CN110069065B

CN110069065B - 一种基于激光导航与图片识别的agv站点定位系统

Info

Publication number: CN110069065B
Application number: CN201910335798.8A
Authority: CN
Inventors: 梁毅军; 许照烜
Original assignee: Hefei Ke Jin Automation Polytron Technologies Inc
Current assignee: Hefei Ke Jin Automation Polytron Technologies Inc
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2019-04-24
Publication date: 2022-05-27
Anticipated expiration: 2039-04-24
Also published as: CN110069065A

Abstract

本发明公开了一种基于激光导航与图片识别的AGV站点定位系统，包括AGV部分和站点部分；所述AGV部分包括AGV车体、激光雷达、可见光摄像机和工控PC，且工控PC用来控制AGV车体移动；所述站点部分包括多个站点和回型标识，每个所述站点上均贴合有回型标识，在AGV车体的移动过程中可见光摄像机对回型标识进行拍摄识别，并且通过定位算法对当前回型标识所对应的站点进行定位。本发明通过可见光摄像机对回型标识进行拍照，并且通过工控PC内的定位算法，对拍摄得到的回型标识进行定位，从而确定该站点为所有站点的几号站点，使得在激光导航和可见光摄像机图像检测的同时工作模式下，更好的进行AGV站点定位工作。

Description

一种基于激光导航与图片识别的AGV站点定位系统

技术领域

本发明涉及AGV导航和定位技术领域，具体为一种基于激光导航与图片识别的AGV站点定位系统。

背景技术

现有技术中，申请号为“CN105388899B”的一种基于二维码图像标签的AGV导航控制方法，申请号为“CN105404842B”的基于地标二维码的AGV定位定向及测速方法，申请号为“CN107144852A”的面向AGV的全局分层定位系统和方法，申请号为“CN107943051A”的基于二维码导引与可见光定位的室内AGV导航方法及系统，以及申请号为“CN108592906A”的基于二维码和惯性传感器的AGV复合导航方法，上述专利均采用二维码图像标签进行导航和定位。

但是上述采用二维码进行导航定位的方式均存在一定的问题和缺陷：1、目前基于视觉导航的AGV系统通常使用二维码或者自定义二维码来标记站点，二维码或者自定义二维码的内容相对复杂，而且现场部署中标记的尺寸大小受到一定的限制，在此情况下，如果拍摄距离较远，识别比较困难；2、如果使用二维码或者或者自定义二维码来标记站点，在站点张贴标记的时候需要和系统控制软件中的站点进行一一对应的标识，如果对应错误，则系统不能正常工作，这对站点部署造成一定的困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于激光导航与图片识别的AGV站点定位系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于激光导航与图片识别的AGV站点定位系统，包括AGV部分和站点部分；

所述AGV部分包括AGV车体、激光雷达、可见光摄像机和工控PC，所述激光雷达、可见光摄像机和工控PC均安装设置于AGV车体上，所述工控PC用来接收处理激光雷达和可见光摄像机数据，且工控PC用来控制AGV车体移动；

所述站点部分包括多个站点和回型标识，每个所述站点上均贴合有回型标识；

在AGV车体的移动过程中可见光摄像机对回型标识进行拍摄识别，并且通过定位算法对当前回型标识所对应的站点进行定位；

所述定位算法包括：

S1、检测回型标识左上角点P1的坐标(x1，y1)和左下角点P2的坐标(x2，y2)；

S2、如果可见光摄像机的摄像头的像素分辨率是(w，h)，且摄像头的水平视角是A，垂直角度是B；

则P1对应的垂直视角是：

B1＝atan(2(y1-h/2)*tan(B/2)/h)；

P1对应的水平视角为：

A1＝atan(2(x1-w/2)*tan(A/2)/w)；

同理，P2对应的垂直视角是：

B2＝atan(2(y2-h/2)*tan(A/2)/H)；

S3、P1到摄像头的Z方向距离可以使用以下公式计算：

Z1＝Hmark/(1/tan(B1)-1/tan(B2))，其中Hmark是事先已知的回型标识的高度；

S4、已知Z，则P1相对于摄像头的坐标为：(X1，Y1，Z1)＝(Z1*tan(A1)，Z1*tan(B1)，Z1)；

S5、假设摄像头到AGV车体的坐标转换矩阵为T1，AGV车体当前到绝对场景的转换矩阵为T2，那么回型标识在绝对场景下的坐标(X0,Y0,Z0)为:

