CN110347160A - 一种基于双摄像头扫码的自动引导车及其导航方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于双摄像头扫码的自动引导车及其导航方法，方法获取自动引导车执行目标运动轨迹的任务命令，并根据任务命令驱动自动引导车进行运动；获取自动引导车在实际运动轨迹中的实时方向角，并根据实时方向角与目标运动轨迹之间的运动方向角偏差对实际运动轨迹进行初次修正；分别获取在实际运动轨迹中的每个实际路径点处的第一二维码图像和第二二维码图像；根据每个第一二维码图像和每个第二二维码图像，获取自动引导车的每个实际路径点与对应的目标路径点之间的位姿偏差，并根据位姿偏差对实际运动轨迹进行再次修正，完成导航。本发明基于双摄像头扫码，可以弥补惯性导航存在累积误差的缺陷，精确度得到有效改善，实时校准运动轨迹。

Description

一种基于双摄像头扫码的自动引导车及其导航方法
技术领域
本发明涉及工业控制和导航技术领域，尤其涉及一种基于双摄像头扫码的自动引导车及其导航方法。
背景技术
AGV(Automated Guided Vehicle，自动引导车)是一种能沿指定路径自动前进，具有安全保护和负载功能的智能运输车。目前AGV已经成为智能制造、先进物流以及数字化工厂中的重要设备，作为方便工厂运输、提高生产效率具有非常重要的作用。
现有AGV的导航方式包括：磁带导航、激光导航、光带导航、惯性导航、二维码导航和视觉导航等，但这些方法都有自身的局限性，例如：磁带导航引导线的铺设及路线更改相对困难；激光导航的制造成本较高，对试验环境要求相对苛刻；光带导航对环境要求严格，现场实施难度较大；惯性导航存在累计误差，无法精确定位，容易造成脱轨；二维码导航功能单一，定位及导航精度欠佳；视觉导航对复杂环境的识别能力和学习能力有待提高。
因此，需要一种可靠且稳定的自动引导车和导航方法，能有效改善AGV在沿指定路线运动时导航精度不高的问题，实时校准运动轨迹，导航过程快捷高效。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于双摄像头扫码的自动引导车及其导航方法，能有效改善AGV在沿指定路线运动时导航精度不高的问题，实时校准运动轨迹，导航过程快捷高效。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种基于双摄像头扫码的自动引导车，包括车体以及设置在所述车体上的电源、中央处理器、导航装置、驱动装置和通信装置；
所述导航装置包括陀螺仪传感器、以及均用于扫描工作区域的地面上布设的二维码标签的第一摄像头和第二摄像头，所述电源分别与所述中央处理器、所述第一摄像头、第二摄像头、所述驱动装置和所述通信装置电连接，所述中央处理器分别与所述第一摄像头、第二摄像头、所述陀螺仪传感器、所述驱动装置和所述通信装置电连接。
本发明的有益效果是：通过通信装置接收自动引导车执行目标运动轨迹的任务命令，中央处理器根据接收到的任务命令控制驱动装置驱动车体进行运动，通过导航装置中的第一摄像头扫描工作区域的地面上布设的二维码标签，获取自动引导车在运动过程中的每个实际路径点处的第一二维码图像，通过导航装置中的第二摄像头扫描工作区域的地面上布设的二维码标签，获取自动引导车在运动过程中的每个实际路径点处的第二二维码图像，通过导航装置中的陀螺仪传感器获取自动引导车在实际运动轨迹中的实时方向角，中央处理器根据实时方向角与目标运动轨迹之间的运动方向角偏差，对实际运动轨迹进行初次修正；中央处理器可对第一二维码图像和第二二维码图像进行识别得到每个实际路径点对应的二维码标签所包含的坐标信息，根据每个实际路径点处的坐标信息，可以得到自动引导车的实际运动轨迹中每个实际路径点处与目标运动轨迹中对应的目标路径点之间的位姿偏差，并根据位姿偏差对自动引导车的实际运动轨迹进行再次修正，完成导航；
本发明通过上述结构的自动引导车，基于双摄像头扫码，可以弥补惯性导航存在累积误差的缺陷，充分利用图像位置信息，消除惯性导航的累积误差，相比单一的导航方式，精确度得到有效改善，实时校准运动轨迹，导航过程快捷高效；使用双摄像头扫码方法，还可以对AVG的瞬时速度进行实时检测，减少了二维码读取误码率对运动进程的影响，提升了对AGV定位以及速度检测的精准性，有利于将AVG的速度按照需要进行调整。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步：所述驱动装置至少包括第一驱动轮、第二驱动轮、第一驱动电机、第二驱动电机和两个万向轮；
所述第一驱动轮和所述第一驱动电机均设置在所述车体的左侧，且所述第一驱动电机的输出轴与所述第一驱动轮连接，所述第二驱动轮和所述第二驱动电机均设置在所述车体的右侧，且所述第二驱动电机的输出轴与所述第二驱动轮连接；两个所述万向轮分别设置在所述车体的前侧和后侧；
所述第一驱动电机分别与所述电源和所述中央处理器电连接，所述第二驱动电机分别与所述电源和所述中央处理器电连接。
