基于二维码定位导航的两轮差速转向AGV设计

杨友良++胡少辉++赵丽宏++毛志强

摘 要：为了提高导引柔性，降低维护成本，将二维码技术应用到视觉导引AGV定位导航中。首先分析差速转向AGV运动学模型。将包含有坐标信息的二维码间隔一定距离粘贴到对应位置，车载工业相机捕捉到二维码图像后，返回二维码包含的AGV位置坐标并提取二维码特征点在图像坐标系中的坐标，通过坐标转换得到AGV位置偏差和角度偏差，进而对AGV两轮速度进行调整以实现纠偏，实验证明：基于二维码图像标签定位导航的视觉导引AGV定位精確，运行灵活稳定，可应用到作业现场。

关键词：二维码技术；视觉导引；差速转向AGV；定位导航

中图分类号：F253.9 文献标识码：A

Abstract： In order to improve the flexibility of navigation and reduce maintenance cost， two-dimensional code technology is applied to vision guided AGV positioning navigation. Firstly， the kinematic model of differential steering AGV is analyzed. Affixed the two-dimensional code contains coordinate information to the corresponding position at a certain distance， vehicle industrial camera to capture the two-dimensional code image， coordinate AGV coordinates return two-dimensional code contains two-dimensional code and extract the feature points in the image coordinate system， AGV position deviation and angle deviation obtained by coordinate transformation， and the two AGV the speed of adjustment to achieve rectification， prove that AGV car experiment： two-dimensional code label image positioning and navigation based on vision guided AGV precise positioning， flexible and stable operation， can be applied to the work site.

Key words： two-dimensional bar code technology； vision guidance； differential steering AGV； positioning navigation

0 引 言

自动导引车是一种以蓄电池为动力源，装有非接触控制导向装置的无人驾驶车辆，它可在出发地与目的地之间驾驶运行，广泛应用于自动化物流及柔性生产组织系统[1]。

国内的AGV研究起步较晚，随着经济发展与投入的加大，国内AGV技术发展迅速，AGV需求量居国际前列[2]。

根据导引方式的不同，AGV可分为激光导引、惯性导航、电磁导航、视觉导引等，激光导引成本较高，对环境要求较高。惯性导航成本较高，累积误差大。电磁导航与磁导航均需要埋设导引金属线，难以适应新的需求[3]。V—AGV利用CCD采集地面铺设的白色路标信息，经过对图像处理来识别路径，并根据车辆与路径轨迹之间相对位置的判断结果，来控制车辆运行方向的一种导引方式，由于计算机图形信息丰富，智能化水平较高，广泛应用于AGV自主导航[4]。

本文基于视觉导引方式，从降低维护成本，提高导引柔性出发，在系统中引入二维码技术，将包含有位置信息的二维码粘贴到对应地面坐标点，通过对车载工业相机拍摄到二维码图像识别处理进行定位导航。主要内容有：（1）差速AGV运动学模型分析；（2）根据二维码特征点坐标确定位置偏差与角度偏差；（3）根据偏差对AGV进行纠偏。

1 差速AGV运动学分析

差速AGV主要通过两轮差速进行转向控制和曲线运动控制，转动的方向和曲线运动的半径可通过两轮旋转方向及两轮的速度差ΔV来实现。AGV运动学模型如图1所示。

4 AGV实验运行

在AGV本体进行实验，主控机采用SC-G17工控电脑，驱动系统采用优普路直流无刷驱动器，相机采用京航JHSM36Bf工业相机，AGV运行速度为0.3m/s，二维码的张贴间距为700mm，二维码规格为13.5*13.5mm，设置相机分辨率为320*240，计算得出每个像素对应实际尺寸为0.2mm，AGV行驶过程上位机界面如图4所示，多次实验表明基于二维码定位导航的AGV定位精确，运行稳定，可实现在稳定运行导航的前提下降低维护成本，提高导引柔性，可有效应用到作业现场。

在多次AGV本体实验过程中，总结出对AGV导航行驶影响较大的三种因素：（1）光照不均匀严重影响图像采集；（2）地面不平或光滑会导致驱动轮打滑或转空；（3）二维码张贴不整齐，导致AGV车辆S形前进。

本导航方式充分利用了二维码图像的有效信息，维护成本低，路径灵活，可应用到柔性作业车间。

参考文献：

[1] 王荣本，储江伟，冯炎，等. 一种视觉导航的实用型AGV设计[J]. 机械工程学报，2002（11）：135-138.

[2] 张汉斌. 用于电商配送中心的物流仓储搬运机器人的研究[D]. 北京：北京物资学院（硕士学位论文），2014.

[3] 吴文军，张岩，吴为民，等. 一种运输自动导引车导航方法研究[J]. 物联网技术，2016（6）：58-62.

[4] 朴磊，李剑中，冯刚. 视觉导引AGV的数字图像处理[J]. 仪器仪表学报，2006（z1）：766-767.

[5] 姚建余，林义忠，黄斌鹏，等. AGV减震弹簧刚度的选择及仿真[J]. 装备制造技术，2016（2）：13-16.

[6] 于娟. 基于QR二维码技术的AGV系统在仓储中的应用设计[J]. 天津职业技术师范大学学报，2015（3）：44-47.endprint