[發明專利]基于多目視覺和慣導的導引裝置、地標布局及導引方法

有效

• 申請號: 201710001270.8
• 申請日: 2017-01-03
• 公開（公告）號: CN106774335B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 武星;樓佩煌;張穎;張建鵬;錢曉明;金鵬;陳華;何珍
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 32237 江蘇圣典律師事務所
• 代理人: 賀翔

本發明公開了一種基于多目視覺和慣導的導引裝置、地標布局及導引方法，屬于自動化控制領域。該導引裝置包括車體兩側傾斜向下的攝像機、車體中心垂直向下的攝像機、車體頂部的慣性測量單元、車體前側的障礙物傳感器、車體底部的射頻讀卡器以及電連接上述部件的導引控制器。在自動導引車（AGV）運行路徑兩側布置有色導引標線，在導引標線上布置位置重合的射頻標簽和有色定位標識。AGV的導引方法包括在兩側導引標線的中間區域所進行的區域通行導航以及跟隨一側導引標線所進行的路徑跟蹤導引，具有跨區域的遠程運動靈活性和區域內的目標定位精確性。

技術領域

本發明屬于自動化控制中的移動機器人導航技術領域，具體指代一種基于多目視覺和慣導的導引裝置、地標布局及導引方法。

背景技術

自動導引技術的研究始于20世紀50年代的美國，1954年Barret Electronics公司研制了第一臺用于貨物輸送的自動導引車，隨后自動導引車的應用擴展到工業生產領域。1974年瑞典的Volvo Kalmar轎車裝配廠采用自動導引車作為自動裝配線的載運工具。從八十年代開始，美國國防部開始了地面無人作戰平臺的研究，主要針對適應不同地形的自主導航的智能車輛。

自動導引技術始終是自動導引車和智能車輛領域研究的核心技術，目前比較常用的導引技術有電磁導引、磁帶導引、光學導引、激光導引和慣性導引等。每種導引技術都有各自的優勢和不足，面向不同的應用領域：

(一)、電磁導引、磁帶導引和光學導引：其主要用于固定路徑導引方式，需要預先在地面鋪設用于指示自動導引車跟蹤目標的導引路徑，自動導引車通過電磁感應或磁感應或光感應傳感器，測量車體相對于導引路徑的位置偏差，通過實時消除位置偏差保證車體沿導引路徑運行，但在固定路徑導引方式下，自動導引車不能顯著偏離導引路徑，否則會因傳感器丟失導引信號而導致路徑跟蹤失敗。

(二)、激光導引：其可用于自由路徑導引方式，但需要預先在三維空間(如墻壁)布置用于反射激光信號且位置已知的反射信標。自動導引車的頂部安裝有激光導航雷達，該雷達在360°全方向上不斷發射激光信號，激光信號遇到反射信標后會被反射回該雷達。如果激光導航雷達在同一位置可掃描到三個以上的反射信標，根據三角定位原理可計算出車體在二維平面內的位置坐標，實現自動導引車的自定位。針對目標點的位置坐標，通過路徑規劃可生成自動導引車的運行軌跡，通過軌跡跟蹤控制車體向目標點運行。在自由路徑導引方式下，理論上自動導引車不存在固定的運行路徑，只要能同時掃描到三個以上的反射信標，車體可位于二維平面內的任意位置。然而，由于普通輪式移動車輛受到非完整約束，自動導引車的運行軌跡還是受到其機動性的限制，并不能處于二維平面內的任意位置。另外，激光導航雷達的關鍵技術被少數國外公司所壟斷，價格昂貴，且其應用環境要求激光信號掃描空間內不能存在太多阻隔信號反射的障礙物。

(三)、慣性導引：IMU(慣性測量單元)由多組陀螺儀和加速度計組成，可分別測量AGV車體的轉動角加速度和平移加速度，從而估算AGV相對于參考點的位置和姿態。由于該方法需對上述加速度進行兩次積分，其定位誤差隨著AGV運行距離的增加而不斷增大，因此， 一般利用其他絕對定位方法(如GPS或定位磁釘)，每隔一定預設距離消除一次累計定位誤差。然而，采用GPS的絕對定位精度不高，而采用定位磁釘的絕對定位則將AGV限制于事先確定的固定運行路徑上，導航靈活性較差。

綜合所述，目前廣泛應用的自動導引技術難以在定位精度、導引靈活性、運行可靠性和設備成本等多種指標之間取得較好的協調匹配，因此，融合多種導引技術的組合導引方法還需進一步研究。

發明內容

針對于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于多目視覺和慣導的導引裝置、地標布局及導引方法，以解決現有技術中各種導引技術均存在不足，出現導航靈活性差、定位精度不高、運行可靠性差等問題。