进一步：所述第一摄像头设置在所述车体上位于所述第一驱动轮和所述第二驱动轮之间的连线的中心处，所述第二摄像头设置在所述车体的前侧，所述第二摄像头和所述第一摄像头之间的连线与所述第一驱动轮和所述第二驱动轮之间的连线相互垂直，且所述第一摄像头和所述第二摄像头的扫描方向均朝向所述工作区域的地面。
进一步：所述中央处理器包括计时器。
进一步：还包括设置在所述车体上并用于感应障碍物的红外感应器，所述红外感应器与所述中央处理器电连接。
进一步：还包括设置在所述车体上的电池检测电路，所述电池检测电路与所述中央处理器电连接。
依据本发明的另一方面，提供了一种基于双摄像头扫码的自动引导车导航方法，应用于本发明中的基于双摄像头扫码的自动引导车中，包括以下步骤：
步骤1：获取自动引导车执行目标运动轨迹的任务命令，并根据所述任务命令驱动自动引导车进行运动；
步骤2：获取所述自动引导车在实际运动轨迹中的实时方向角，并根据所述实时方向角与所述目标运动轨迹之间的运动方向角偏差，对所述自动引导车的所述实际运动轨迹进行初次修正；
步骤3：分别获取所述自动引导车在所述实际运动轨迹中的每个实际路径点处的第一二维码图像和第二二维码图像；
步骤4：根据每个实际路径点处的第一二维码图像和第二二维码图像，获取所述自动引导车在所述实际运动轨迹中的每个实际路径点与所述目标运动轨迹中对应的目标路径点之间的位姿偏差，并根据所述位姿偏差对所述自动引导车的所述实际运动轨迹进行再次修正，完成导航。
本发明的有益效果是：根据接收到的执行目标运动轨迹的任务命令驱动本发明中基于双摄像头扫描的自动引导车进行运动，获取自动引导车在实际运动轨迹中的实时方向角，根据实时方向角与目标运动轨迹之间的运动方向角偏差，对实际运动轨迹进行初次修正；获取每个实际路径点处的第一二维码图像和第二二维码图像，中央处理器可对第一二维码图像和第二二维码图像进行识别得到每个实际路径点对应的二维码标签所包含的坐标信息，根据每个实际路径点处的坐标信息，可以得到自动引导车的实际运动轨迹中每个实际路径点处与目标运动轨迹中对应的目标路径点之间的位姿偏差，并根据位姿偏差对自动引导车的实际运动轨迹进行修正，完成导航；
本发明基于双摄像头扫码，可以弥补惯性导航存在累积误差的缺陷，充分利用图像位置信息，消除惯性导航的累积误差，相比单一的导航方式，精确度得到有效改善，实时校准运动轨迹，导航过程快捷高效；使用双摄像头扫码方法，还可以对AVG的瞬时速度进行实时检测，减少了二维码读取误码率对运动进程的影响，提升了对AGV定位以及速度检测的精准性，有利于将AVG的速度按照需要进行调整。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步：在所述步骤1中，获取所述任务命令之前，还包括以下步骤：
在工作区域的地面上设定平面坐标系，获取所述工作区域的地面上每个位置点在所述平面坐标系下的坐标值；
对每个位置点在所述平面坐标系下的坐标值分别进行编码，得到每个位置点在所述平面坐标系下坐标编码；
在所述工作区域的地面上均匀布设多个二维码标签，其中，每个二维码标签的二维码中存储有对应的二维码标签的中心点在所述平面坐标系下的坐标编码。
进一步：利用陀螺仪传感器获取所述自动引导车在所述实际运动轨迹中的实时方向角，利用第一摄像头获取所述自动引导车运动到每个实际路径点处的第一二维码图像，利用第二摄像头获取所述自动引导车运动到每个实际路径点处的第二二维码图像。
进一步：所述实际运动轨迹中的每个实际路径点与所述目标运动轨迹中的每个目标路径点一一对应；所述位姿偏差包括每个实际路径点与所述目标运动轨迹中对应的目标路径点处之间的定位距离偏差量、轨道距离偏差量和偏航角；
所述步骤4的具体步骤包括：
步骤401：对所述自动引导车运动到每个实际路径点处的第一二维码图像分别进行识别，得到与每个第一二维码图像中的二维码一一对应的第一坐标编码，和/或，对所述自动引导车运动到每个实际路径点处的第二二维码图像分别进行识别，得到与每个第二二维码图像中的二维码一一对应的第二坐标编码；
步骤402：将每个第一坐标编码或每个第二坐标编码分别与对应的目标路径点处的目标坐标编码进行对比，若一致，则进行步骤403，若不一致，则停止驱动所述自动引导车并报错；
步骤403：以第一摄像头中心为第一图像坐标系的原点，根据每个第一二维码图像，获取每个第一二维码图像中的二维码在第一图像坐标系下的第一顶点坐标值集合，和/或，以第二摄像头中心为第二图像坐标系的原点，根据每个第二二维码图像，获取每个第二二维码图像中的二维码在第二图像坐标系下的第二顶点坐标值集合；
步骤404：在第一图像坐标系中，根据每个第一二维码图像中的二维码的第一顶点坐标值集合，得到每个实际路径点与所述目标运动轨迹中对应的目标路径点处之间的定位距离偏差量、轨道距离偏差量和偏航角；
或者
在第二图像坐标系中，根据每个第二二维码图像中的二维码的第二顶点坐标值集合，得到每个实际路径点与所述目标运动轨迹中对应的目标路径点处之间的定位距离偏差量、轨道距离偏差量和偏航角；
步骤405：根据与每个实际路径点处一一对应的所述定位距离偏差量、所述轨道偏移量和所述偏航角对所述自动引导车在每个实际路径点处的位姿进行修正。
