攝像機(jī)攝取在地面敷設(shè)的運(yùn)行路徑標(biāo)線、工位地址編碼標(biāo)識符和加速、減速、停車、轉(zhuǎn)向的運(yùn)行狀態(tài)控制標(biāo)識符，與攝像機(jī)相聯(lián)的計(jì)算機(jī)根據(jù)攝取的圖像信息，通過圖像識別算法程序?qū)ζ溥M(jìn)行智能化識別，獲得車體與運(yùn)行路徑標(biāo)線位置偏差和方向偏差參數(shù)、工位地址及運(yùn)行狀態(tài)控制信息，據(jù)此，計(jì)算機(jī)發(fā)出相應(yīng)的控制信號給與車輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)相聯(lián)接的控制器，以實(shí)現(xiàn)對自動引導(dǎo)車按設(shè)定的路徑、工位地址及加速、減速、停車的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動引導(dǎo)車的視覺引導(dǎo)方法，其特征在于所述的運(yùn)行路徑標(biāo)線是在規(guī)定的車輛運(yùn)行路線上設(shè)置與路面有灰度差別、寬度小的連續(xù)型單線(a)或間斷型單線(b)，或以識別圖像顏色特征為條件，設(shè)置與路面有灰度差別、寬度大的車輛運(yùn)行通道顏色標(biāo)示區(qū)(c)；所述的工位地址編碼是由與路面有灰度差別、以七段數(shù)碼的編排方式、用阿拉伯?dāng)?shù)字組成的兩位或多位數(shù)碼；所述的運(yùn)行狀態(tài)控制標(biāo)識符是由與路面有灰度差別的三角形(d、e)、圓形(f)、直角形(g、h)、方形(j)而組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動引導(dǎo)車的視覺引導(dǎo)方法，其特征在于在自動引導(dǎo)車上還設(shè)置有數(shù)傳電臺與計(jì)算機(jī)相聯(lián)或設(shè)置遙控接收裝置與計(jì)算機(jī)相聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線調(diào)度或手動遙控。
4.一種采用權(quán)利要求1所述的視覺引導(dǎo)方法的裝有CCD攝像機(jī)的自動引導(dǎo)電動車，其特征在于在車體(1)中部兩側(cè)設(shè)置分別受計(jì)算機(jī)(28)控制的左、右車輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)(16)、(26)，即左車輪通過與其連接的左驅(qū)動電機(jī)、左電機(jī)控制器與計(jì)算機(jī)(28)控制聯(lián)接，右車輪通過與其連接的右驅(qū)動電機(jī)、右電機(jī)控制器與計(jì)算機(jī)(28)控制聯(lián)接，設(shè)置在左、右驅(qū)動電機(jī)軸上的光電編碼器與計(jì)算機(jī)(28)相聯(lián)接；在車體(1)的四角分別設(shè)置有彈性可壓縮機(jī)構(gòu)的萬向角輪(22)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種自動引導(dǎo)電動車，其特征在于所述的CCD攝像機(jī)設(shè)置在車體縱向?qū)ΨQ剖面內(nèi)的中心線上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于物流系統(tǒng)的智能型工業(yè)搬運(yùn)車輛的自動引導(dǎo)方法及采用該自動引導(dǎo)方法的電動車。由計(jì)算機(jī)控制的自動引導(dǎo)車的視覺引導(dǎo)方法，是通過設(shè)置在自動引導(dǎo)車上的攝像機(jī)攝取在地面敷設(shè)的運(yùn)行路徑標(biāo)線、工位地址編碼標(biāo)識符和運(yùn)行狀態(tài)控制標(biāo)識符，與攝像機(jī)相聯(lián)的計(jì)算機(jī)，通過圖像智能化識別，獲得車體與運(yùn)行路徑標(biāo)線的位置偏差和方向偏差參數(shù)、工位地址及運(yùn)行狀態(tài)控制信息，據(jù)此，發(fā)出相應(yīng)的控制信號給車輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)控制器，以實(shí)現(xiàn)對自動引導(dǎo)車按設(shè)定的路徑、工位地址及加速、減速、停車的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的控制。采用上述視覺引導(dǎo)方法的裝有攝像機(jī)的自動引導(dǎo)電動車。其路徑設(shè)置方法簡單，系統(tǒng)柔性程度高，提高了車輛工作的靈活性、可靠性。
文檔編號B60R11/04GK1438138SQ03111168
公開日2003年8月27日 申請日期2003年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月12日
發(fā)明者王榮本, 儲江偉, 施樹明, 王志中, 劉國文, 張友坤, 初秀民, 郭烈, 金立生, 王超 申請人:吉林大學(xué), 長春吉大易飛智能車輛有限責(zé)任公司