本發(fā)明涉及自動化，具體來說是指一種背負(fù)式agv小車及其引導(dǎo)方法。

背景技術(shù)：

1、agv小車，定義為：是配備自動導(dǎo)引裝置，還能夠按照規(guī)定的導(dǎo)引路線自動行駛的運(yùn)輸車輛或工具。在中國實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級的道路中，agv小車為智能化升級的重要環(huán)節(jié)，隨著智能制造的發(fā)展，agv小車的應(yīng)用將會越來越廣泛，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)24小時的連續(xù)運(yùn)作，還能夠降低人力成本。在許多大型制造業(yè)工廠、物流倉庫等場景中，agv小車已經(jīng)得到普遍使用，尤其是汽車、工程機(jī)械行業(yè)及其零部件制造業(yè)。

2、在實(shí)際的生產(chǎn)場地或倉儲廠房中，環(huán)境復(fù)雜、來往人員較多，使用人工駕駛叉車運(yùn)輸材料或者配送物料整體效率低下，而且與agv小車相比還會有較高的出錯率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的是以上背景技術(shù)中提到的技術(shù)問題，第一方面提供一種背負(fù)式agv小車，可替代人工作業(yè)，減少人工成本開支，降低出錯率，提高生產(chǎn)效率。

2、第二方面提供一種引導(dǎo)方法，應(yīng)用于第一方面提供的背負(fù)式agv小車，能夠通過調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行靈活協(xié)調(diào)，還能夠通過具體實(shí)施的項(xiàng)目特征靈活的調(diào)整正極程序和參數(shù)，從而達(dá)到適配所有運(yùn)行場所。

3、根據(jù)本發(fā)明第一方面的內(nèi)容，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：一種背負(fù)式agv小車，包括盒形的車體，車體內(nèi)安裝有電池包、工控機(jī)、控制板、驅(qū)動器和伺服電機(jī)，電池包為全車供電，工控機(jī)、控制板、驅(qū)動器和伺服電機(jī)之間均電性連接，伺服電機(jī)安裝于車體左右兩側(cè)的下端，驅(qū)動器安裝于伺服電機(jī)上方的車體內(nèi)，伺服電機(jī)的外側(cè)均連接有主動輪，車體前端中部安裝有工業(yè)攝像機(jī)和多個開關(guān)按鈕，工業(yè)攝像機(jī)與工控機(jī)通信連接，用于實(shí)時監(jiān)測車輛所處的環(huán)境，并以02s-0.5s的間隔拍攝照片，然后將圖像數(shù)據(jù)傳回工控機(jī)，由工控機(jī)對當(dāng)前環(huán)境照片進(jìn)行分析和處理，并將行駛指令發(fā)送給控制板，再由控制板通過can報(bào)文發(fā)送指令給驅(qū)動器，通過驅(qū)動器控制左右伺服電機(jī)從而控制車輛前進(jìn)或轉(zhuǎn)向。

4、在一些實(shí)施例中，所述車體內(nèi)前后兩端中部均安裝有從動支撐板，所述從動支撐板的下端安裝有轉(zhuǎn)向軸，所述轉(zhuǎn)向軸的下端轉(zhuǎn)動連接有從動輪，轉(zhuǎn)向軸使從動輪實(shí)現(xiàn)橫向的全向旋轉(zhuǎn)，所述車體內(nèi)左右兩側(cè)中部均安裝有主動支撐板，所述主動支撐板的下端通過減震裝置連接伺服電機(jī)，所述主動支撐板和所述從動支撐板的上端抵接盒形車體的上蓋，所述電池包安裝于前側(cè)的從動支撐板與主動支撐板之間。

5、在一些實(shí)施例中，所述減震裝置包括伸縮桿和減震彈簧，所述伸縮桿和減震彈簧的上下端分別固定于主動支撐板和伺服電機(jī)上，所述減震彈簧套設(shè)于伸縮桿上。

6、在一些實(shí)施例中，所述車體后側(cè)安裝有多個信號燈，用于反饋車輛當(dāng)前狀態(tài)，所述信號燈包括狀態(tài)檢測燈、轉(zhuǎn)向燈、示寬燈，所述開關(guān)按鈕包括電源開關(guān)、手自動開關(guān)、自復(fù)位開關(guān)，所述車體內(nèi)還安裝有集控盒，所述集控盒中集成有保險絲和繼電器，用于給整車用電器的電路進(jìn)行保護(hù)，避免發(fā)生短路燒毀的風(fēng)險。