进一步：所述自动引导车在所述目标运动轨迹中的每个目标路径点按照对应的目标速度行驶，则在所述步骤4之后还包括：对所述自动引导车在每个实际路径点处的瞬时速度进行修正；
其中，对所述自动引导车在每个实际路径点处的瞬时速度进行修正的具体步骤包括：
步骤5：在每个实际路径点处，根据所述第一摄像头获取第一二维码图像与所述第二摄像头获取对应的第二二维码图像之间的时间差，以及根据所述第一摄像头和所述第二摄像头之间的距离，得到所述自动引导车运动到每个实际路径点处的瞬时速度，并根据每个实际路径点处的瞬时速度与所述目标运动轨迹中对应的目标路径点处的目标速度之间的速度偏差，对所述自动引导车在每个实际路径点处的瞬时速度进行修正。
附图说明
图1为本发明一种基于双摄像头扫码的自动引导车的电连接示意图；
图2为本发明一种基于双摄像头扫码的自动引导车的结构示意图；
图3为本发明一种基于双摄像头扫码的自动引导车导航方法的流程示意图；
图4为本发明另一种基于双摄像头扫码的自动引导车导航方法的流程示意图；
图5为本发明实施例二中在工作区域的地面上布设二维码标签的模拟示意图；
图6为本发明实施例二中对实际运动轨迹修正的流程示意图一；
图7为本发明实施例二中得到的定位距离偏差量、轨道偏移量和偏航角的示意图；
图8为本发明实施例二中对实际运动轨迹修正的流程示意图二。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
10、车体，1、电池，2、中央处理器，3、导航装置，4、驱动装置，5、通信装置，6、红外感应器，7、电池检测电路，31、第一摄像头，32、第二摄像头，33、陀螺仪传感器，41、第一驱动轮，42、第二驱动轮，43、第一驱动电机，44、第二驱动电机，45、万向轮。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
下面结合附图，对本发明进行说明。
在本申请的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分夸大，因此，仅用于图示本申请的主题的基本结构。
本申请使用的例如“前”、“后”、“左”、“右”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“前”的单元将位于其他单元或特征“后”。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。
实施例一、如图1和图2所示，一种基于双摄像头扫码的自动引导车，包括车体10以及设置在所述车体10上的电源1、中央处理器2、导航装置3、驱动装置4和通信装置5；
所述导航装置3包括陀螺仪传感器33、以及均用于扫描工作区域的地面上布设的二维码标签的第一摄像头31和第二摄像头32，所述电源1分别与所述中央处理器2、所述第一摄像头31、第二摄像头32、所述驱动装置4和所述通信装置5电连接，所述中央处理器2分别与所述第一摄像头31、第二摄像头32、所述陀螺仪传感器33、所述驱动装置4和所述通信装置5电连接。
本实施例的基于双摄像头扫码的自动引导车的工作原理为：
通过通信装置接收自动引导车执行目标运动轨迹的任务命令，中央处理器根据接收到的任务命令控制驱动装置驱动车体进行运动，通过导航装置中的第一摄像头扫描工作区域的地面上布设的二维码标签，获取自动引导车在运动过程中的每个实际路径点处的第一二维码图像，通过导航装置中的第二摄像头扫描工作区域的地面上布设的二维码标签，获取自动引导车在运动过程中的每个实际路径点处的第二二维码图像，通过导航装置中的陀螺仪传感器获取自动引导车在实际运动轨迹中的实时方向角，中央处理器根据实时方向角与目标运动轨迹之间的运动方向角偏差，对实际运动轨迹进行初次修正；中央处理器可对第一二维码图像和第二二维码图像进行识别得到每个实际路径点对应的二维码标签所包含的坐标信息，根据每个实际路径点处的坐标信息，可以得到自动引导车的实际运动轨迹中每个实际路径点处与目标运动轨迹中对应的目标路径点之间的位姿偏差，并根据位姿偏差对自动引导车的实际运动轨迹进行再次修正，完成导航；
本实施例通过上述结构的自动引导车，基于双摄像头扫码，可以弥补惯性导航存在累积误差的缺陷，充分利用图像位置信息，消除惯性导航的累积误差，相比单一的导航方式，精确度得到有效改善，实时校准运动轨迹，导航过程快捷高效；使用双摄像头扫码方法，还可以对AVG的瞬时速度进行实时检测，减少了二维码读取误码率对运动进程的影响，提升了对AGV速度检测的精准性，有利于将AVG的速度按照需要进行调整。
优选地，如图2所示，所述驱动装置4至少包括第一驱动轮41、第二驱动轮42、第一驱动电机43、第二驱动电机44和两个万向轮45；
所述第一驱动轮41和所述第一驱动电机43均设置在所述车体10的左侧，且所述第一驱动电机43的输出轴与所述第一驱动轮41连接，所述第二驱动轮42和所述第二驱动电机44均设置在所述车体10的右侧，且所述第二驱动电机44的输出轴与所述第二驱动轮42连接；两个所述万向轮45分别设置在所述车体10的前侧和后侧；
所述第一驱动电机43分别与所述电源1和所述中央处理器2电连接，所述第二驱动电机44分别与所述电源1和所述中央处理器2电连接。