[X0Y0Z0 1]＝[X1Y1Z1 1]*T1*T2；

S6、AGV的工控PC系统中存放所有站点的位置，假设第i号站点的位置是(Xi，Yi，Zi)；

S7、上述求解出来的回型标识的绝对坐标是(X0，Y0，Z0)，对于所有的i，(Xj，Yj，Zj)与(X0，Y0，Z0)之间的距离最小，则可以认为当前的站点是第j号站点。

优选的，在S1中，也可以采用回型标识的右上角点和右下角点。

优选的，在S1中，由于左上角点P1和左下角点P2是垂直的，所以x1＝x2。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用简单的回型黑白方框来代替二维码进行使用，使得在使用相同的可见光摄像机时，在大致同等距离的情况下，由于形状简单，本系统采用的回型标识要比二维码容易识别得多，更加便于使用图像检测的方式完成定位。

本发明不再需要使用复杂的二维码，也取消了对现场部署中标识尺寸的限制，在较远的情况下也可以进行识别，而且不再需要在站点张贴标识的时候将系统控制软件中的站点进行一一对应，减轻了站点部署的难度。

本发明通过可见光摄像机对回型标识进行拍照，并且通过工控PC内的定位算法，对拍摄得到的回型标识进行定位，从而确定该站点为所有站点的几号站点，使得在激光导航和可见光摄像机图像检测的同时工作模式下，更好的进行AGV站点定位工作。

附图说明

图1为一个仅仅包含A12三个简单字符的二维码示意图；

图2为本发明的回型标识结构示意图；

图3为本发明的AGV部分结构示意图。

图中：1AGV车体、2激光雷达、3可见光摄像机、4工控PC、5回型标识。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：

一种基于激光导航与图片识别的AGV站点定位系统，包括AGV部分和站点部分。

AGV部分包括AGV车体1、激光雷达2、可见光摄像机3和工控PC 4，激光雷达2、可见光摄像机3和工控PC 4均安装设置于AGV车体1上，工控PC4用来接收处理激光雷达2和可见光摄像机3数据，且工控PC 4用来控制AGV车体1移动，工控PC 4构成了AGV的处理系统，也可以由多台工控PC机或者工控板构成，负责处理激光雷达2和可见光摄像机3获取的数据，工控PC 4选用嵌入式的工业主机型号为CBW-B101，工控PC 4的硬件部分是基于嵌入式处理器的电脑平台，包括彩色触摸屏显示、以太网络接口及两个串行通信接口、8路模拟量输入、4路开关量输出、内置MIC和小型扬声器等外围设备，相当于一台特制的、小型化的个人计算机，功能上更强大，更适合工业、商业环境下应用，激光雷达2选用北醒北京光子科技有限公司的CE30固态面阵激光雷达，可以配合工控PC 4,进行激光导航，带动AGV车体1进行移动，可见光摄像机3选用深圳紫光积阳科技有限公司的ACC-AJ200型可见光系列摄像机，便于对拍照图像进行处理。

站点部分包括多个站点和回型标识5，每个站点上均贴合有回型标识5，结构如说明书附图2所示，回型标识5为黑白间隔的回型结构，内白外黑，便于远距离的拍照识别，在说明书附图1所示，一个仅仅包含3个字母的二维码，可以看出是比较复杂的，而说明书附图2是本系统使用简单标识，由于形状简单，在距离较远的情况下也容易定位识别，并且所有的站点使用相同的标识，便于部署。

