[发明专利]惯性视觉组合式定位的AGV系统

权利要求书

1.惯性视觉组合式定位的AGV系统的控制方法，所述的惯性视觉组合式定位的AGV系统，包括控制装置，供电装置，物理执行部分；

所述的控制装置包括依次连接的摄像头组、上位机、下位机、捷联惯导整合器；

摄像头组用以采集道路信息，上位机实时采集摄像头组数据，根据周围路况实时路径规划；

下位机控制车体行进，并使用灰度组和OpenMV组进行附近元素识别；

上位机和下位机互相通讯；

捷联惯导整合器分别连接电容电感对、OV7725摄像头、灰度传感器、陀螺仪、磁力计、Apriltag码；

电容电感对，在地上铺设电磁线并通上交流电，车上的电容电感对通过激发电磁场采集到电信号并判断车体相对于电磁线的位置，完成对电磁线的跟踪，以此实现电磁引导；

OV7725摄像头，用以采集路面视觉信息，反馈给下位机并进行控制；

灰度传感器，利用不同颜色地面对光反射强度不同，检测地面上黑色标志物的模拟传感器，用以作精度在1cm以内的定位；

陀螺仪、加速度计和磁力计集成在MPU9250芯片上，通过读取三轴加速度、三轴角加速度和三轴磁场原始数据，计算出实时的三轴姿态角度；

Apriltag码，识别作业过程中的指定标志物；

所述的供电装置，包括电源模块和6S锂电池，分别为用电设备供电；

所述的物理执行部分与下位机连接，物理执行部分包括电机驱动电路，电机驱动电路分别为电机和麦克纳姆轮、电力拖动装置提供动力；

其特征在于，控制方法包括以下过程：

通过预先定义每个Apriltag码的信息，并将相应二维码放置在特殊元素旁边，在AGV系统作业时Apriltag码发挥路标和指示牌的作用；

当AGV系统运载货物时，会根据上位机算法或者读取货物上的二维码信息生成搬运路径，接着通过捷联惯导系统将货物运输到指定地点；

控制算法方面：

本系统采用基于串口的分布式控制方式，即上层算法和底层控制分别使用不同的单片机即上位机、下位机，相互独立功能分散；

本系统采用四个轮子皆为麦克纳姆轮的方案；所有轮子顺时针转动让AGV系统前进，此时，将左上和右下轮子改为逆时针转动让AGV系统向左平移，向右平移和后退控制方式则将是每个轮子的旋转方向与向左平移和前进反过来；代码上实现这一过程，首先要在联调时将每个驱动的输出占空比和电机实际转速作归一化，保证四个轮子转速一样，接下来以前进，后退，左右平移为例程记录四个轮子的转动速度并记录；最后以顺时针和逆时针旋转为例程调试四个轮子的转速并记录；实际使用时通过运动过程分解；得到每个轮子的需求转速，通过轮子编码器和驱动，单片机的PID控制算法即达到全向控制；

电机转速控制方面：使用ＡＢ项增量式光电编码器；其作用是判定轮子的旋转方向和角度；上位机给出电机转速设定值，其信号经过PI修正之后进入直流电机驱动器；电流经过驱动放大，供给给直流电机，同时采集直流电机速度反馈给PI控制器，进行速度修正；

角度解算方面：使用JY-901模块进行加速度和角加速度和磁力计一共9个数据的测量，每组数据随时间得到一条函数曲线，进行卡尔曼滤波处理后，进行积分处理即得到速度和角速度，再次积分即得到加速度和角加速度；装载了光电对管和具有Apriltag码识别功能的摄像头；将地面和轨迹进行处理，每单位长度设置一个信标，以此来矫正里程计的飘移；

摄像头处理方面：采用OV7725摄像头，使用单独MCU对图像进行处理，图像信息储存在LCD中的GRAM中；本系统圆周阵列了四个OV7725摄像头，用于实现全方位视野识别；图像处理方式主要使用了跳变检测算法和微分后跳变检测算法；跳变检测算法明显捕捉到图像中的轮廓线，其用途是辅助计算地形和搬运物体大小；

路径规划方面：

每一条搬运任务的时间根据其路径位矢和搬运类型确定，任务量少时使用“边处理边接受”的链表处理方式；

当搬运任务多并且有一台AGV系统运作时；系统会根据任务紧急程度赋予变量值，然后通过加权选取搬运点最近的任务或者最紧急的任务进行处理；

当搬运任务多并且有多台AGV系统同时运作时候，系统会采用“令牌”控制法进行中央调控；每条主干道，搬运线路密集重复的地区都有一个token值，AGV系统在执行搬运任务时，其运动线路的所有token值会通过蓝牙模块传递到中央处理器；token值重复时，表明AGV系统规划路径重复，有可能发生碰撞，此时，通过中央调配AGV系统会计次数轮流避让；当任务量发生紧急任务时，低优先级AGV系统会主动避让高优先级AGV系统。