中央处理器通过第一驱动电机驱动第一驱动轮运动，通过第二驱动电机驱动第二驱动轮运动，而第一驱动轮设置在车体左侧，第二驱动轮设置在车体右侧，因此可以便于实现自动引导车在各个方向上的运动。
具体地，如图2所示，本实施例中的第一驱动轮和第二驱动轮的数量均为1个，万向轮的数量为4个，可在360°范围旋转运动，且在车体的前侧和后侧均设有2个；需说明的是，第一驱动轮和第二驱动轮的数量可根据实际情况选择，相应地，第一驱动电机和第二驱动电机的数量也可根据实际情况选择，万向轮的数量也根据实际情况选择，通常情况下为偶数。
具体地，本实施例中的第一驱动电机和第二驱动电机均可选用AVB125A200型号伺服驱动器，通信装置选用ATK-EPS8266型号WIFI模块。
优选地，如图2所示，所述第一摄像头31设置在所述车体10上位于所述第一驱动轮41和所述第二驱动轮42之间的连线的中心处，所述第二摄像头32设置在所述车体10的前侧，所述第二摄像头32和所述第一摄像头31之间的连线与所述第一驱动轮41和所述第二驱动轮42之间的连线相互垂直，且所述第一摄像头31和所述第二摄像头32的扫描方向均朝向所述工作区域的地面。
通过设置在第一驱动轮和所述第二驱动轮之间的连线的中心处的第一摄像头，以及设置在车体前侧(即车头处)的第二摄像头，第一摄像头与第二摄像头的连线与第一驱动轮和第二驱动轮之间的连线相互垂直(即指第一摄像头与第二摄像头的连线方向与车体方向平行)，且扫描方向均朝向工作区域的地面，一方面可以保证第一摄像头和第二摄像头均能拍摄到地面上布设的二维码标签，便于后续根据拍摄到的第一二维码图像(第一摄像头拍摄的)和第二二维码图像(第二摄像头拍摄的)得到自动引导车在实际运动轨迹中每个实际路径点与目标运动轨迹中对应的目标路径点之间的位姿偏差，对惯性传感器的累积误差进行进一步修正；另一方面可以便于根据第一摄像头拍摄第一二维码图像与第二摄像头拍摄第二二维码图像之间的时间差，实时检测自动引导车的瞬时速度，从而便于对自动引导车在导航过程的速度进行控制和调整，进而有效改善导航精确度，实时校准运动轨迹，导航过程快捷高效。
具体地，图2中的第一摄像头和第二摄像头均为工业高速摄像机，分别通过电源供电，且陀螺仪传感器紧靠第一摄像头的视野区域设置，便于实时检测自动引导车AVG在运动过程中的方向角信息，具体选用MPU6000/MPU6050六轴传感器。
具体地，本实施例的中央处理器(CPU)中主控芯片可以选用STM32系列芯片且包含计时器功能，可以获取第一摄像头拍摄第一二维码图像与第二摄像头拍摄第二二维码图像之间的时间差，便于实时检测自动引导车的瞬时速度。
优选地，如图2所示，还包括设置在所述车体10上并用于感应障碍物的红外感应器6，所述红外感应器6与所述中央处理器2电连接。
通过车体上设置的红外感应器可以感应障碍物，实现自动引导车AVG的有效避障，提高导航精确度，并提高用户体验感。
具体地，本实施例在车体前侧设置有两个红外感应器，需要说明的是，红外感应器的数量可根据实际情况选择，还可在车体后侧也设置多个红外感应器，实现各个方位的避障。
具体地，本实施例的红外感应器选用LPED-1500M18NS4D型号。
优选地，如图2所示，还包括设置在所述车体10上的电池检测电路7，所述电池检测电路7与所述中央处理器2电连接。
电池检测电路用于检测电源电量并上报给中央处理器，便于实时掌握电源电量的情况。
具体地，本实施例的电池检测电路可以选用CST2002型号的电池电量检测芯片。
实施例二、如图3所示，一种基于双摄像头扫码的自动引导车导航方法，应用于实施例一中图1和图2所示的基于双摄像头扫码的自动引导车中，包括以下步骤：
S1：获取自动引导车的目标运动轨迹的任务命令，并根据所述任务命令驱动自动引导车进行运动；
S2：获取所述自动引导车在实际运动轨迹中的实时方向角，并根据所述实时方向角与所述目标运动轨迹之间的运动方向角偏差，对所述自动引导车的所述实际运动轨迹进行初次修正；
S3：分别获取所述自动引导车在所述实际运动轨迹中的每个实际路径点处的第一二维码图像和第二二维码图像；
S4：根据每个实际路径点处的第一二维码图像和第二二维码图像，获取所述自动引导车在所述实际运动轨迹中的每个实际路径点与所述目标运动轨迹中对应的目标路径点之间的位姿偏差，并根据所述位姿偏差对所述自动引导车的所述实际运动轨迹进行再次修正，完成导航。
应理解的是，本实施例中通过服务器或上位机向AVG中的中央处理器发送一连串的任务命令，AVG的通信装置接收该一连串的任务命令后，中央处理器可以控制AVG沿目标运动轨迹进行运动，但是由于在实际运动过程中，AVG的实际位置信息和实际速度信息会与目标运动轨迹中包含的目标位置信息和目标速度有所偏差，AVG的运动方向也会出现不稳定等现象，因此需要对AVG的实际运动轨迹进行修正。