在AGV车体1的移动过程中可见光摄像机3对回型标识5进行拍摄识别，并且通过定位算法对当前回型标识5所对应的站点进行定位。

定位算法包括：

S1、检测回型标识5左上角点P1的坐标(x1，y1)和左下角点P2的坐标(x2，y2)，由于左上角点P1和左下角点P2是垂直的，所以x1＝x2；

检测点时，也可以采用回型标识5的右上角点和右下角点。

S2、如果可见光摄像机3的摄像头的像素分辨率是(w，h)，且摄像头的水平视角是A，垂直角度是B；

则P1对应的垂直视角是：

B1＝atan(2(y1-h/2)*tan(B/2)/h)；

P1对应的水平视角为：

A1＝atan(2(x1-w/2)*tan(A/2)/w)；

同理，P2对应的垂直视角是：

B2＝atan(2(y2-h/2)*tan(A/2)/H)；

S3、P1到摄像头的Z方向距离可以使用以下公式计算：

Z1＝Hmark/(1/tan(B1)-1/tan(B2))，其中Hmark是事先已知的回型标识(5)的高度；

S5、假设摄像头到AGV车体1的坐标转换矩阵为T1，AGV车体1当前到绝对场景的转换矩阵为T2，那么回型标识5在绝对场景下的坐标(X0,Y0,Z0)为:

[X0Y0Z0 1]＝[X1Y1Z1 1]*T1*T2；

S6、AGV的工控PC 4系统中存放所有站点的位置，假设第i号站点的位置是(Xi，Yi，Zi)；

S7、上述求解出来的回型标识5的绝对坐标是(X0，Y0，Z0)，对于所有的i，(Xj，Yj，Zj)与(X0，Y0，Z0)之间的距离最小，则可以认为当前的站点是第j号站点。

通过上述定位算法，以及激光雷达2和工控PC 4的系统计算，在各个站点可以使用统一的简单回型标识5时，也仍然可以完成站点的识别与定位，不再需要使用每个站点不同的二维码去进行识别定位。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种基于激光导航与图片识别的AGV站点定位系统，包括AGV部分和站点部分；

所述AGV部分包括AGV车体(1)、激光雷达(2)、可见光摄像机(3)和工控PC(4)，所述激光雷达(2)、可见光摄像机(3)和工控PC(4)均安装设置于AGV车体(1)上，所述工控PC(4)用来接收处理激光雷达(2)和可见光摄像机(3)数据，且工控PC(4)用来控制AGV车体(1)移动；

其特征在于：所述站点部分包括多个站点和回型标识(5)，每个所述站点上均贴合有回型标识(5)；

在AGV车体(1)的移动过程中可见光摄像机(3)对回型标识(5)进行拍摄识别，并且通过定位算法对当前回型标识(5)所对应的站点进行定位；

所述定位算法包括：

S1、检测回型标识(5)左上角点P1的坐标(x1，y1)和左下角点P2的坐标(x2，y2)；

S2、如果可见光摄像机(3)的摄像头的像素分辨率是(w，h)，且摄像头的水平视角是A，垂直角度是B；

则P1对应的垂直视角是：

B1＝atan(2(y1-h/2)*tan(B/2)/h)；

P1对应的水平视角为：

A1＝atan(2(x1-w/2)*tan(A/2)/w)；

同理，P2对应的垂直视角是：

B2＝atan(2(y2-h/2)*tan(A/2)/H)；

S3、P1到摄像头的Z方向距离可以使用以下公式计算：

S5、假设摄像头到AGV车体(1)的坐标转换矩阵为T1，AGV车体(1)当前到绝对场景的转换矩阵为T2，那么回型标识(5)在绝对场景下的坐标(X0,Y0,Z0)为:

[X0 Y0 Z0 1]＝[X1 Y1 Z1 1]*T1*T2；

S6、AGV的工控PC(4)系统中存放所有站点的位置，假设第i号站点的位置是(Xi，Yi，Zi)；

S7、上述求解出来的回型标识(5)的绝对坐标是(X0，Y0，Z0)，对于所有的i，(Xj，Yj，Zj)与(X0，Y0，Z0)之间的距离最小，则可以认为当前的站点是第j号站点。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光导航与图片识别的AGV站点定位系统，其特征在于：在S1中，也可以采用回型标识(5)的右上角点和右下角点。

3.根据权利要求1所述的一种基于激光导航与图片识别的AGV站点定位系统，其特征在于：在S1中，由于左上角点P1和左下角点P2是垂直的，所以x1＝x2。