7、在一些實(shí)施例中，所述車體的左側(cè)和右側(cè)各設(shè)有一個急停開關(guān)，在遇到緊急情況時，可通過拍下急停開關(guān)實(shí)現(xiàn)整車底盤的斷電，從而保證車輛的立即停止。

8、根據(jù)第二方面的內(nèi)容，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：一種引導(dǎo)方法，應(yīng)用于第一方面提供的背負(fù)式agv小車，包括：

9、s1、對通過工業(yè)攝像機(jī)拍攝的照片進(jìn)行圖像處理；

10、s2、圖像邊緣特征提??；

11、s3、建立障礙物模型并計(jì)算避障路徑；

12、s4、確立模糊控制器的控制規(guī)則u。

13、在一些實(shí)施例中，

14、s1、對通過工業(yè)攝像機(jī)拍攝的照片進(jìn)行圖像處理；

15、s11、圖像灰度化；將采集到的圖像數(shù)據(jù)存儲為圖片格式，然后建立圖像立體模型，設(shè)定原點(diǎn)為黑色，在x，y，z三坐標(biāo)軸上，其中，(1,0,0)、(0,1,0)、(0,0,1)分別代表紅色、綠色、藍(lán)色，使用加權(quán)平均法得到灰度化圖像；

16、s12、圖像降噪處理；設(shè)立一個3*3的圖像模板針對采集的圖像像素進(jìn)行掃描，圖像中每掃描一次都對3*3模板中的像素值進(jìn)行從小到大的排序，并計(jì)算每一次掃描的中值，將掃描計(jì)算出的中值設(shè)定為像素中值點(diǎn)然后賦值給掃描的圖像模板的中心點(diǎn)，從而使得圖像整體的像素值降低；

17、s13、圖像閾值分割；采用otsu算法對圖像閾值分割，閾值分割就是將圖像主題與背景的特征進(jìn)行區(qū)分的過程；具體實(shí)施過程如下：

18、設(shè)定圖像中灰度值為的像素總數(shù)為，其中灰度值參數(shù)設(shè)定范圍在，則該圖像中的總像素表達(dá)式為：

19、

20、基于以上得到各灰度值出現(xiàn)的概率，其中當(dāng)為0時，能夠得到：

21、

22、將圖像中的灰度值劃分為a、b兩個部分，其中劃分的閾值為m，則a和b的兩區(qū)域的概率如下表達(dá)式：

23、

24、

25、由此可得，a、b區(qū)域的平均灰度值：

26、

27、

28、由上述公式，得平均灰度：

29、

30、同時，a、b兩區(qū)域的總方差為：

31、

32、當(dāng)總方差的數(shù)值為最大值時，此時的m為最佳閾值。

33、在一些實(shí)施例中,

34、s2、圖像邊緣特征提取；

35、s21、高斯濾波去噪；設(shè)定高斯函數(shù)，通過高斯濾波消除圖像中的噪點(diǎn)，表達(dá)式如下：

36、

37、

38、式中，為采樣圖像的數(shù)據(jù)；

39、s22、計(jì)算梯度和角度圖像；使用一階差分卷積模板，計(jì)算可得梯度圖像表達(dá)式為：

40、

41、

42、s23、非極大值抑制；通過計(jì)算得到的像素點(diǎn)的極大值，對像素點(diǎn)進(jìn)行區(qū)域劃分和分類，然后將非邊緣點(diǎn)去除，留下邊緣特征點(diǎn)，從而能夠確定圖像邊緣；

43、s24、運(yùn)用雙閾值連接圖像邊緣；通過上述步驟s23后，將剩余的邊緣點(diǎn)進(jìn)行分類，將兩個梯度值作為閾值的分割點(diǎn)，將所有邊緣點(diǎn)劃分為三類，設(shè)定大于最大閾值的為邊緣點(diǎn)，小于最小閾值的為非邊緣點(diǎn)，處于最大閾值和最小閾值之間的需要進(jìn)一步判斷，分析領(lǐng)域的八個點(diǎn)的數(shù)值，當(dāng)領(lǐng)域的八個點(diǎn)有一個或者多個點(diǎn)的梯度只大于最小閾值時，則設(shè)定為邊緣點(diǎn)，否則為非邊緣點(diǎn)。