根据接收到的任务命令驱动实施例一中基于双摄像头扫描的自动引导车进行运动，可以分别获取自动引导车在实际运动轨迹中的实时方向角以及每个实际路径点处的第一二维码图像和第二二维码图像，该实时方向角为实际运动轨迹中每个时刻下检测到的方向角，根据每个时刻的实时方向角可以获知每个时刻下实际运动轨迹与目标运动轨迹之间的运动方向偏差，中央处理器通过每个时刻的运动方向偏差对实际运动轨迹进行初次修正，保证整个导航过程中的整体运动方向与目标运动轨迹是一致的；中央处理器可对第一二维码图像和第二二维码图像进行识别得到每个实际路径点对应的二维码标签所包含的坐标信息，根据每个实际路径点处的坐标信息，可以得到自动引导车在实际运动轨迹中的每个实际路径点与目标运动轨迹中的对应的目标路径点之间的位姿偏差，并根据位姿偏差对自动引导车的实际运动轨迹进行再次修正，完成导航，可以保证AVG在每个实际路径点处的位姿不会出现偏差，进而进一步保证导航的精准度；
本实施例基于双摄像头扫码，可以弥补惯性导航存在累积误差的缺陷，充分利用图像位置信息，消除惯性导航的累积误差，相比单一的导航方式，精确度得到有效改善，实时校准运动轨迹，导航过程快捷高效；使用双摄像头扫码方法，还可以对AVG的瞬时速度进行实时检测，减少了二维码读取误码率对运动进程的影响，提升了对AGV速度检测的精准性，有利于将AVG的速度按照需要进行调整。
优选地，如图4所示，在S1中，获取所述任务命令之前，还包括以下步骤：
S01：在工作区域的地面上设定平面坐标系，获取所述工作区域的地面上每个位置点在所述平面坐标系下的坐标值；
S02：对每个位置点在所述平面坐标系下的坐标值分别进行编码，得到每个位置点在所述平面坐标系下坐标编码；
S03：在所述工作区域的地面上均匀布设多个二维码标签，其中，每个二维码标签的二维码中存储有对应的二维码标签的中心点在所述平面坐标系下的坐标编码。
通过上述设定的平面坐标系，便于获取工作区域的地面上每个位置点的坐标值，从而便于获取自动引导车AVG运动到每个位置点上(即在实际运动过程中的每个实际路径点)的位置信息；通过将坐标值进行编码，便于后续布设二维码标签，并将编码后的坐标编码与二维码标签进行对应，从而便于AVG上的第一摄像头和第二摄像头通过拍摄图像获取二维码标签对应的坐标信息，基于双摄像扫码，可以弥补惯性导航存在累积误差的缺陷，充分利用图像位置信息，消除惯性导航的累积误差，相比单一的导航方式，精确度得到有效改善，实时校准运动轨迹，导航过程快捷高效。
具体地，如表1所示，S1中的任务命令的数据格式可以为以下形式：
表1任务命令的数据格式
1位起始标志位 4位ID数据位 2位命令数据位 4位ID数据位 2位命令数据位 ...
其中，第一格的起始标志位代表该命令为任务命令，第二格的ID数据位为表征目标运动轨迹中的目标路径点的目标坐标编码的子命令，命令数据位为标准目标运动轨迹中的AVG的具体运动信息的子命令，例如表征目标速度或目标运动动作的子命令，在对应命令数据位之后的ID数据位则为表征目标速度对应的具体速度值或目标运动动作对应的具体动作的子命令(例如转弯、直行)，可以根据实际情况对目标速度值或具体动作也进行编码。具体地，如图5所示，在整个工作区域的地面的最左下角上粘贴一个二维码标签，并将该二维码标签对应的坐标设为平面坐标系的原点，并以该二维码标签为起点，等间距地布设多个二维码标签，在布设的过程中，保证整个工作区域的地面与平面坐标系的第一象限对应，从而方便获取每个二维码标签的中心点对应的坐标编码。
具体地，坐标编码的形式可以是0000，0001，0105和0309等，但不局限于上述形式，在上述形式中前两位编号代表二维码标签的中心点对应的x坐标值，后两位编号代表二维码标签的中心点对应的y坐标值，其中，分别代表x坐标值和的y坐标值的具体的编号位数可以根据实际情况来设定，例如可以根据工作区域大小和需要的标签总数来选择。
具体地，本实施例利用实施例一中的第一摄像头获取所述自动引导车运动到每个实际路径点处的第一二维码图像，利用实施例一中的第二摄像头获取所述自动引导车运动到每个实际路径点处的第二二维码图像，利用实施例一中的陀螺仪传感器获取所述自动引导车在实际运动轨迹中的实时方向角。
优选地，所述实际运动轨迹中的每个实际路径点与所述目标运动轨迹中的每个目标路径点一一对应；所述位姿偏差包括每个实际路径点与所述目标运动轨迹中对应的目标路径点处之间的定位距离偏差量、轨道距离偏差量和偏航角；
如图6所示，S4的具体步骤包括：
S401：对所述自动引导车运动到每个实际路径点处的第一二维码图像分别进行识别，得到与每个第一二维码图像中的二维码一一对应的第一坐标编码，和/或，对所述自动引导车运动到每个实际路径点处的第二二维码图像分别进行识别，得到与每个第二二维码图像中的二维码一一对应的第二坐标编码；
S402：将每个第一坐标编码或每个第二坐标编码分别与对应的目标路径点处的目标坐标编码进行对比，若一致，则进行S403，若不一致，则停止驱动所述自动引导车并报错；
S403：以第一摄像头中心为第一图像坐标系的原点，根据每个第一二维码图像，获取每个第一二维码图像中的二维码在第一图像坐标系下的第一顶点坐标值集合，和/或，以第二摄像头中心为第二图像坐标系的原点，根据每个第二二维码图像，获取每个第二二维码图像中的二维码在第二图像坐标系下的第二顶点坐标值集合；
S404：在第一图像坐标系中，根据每个第一二维码图像中的二维码的第一顶点坐标值集合，得到每个实际路径点与所述目标运动轨迹中对应的目标路径点处之间的定位距离偏差量、轨道距离偏差量和偏航角；
或者
在第二图像坐标系中，根据每个第二二维码图像中的二维码的第二顶点坐标值集合，得到每个实际路径点与所述目标运动轨迹中对应的目标路径点处之间的定位距离偏差量、轨道距离偏差量和偏航角；
S405：根据与每个实际路径点处一一对应的所述定位距离偏差量、所述轨道偏移量和所述偏航角对所述自动引导车在每个实际路径点处的位姿进行修正。
当任务命令中包含有表征目标运动轨迹中与每个目标路径点一一对应的目标坐标编码的子命令时，对实际运动轨迹进行再次修正，包括对自动引导车在每个实际路径点处的位姿进行修正；其中，通过识别第一二维码图像和/或第二二维码图像，可以分别获取每个实际路径点处对应的二维码标签中心点对应的坐标编码，当该坐标编码与目标路径点对应的目标坐标编码一致时，说明AVG在实际运动过程中的实际运动轨迹是与目标运动轨迹中基本是一致的，路线未出错，而当该坐标编码与目标运动轨迹中的任务命令的目标坐标编码不一致时，说明AVG在实际运动过程中的实际运动轨迹是与目标运动轨迹中不一致，存在路线出错的实际路径点，需要停止驱动AVG进行运动并向上报错，等待下一次任务命令的指示；而当确定实际运动轨迹的大体方向与目标运动轨迹是一致后，即使实际运动轨迹会与目标运动轨迹有所偏差，位于车体中心处的第一摄像头还是会拍摄到与目标路径点对应的实际路径点的第一二维码图像，位于车头处的第二摄像头同样会拍摄到与目标路径点对应的实际路径点的第二二维码图像，但是AVG在实际运动轨迹中的位置坐标会与拍摄到的第一二维码图像或第二二维码图像所识别出来的坐标编码对应的位置坐标(即标坐标编码)有所偏差，即实际运动轨迹与目标运动轨迹可能会出现一定范围的定位距离偏差量、轨道距离偏差量和偏航角，因此，可以根据第一二维码图像中二维码在第一图像坐标系中的第一顶点坐标值集合，结合第一图像坐标系与平面坐标系的比例，计算求得定位距离偏差量、轨道距离偏差量和偏航角，或可以根据第二二维码图像中二维码在第二图像坐标系中的第二顶点坐标值集合，结合第二图像坐标系与平面坐标系的比例，计算求得定位距离偏差量、轨道距离偏差量和偏航角，便于后续根据上述三个偏差对实际运动轨迹中每个实际路径点处的位姿进行修正，保证AVG在每个实际路径点处的位姿不会出现偏差，进而进一步保证导航的精准度。
应理解的是，在同一个实际路径点处，位于车体中心处的第一摄像头拍摄的第一二维码图像与位于车头处的第二摄像头拍摄的第二二维码图像对为同一个二维码标签的图像，只是拍摄的时刻不同，存在时间差；定位距离偏差量是指AVG的实际运动轨迹与目标运动轨迹在纵向上的偏差量，轨道距离偏差量是指AVG的实际运动轨迹与目标运动轨迹在横向上的偏差量，偏航角是指AVG车体和实际运动轨迹的夹角与AVG车体和目标运动轨迹的夹角之间的偏差量，其中，“横向”和“纵向”是相对而言，当AVG车体方向发生旋转时，该“横向”和“纵向”需相应调整。
通过上述基于双摄像头扫码的方式，可以弥补惯性导航(即陀螺仪传感器)存在累积误差的缺陷，充分利用图像位置信息，消除惯性导航的累积误差，相比单一的导航方式，精确度得到有效改善，实时校准运动轨迹，导航过程快捷高效。
具体地，由于在实际运动过程中，会存在一个起始位置，对于该起始位置，可以默认AVG的起始位置端正无需调整；当AVG离开起始位置对应的二维码标签后，利用陀螺仪传感器实时检测AVG的实时方向角，并实时反馈给中央处理器，中央处理器根据实时方向角对AGV的两个驱动轮进行转速控制，修正运动方向。
具体地，本实施例在S401中，对每个实际路径点处的第一二维码图像和第二二维码图像进行识别的过程中，还包括图像处理的步骤，包括运动估计，运动补偿，提取运动目标，图像预处理，边缘检测与畸变矫正和二维码解码等方法。
具体地，当S402中每个第一坐标编码集合中的坐标编码或每个第二坐标编码集合中的坐标编码分别与对应的目标路径点处的目标坐标编码进行对比一致后，在S403中，以第一摄像头中心为第一图像坐标系的原点，根据每个第一二维码图像，获取每个第一二维码图像中的二维码在第一图像坐标系下的第一顶点坐标值集合，如图7所示，其中一个第一二维码图像中的二维码在第一图像坐标系XOY中的第一顶点坐标值集合包括四个顶点A、B、C和D的坐标值，分别为(Ax,Ay)、(Bx,By)、(Cx,Cy)和(Dx,Dy)，而第一摄像头中心的坐标值(即车体中心在第一图像坐标系中对应的位置，为原点的位置坐标)为(Ox,Oy)，根据数学知识，可以计算得到定位距离偏差量、轨道距离偏差量和偏航角：
定位距离偏差量为：
轨道距离偏差量为：
偏航角为：
其中，当α>0时，表示实际运动轨迹相对于目标运动轨迹，AGV车体方向发生右偏，当α<0时，表示实际运动轨迹相对于目标运动轨迹，AGV车体方向发生左偏；当dx>0时，表示整个AGV位于目标运动轨迹的右侧，当dx<0时，表示整个AGV位于目标运动轨迹的左侧；当dy>0时，表示AVG暂未完全到达目标路径点(整个AGV位于目标运动轨迹的下方)，当dy<0时，表示AVG已经超过目标路径点(整个AGV位于目标运动轨迹的上方)。