44、在一些實(shí)施例中，

45、s3、建立障礙物模型并計(jì)算避障路徑；

46、s31、障礙物的設(shè)定；首先需要對agv小車行徑途中的圖像進(jìn)行判斷是否有障礙物，具體方法如下：

47、第一，由工業(yè)攝像機(jī)采集環(huán)境圖像信號傳送給工控機(jī)，由工控機(jī)進(jìn)行圖像分析；

48、第二，對圖像進(jìn)行前面預(yù)處理的方法進(jìn)行預(yù)處理，得到處理后的圖像；

49、第三，對有障礙物和無障礙物的圖像的像素點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置閾值p為有障礙物的最小像素值，閾值q為無障礙物時的最大像素值，并將所有圖像的處理結(jié)果的中值作為閾值o，且q<o<p；

50、第四，agv小車在作業(yè)過程中，拍攝的圖像像素?cái)?shù)大于o時，判斷為前方有障礙物，小于o時，前方?jīng)]有障礙物；

51、s32、安全區(qū)域的設(shè)定；根據(jù)工業(yè)攝像機(jī)的性能情況，將agv小車的行走區(qū)域進(jìn)行如下劃分：緩沖區(qū)域、減速區(qū)域、危險區(qū)域；

52、緩沖區(qū)域：通過單目視覺判斷車體與障礙物之間的距離達(dá)到安全距離值時，此時agv小車的避障系統(tǒng)開始工作，安全距離值可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)進(jìn)入緩沖區(qū)域時，agv小車的工控機(jī)會發(fā)出報(bào)警信號，提示周圍工作人員避讓或者將障礙物搬離，但車輛不會減速；

53、減速區(qū)域：在agv小車越過緩沖區(qū)域后，agv小車?yán)^續(xù)前進(jìn)，如果在減速區(qū)域通過單目視覺檢測到障礙物，則agv小車進(jìn)行減速行進(jìn)；

54、危險區(qū)域：在agv小車越過減速區(qū)域后，agv小車慢速進(jìn)入危險區(qū)域，此時，agv小車立刻停止；

55、區(qū)域范圍的具體數(shù)值連接上位機(jī)進(jìn)行修改；

56、s33、相機(jī)測距；在工控機(jī)中安裝c語言軟件，并同步安裝相機(jī)標(biāo)定工具箱，獲取相機(jī)的內(nèi)參和外參，內(nèi)參包括焦距、光心，外參包括相機(jī)在世界坐標(biāo)系中的位置和姿態(tài)；使用棋盤格標(biāo)定板等標(biāo)準(zhǔn)圖案，拍攝多張不同角度和位置的照片，通過c語言軟件相機(jī)開源工具包進(jìn)行分析處理；利用相機(jī)標(biāo)定得到的內(nèi)參和外參，將圖像坐標(biāo)系中的像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為世界坐標(biāo)系中的物理坐標(biāo)，在世界坐標(biāo)系中，通過計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)與原點(diǎn)的距離，即可得到實(shí)際的物理距離；

57、s34、agv小車避障模型；

58、s341、障礙物壓在給定區(qū)域的右側(cè)，建立幾何模型如下所示：

59、設(shè)定障礙物長2c、寬2d，agv小車長2a、寬2b，繞行點(diǎn)為g，安全距離為，安全閾值為h，通過工業(yè)攝像機(jī)檢測agv小車與障礙物的距離，當(dāng)距離小于時，小車從障礙物左側(cè)繞行，j點(diǎn)為繞行中點(diǎn)，再設(shè)定g、c、d的坐標(biāo)為、、，圓心坐標(biāo)，能夠得到如下關(guān)系式：

60、agv小車的轉(zhuǎn)彎半徑r：

61、

62、agv小車的繞行角為：

63、

64、此時，小車的繞行路線弧長為：

65、

66、控制小車沿著弧長能夠繞過障礙物到達(dá)終點(diǎn)i；

67、s342、障礙物壓在給定區(qū)域的左側(cè)，建立幾何模型，計(jì)算過程與上述步驟s341類似。

68、在一些實(shí)施例中，

69、s4、確立模糊控制器的控制規(guī)則u；

70、設(shè)定二維模糊控制器的輸入變量e和ec，分別作為偏差和偏差變化，設(shè)定輸入輸出的變量范圍在，再進(jìn)行離散化得到集合：

71、

72、將實(shí)際變量范圍轉(zhuǎn)換為區(qū)間內(nèi)，設(shè)定實(shí)際變量范圍為，設(shè)轉(zhuǎn)化結(jié)果為q，可表示為：

73、

74、根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，可根據(jù)上面公式調(diào)整距離偏差、角度偏差的變化范圍，隨后確定語言變量：；

75、轉(zhuǎn)換成字母表達(dá)式如下：；

76、基于以上，確立模糊控制器的控制規(guī)則u：

77、①當(dāng)agv小車的位置偏差e和角度偏差ec大于0，則工控機(jī)傳遞信號給控制板，控制板再傳遞信號給驅(qū)動器，然后由驅(qū)動器傳遞信號給伺服電機(jī)，隨后agv小車右側(cè)的驅(qū)動輪加速，左側(cè)的驅(qū)動輪減速；

78、②當(dāng)agv小車的位置偏差e和角度偏差ec小于0，則工控機(jī)傳遞信號給控制板，控制板再傳遞信號給驅(qū)動器，然后由驅(qū)動器傳遞信號給伺服電機(jī)，隨后agv小車左側(cè)的驅(qū)動輪加速，右側(cè)的驅(qū)動輪減速；

79、③當(dāng)agv小車的位置偏差e和角度偏差ec中有一個大于0，一個小于0，則工控機(jī)傳遞信號給控制板，控制板再傳遞信號給驅(qū)動器，然后由驅(qū)動器傳遞信號給伺服電機(jī)，隨后agv小車狀態(tài)不變，左右兩側(cè)驅(qū)動輪為同一轉(zhuǎn)速，車輛直線行駛；

80、根據(jù)位置與角度偏差的變化，能夠得出如下模糊控制規(guī)則u：

81、e=nb，ec=nb則u=pb；e=nb，ec=nm則u=pb；e=nb，ec=ns則u=pm；e=nb，ec=zo則u=pm；e=nb，ec=ps則u=ps；e=nb，ec=pb則u=ps；e=nb，ec=pm則u=zo；

82、e=nm，ec=nb則u=pb；e=nm，ec=nm則u=pb；e=nm，ec=ns則u=pm；e=nm，ec=zo則u=ps；e=nm，ec=ps則u=ps；e=nm，ec=pb則u=zo；e=nm，ec=pm則u=zo；

83、e=ns，ec=nb則u=pm；e=ns，ec=nm則u=pm；e=ns，ec=ns則u=pm；e=ns，ec=zo則u=ps；e=ns，ec=ps則u=zo；e=ns，ec=pb則u=ns；e=ns，ec=pm則u=nm；

84、e=zo，ec=nb則u=pm；e=zo，ec=nm則u=ps；e=zo，ec=ns則u=ps；e=zo，ec=zo則u=zo；e=zo，ec=ps則u=ns；e=zo，ec=pb則u=nm；e=zo，ec=pm則u=nm；

85、e=ps，ec=nb則u=ps；e=ps，ec=nm則u=ps；e=ps，ec=ns則u=zo；e=ps，ec=zo則u=ns；e=ps，ec=ps則u=ns；e=ps，ec=pb則u=nm；e=ps，ec=pm則u=nm；

86、e=pb，ec=nb則u=zo；e=pb，ec=nm則u=zo；e=pb，ec=ns則u=ns；e=pb，ec=zo則u=nm；e=pb，ec=ps則u=nm；e=pb，ec=pb則u=nm；e=pb，ec=pm則u=nb；

87、e=pm，ec=nb則u=zo；e=pm，ec=nm則u=ns；e=pm，ec=ns則u=ns；e=pm，ec=zo則u=nm；e=pm，ec=ps則u=nm；e=pm，ec=pb則u=nb；e=pm，ec=pm則u=nb；

88、在得到最終的模糊值之后，通過重心法計(jì)算隸屬度函數(shù)曲線與橫坐標(biāo)軸圍城區(qū)域的重心，從而求解控制量，然后工控機(jī)將求解的控制量以對應(yīng)的物理量信號發(fā)送給控制板，再由控制板發(fā)送給驅(qū)動器，從而實(shí)現(xiàn)對伺服電機(jī)的控制。

89、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：1、替代人工作業(yè)，減少人工成本開支；2、降低出錯率，提高生產(chǎn)效率；3、使用agv小車進(jìn)行物料搬運(yùn)能夠有效減少出錯的概率與次數(shù)，同時，agv小車能夠做到除充電時間以外的不停機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；4、高柔性化，agv小車的工作流程與工作路徑，能夠通過調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行靈活協(xié)調(diào)，還能夠通過具體實(shí)施的項(xiàng)目特征靈活的調(diào)整正極程序和參數(shù)，從而達(dá)到適配所有運(yùn)行場所；5、agv小車的供能主要還是電能，相比于當(dāng)前的內(nèi)燃叉車或者液化氣叉車參與的搬運(yùn)環(huán)境，電能的使用成本更低，同時還能夠達(dá)到0尾氣的排放。

90、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。