具体地，对AVG的驱动体现到中央处理器对第一驱动轮(具体为左轮)和第二驱动轮(具体为右轮)的转速控制，例如，设定左右轮的逆时针旋转为正方向，正速度为向前转，负速度为向后转，设左右轮的转速分别为Vl和Vr，则当Vl＝-Vr，且Vl>0时，表示AVG直行向前；当Vl＝Vr，且Vl>0时，表示AGV原地左转；当Vl＝Vr，且Vl<0时，表示AGV原地右转；当Vl＝-Vr，且Vl<0时直行后退；依次类推，可实现对AVG的瞬时速度的闭环控制。
具体地，在S405中，当dx不为0时，代表此时AGV已经跑偏，此时需要对AGV两轮进行速度调整控制，设AGV需向右转过的角度为θ，左右两驱动轮转速分别为ωL和ωR，两轮半径为r，两轮固定间距为L，即为两轮转弯半径之差，两轮转过的弧度之差记为rad，此时有：
rad＝Lθ＝(ωL-ωR)*r*t；
以右轮作为基点，其对应的转速为ωR不变，设为ω，则有：
若AGV此时偏行到目标运动轨迹的左边，即dx<0，此时AGV的偏航角会有三种不同状态，即α>0，α＝0和α<0，此时对应三种不同的纠正轨迹：
(1)当α>0时，AGV右轮加速，以左轮为基点作左转运动直至重回正轨；
(2)当α＝0时，先以左轮加速，右轮为基点右转走过一定角度后，左轮还原原速，改为以右轮加速，左轮为基准点左转运动至重回正轨，两次双轮差速转弯半径保持相同；
(3)当α<0时，AGV左轮先加速，将AGV调整至α＝0时状态，之后按α＝0的情况纠正轨迹。
优选地，如图8所示，所述自动引导车在所述目标运动轨迹中的每个目标路径点按照对应的目标速度行驶，则在S4之后还包括：对所述自动引导车在每个实际路径点处的瞬时速度进行修正；
其中，对所述自动引导车在每个实际路径点处的瞬时速度进行修正的具体步骤包括：
S5：在每个实际路径点处，根据所述第一摄像头获取第一二维码图像与所述第二摄像头获取对应的第二二维码图像之间的时间差，以及根据所述第一摄像头和所述第二摄像头之间的距离，得到所述自动引导车运动到每个实际路径点处的瞬时速度，并根据每个实际路径点处的瞬时速度与所述目标运动轨迹中对应的目标路径点处的目标速度之间的速度偏差，对所述自动引导车在每个实际路径点处的瞬时速度进行修正。
当任务命令中还包含有控制目标运动轨迹中与每个目标路径点一一对应的目标速度的子命令时，除了要按照S401至S405的方法对实际运动轨迹中每个实际路径点的位姿进行修正，还要对实际运动轨迹中每个实际路径点处的瞬时速度进行修正，使用双摄像头扫码方法，对AVG的瞬时速度进行实时检测，减少了读取二维码标签时的误码率对运动进程的影响，提升了对AGV速度检测的精准性，有利于将AVG的速度按照需要进行调整。
具体地，分别记录第一摄像头拍摄其中一个实际路径点的第一二维码图像的时间和第二摄像头拍摄该实际路径点的第二二维码图像的时间，得到时间差为t′，并测量两摄像头之间的距离为d，因此可得AVG运动到该实际路径点处的瞬时速度v＝d/t′，将该瞬时速度与目标速度进行比较，形成速度的闭环控制。
本实施例中关于基于双摄像头扫码的自动引导车的未尽细节，参见实施例一以及图1和图2的具体描述，此处不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于双摄像头扫码的自动引导车，其特征在于，包括车体(10)以及设置在所述车体(10)上的电源(1)、中央处理器(2)、导航装置(3)、驱动装置(4)和通信装置(5)；
所述导航装置(3)包括陀螺仪传感器(33)、以及均用于拍摄工作区域的地面上布设的二维码标签的第一摄像头(31)和第二摄像头(32)，所述电源(1)分别与所述中央处理器(2)、所述第一摄像头(31)、第二摄像头(32)、所述驱动装置(4)和所述通信装置(5)电连接，所述中央处理器(2)分别与所述第一摄像头(31)、第二摄像头(32)、所述陀螺仪传感器(33)、所述驱动装置(4)和所述通信装置(5)电连接。
2.根据权利要求1所述的基于双摄像头扫码的自动引导车，其特征在于，所述驱动装置(4)至少包括第一驱动轮(41)、第二驱动轮(42)、第一驱动电机(43)、第二驱动电机(44)和两个万向轮(45)；
所述第一驱动轮(41)和所述第一驱动电机(43)均设置在所述车体(10)的左侧，且所述第一驱动电机(43)的输出轴与所述第一驱动轮(41)连接，所述第二驱动轮(42)和所述第二驱动电机(44)均设置在所述车体(10)的右侧，且所述第二驱动电机(44)的输出轴与所述第二驱动轮(42)连接；两个所述万向轮(45)分别设置在所述车体(10)的前侧和后侧；
所述第一驱动电机(43)分别与所述电源(1)和所述中央处理器(2)电连接，所述第二驱动电机(44)分别与所述电源(1)和所述中央处理器(2)电连接。
3.根据权利要求2所述的基于双摄像头扫码的自动引导车，其特征在于，所述第一摄像头(31)设置在所述车体(10)上位于所述第一驱动轮(41)和所述第二驱动轮(42)之间的连线的中心处，所述第二摄像头(32)设置在所述车体(10)的前侧，所述第二摄像头(32)和所述第一摄像头(31)之间的连线与所述第一驱动轮(41)和所述第二驱动轮(42)之间的连线相互垂直，且所述第一摄像头(31)和所述第二摄像头(32)的拍摄方向均朝向所述工作区域的地面。
4.根据权利要求1所述的基于双摄像头扫码的自动引导车，其特征在于，还包括设置在所述车体(10)上并用于感应障碍物的红外感应器(6)，所述红外感应器(6)与所述中央处理器(2)电连接。
5.根据权利要求1至4任一项所述的基于双摄像头扫码的自动引导车，其特征在于，还包括设置在所述车体(10)上的电池检测电路(7)，所述电池检测电路(7)与所述中央处理器(2)电连接。
6.一种基于双摄像头扫码的自动引导车导航方法，其特征在于，应用于如权利要求1至5任一项所述的基于双摄像头扫码的自动引导车中，包括以下步骤：
步骤1：获取自动引导车执行目标运动轨迹的任务命令，并根据所述任务命令驱动自动引导车进行运动；
步骤2：获取所述自动引导车在实际运动轨迹中的实时方向角，并根据所述实时方向角与所述目标运动轨迹之间的运动方向角偏差，对所述自动引导车的所述实际运动轨迹进行初次修正；
步骤3：分别获取所述自动引导车在所述实际运动轨迹中的每个实际路径点处的第一二维码图像和第二二维码图像；
步骤4：根据每个实际路径点处的第一二维码图像和第二二维码图像，获取所述自动引导车在所述实际运动轨迹中的每个实际路径点与所述目标运动轨迹中对应的目标路径点之间的位姿偏差，并根据所述位姿偏差对所述自动引导车的所述实际运动轨迹进行再次修正，完成导航。
7.根据权利要求6所述的基于双摄像头扫码的自动引导车导航方法，其特征在于，在所述步骤1中，获取所述任务命令之前，还包括以下步骤：
步骤01：在工作区域的地面上设定平面坐标系，获取所述工作区域的地面上每个位置点在所述平面坐标系下的坐标值；
步骤02：对每个位置点在所述平面坐标系下的坐标值分别进行编码，得到每个位置点在所述平面坐标系下的坐标编码；
步骤03：在所述工作区域的地面上均匀布设多个二维码标签，其中，每个二维码标签的二维码中存储有对应的二维码标签的中心点在所述平面坐标系下的坐标编码。
8.根据权利要求7所述的基于双摄像头扫码的自动引导车导航方法，其特征在于，利用陀螺仪传感器获取所述自动引导车在所述实际运动轨迹中的所述实时方向角，利用第一摄像头获取所述自动引导车运动到每个实际路径点处的第一二维码图像，利用第二摄像头获取所述自动引导车运动到每个实际路径点处的第二二维码图像。
9.根据权利要求7所述的基于双摄像头扫码的自动引导车导航方法，其特征在于，所述实际运动轨迹中的每个实际路径点与所述目标运动轨迹中的每个目标路径点一一对应；所述位姿偏差包括每个实际路径点与所述目标运动轨迹中对应的目标路径点处之间的定位距离偏差量、轨道距离偏差量和偏航角；
所述步骤4的具体步骤包括：
步骤401：对所述自动引导车运动到每个实际路径点处的第一二维码图像分别进行识别，得到与每个第一二维码图像中的二维码一一对应的第一坐标编码，和/或，对所述自动引导车运动到每个实际路径点处的第二二维码图像分别进行识别，得到与每个第二二维码图像中的二维码一一对应的第二坐标编码；
步骤402：将每个第一坐标编码或每个第二坐标编码分别与对应的目标路径点处的目标坐标编码进行对比，若一致，则进行步骤403，若不一致，则停止驱动所述自动引导车并报错；
步骤403：以第一摄像头中心为第一图像坐标系的原点，根据每个第一二维码图像，获取每个第一二维码图像中的二维码在第一图像坐标系下的第一顶点坐标值集合，和/或，以第二摄像头中心为第二图像坐标系的原点，根据每个第二二维码图像，获取每个第二二维码图像中的二维码在第二图像坐标系下的第二顶点坐标值集合；
步骤404：在第一图像坐标系中，根据每个第一二维码图像中的二维码的第一顶点坐标值集合，得到每个实际路径点与所述目标运动轨迹中对应的目标路径点处之间的定位距离偏差量、轨道距离偏差量和偏航角；
或者
在第二图像坐标系中，根据每个第二二维码图像中的二维码的第二顶点坐标值集合，得到每个实际路径点与所述目标运动轨迹中对应的目标路径点处之间的定位距离偏差量、轨道距离偏差量和偏航角；
步骤405：根据与每个实际路径点处一一对应的所述定位距离偏差量、所述轨道偏移量和所述偏航角对所述自动引导车在每个实际路径点处的位姿进行修正。
10.根据权利要求9所述的基于双摄像头扫码的自动引导车导航方法，其特征在于，所述自动引导车在所述目标运动轨迹中的每个目标路径点按照对应的目标速度行驶，则在所述步骤4之后还包括：对所述自动引导车在每个实际路径点处的瞬时速度进行修正；
其中，对所述自动引导车在每个实际路径点处的瞬时速度进行修正的具体步骤包括：
步骤5：在每个实际路径点处，根据所述第一摄像头获取第一二维码图像与所述第二摄像头获取对应的第二二维码图像之间的时间差，以及根据所述第一摄像头和所述第二摄像头之间的距离，得到所述自动引导车运动到每个实际路径点处的瞬时速度，并根据每个实际路径点处的瞬时速度与所述目标运动轨迹中对应的目标路径点处的目标速度之间的速度偏差，对所述自动引导车在每个实际路径点处的瞬时速度进行修正。
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