今日頭條
官方微信
官方抖音
案例頻道
1.引言
自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)輛（AGV）以其靈活性、高效性和柔性已被廣泛認(rèn)為是物料搬運(yùn)的好的解決辦法。傳統(tǒng)的AGV導(dǎo)引方式包括激光導(dǎo)引、電磁感應(yīng)導(dǎo)引等，但是它們的靈活性較差，使用成本高，安裝維護(hù)和改造也很不方便。隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)視覺(jué)導(dǎo)引AGV已經(jīng)成為了研究的熱點(diǎn)，這一技術(shù)必定有著廣闊的市場(chǎng)前景。本文將結(jié)合這一應(yīng)用作簡(jiǎn)要的闡述。
2.AGV視覺(jué)導(dǎo)引系統(tǒng)原理簡(jiǎn)介
圖1 視覺(jué)導(dǎo)引系統(tǒng)原理圖
（e為車(chē)體縱軸線(xiàn)和路徑中線(xiàn)的偏差，α為方向偏差）
AGV通過(guò)CCD攝像頭獲得視場(chǎng)如圖所示，車(chē)輛沿著路徑（白色）行駛，路面背景為黑色，通過(guò)程序來(lái)將采集到的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行灰度化處理，每個(gè)點(diǎn)的灰度值并可以通過(guò)DELPHI的scanline函數(shù)獲得[1]。
AGV在運(yùn)行過(guò)程中的路徑可以近似認(rèn)為是直線(xiàn)（實(shí)際上帶有一定的弧度），這樣可以簡(jiǎn)化問(wèn)題并保證一定的正確性。在掃描的時(shí)候，考慮到計(jì)算量以及實(shí)際的精度情況，可以采取隔行掃描的辦法，這樣可以減少計(jì)算量以及計(jì)算時(shí)間。
假設(shè)掃描整幅圖一共需要M行N列，則攝像頭視場(chǎng)中心o的坐標(biāo)為 ，
,
故可以得到坐標(biāo)系PUV到坐標(biāo)系XOY的轉(zhuǎn)換關(guān)系[2]：
式（1）
攝像頭逐點(diǎn)掃描像素行（假設(shè)是從左向右），對(duì)于相鄰兩點(diǎn)，用右點(diǎn)減左點(diǎn)的灰度值，設(shè)在這里可以設(shè)定一個(gè)值k，凡差在K以?xún)?nèi)的都近似認(rèn)為都為黑色點(diǎn)，為路面，即此時(shí)Br－B(r-1) ≤k，這樣一直到出現(xiàn)Br－B(r-1) ＞k的時(shí)候可以認(rèn)為點(diǎn)r已經(jīng)為白點(diǎn)，即路徑點(diǎn)，假設(shè)此點(diǎn)的坐標(biāo)為（u1，v1），當(dāng)Br－B(r-1)在≤k的時(shí)候，說(shuō)明此時(shí)的r點(diǎn)已經(jīng)為黑點(diǎn)，假設(shè)此點(diǎn)的坐標(biāo)為（u2，v2）， 則此像素行上的的路徑中心線(xiàn)上的點(diǎn)坐標(biāo)為
式（2）
在獲得若干組坐標(biāo)之后，通過(guò)最小二乘法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，即如果被測(cè)數(shù)據(jù)滿(mǎn)足線(xiàn)性關(guān)系式 yi = A + B xi，由相關(guān)結(jié)論可知 (其中 Σ 表示求和，N 表示資料組的總個(gè)數(shù))
式（3）
得到方程Au＋Bv＋C＝0 式（4)
將式（4）代入式（1），得到
式（5）
由式（5）可以得到
式(6)
| 式（7）
e和α是控制系統(tǒng)的輸入，系統(tǒng)將根據(jù)這兩個(gè)參數(shù)來(lái)獲得車(chē)輪應(yīng)該轉(zhuǎn)動(dòng)的角度β。
3.模糊控制策略
由于AGV的運(yùn)動(dòng)模型不確定性比較大，很難建立一個(gè)精確的數(shù)學(xué)模型，所以很適合采
用模糊控制來(lái)進(jìn)行車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度β的計(jì)算。
在本文中，模糊控制器采用雙輸入單輸出的結(jié)構(gòu)，輸入量為AGV車(chē)體縱軸線(xiàn)相對(duì)于視場(chǎng)中路徑中心線(xiàn)的位置偏差e和方向偏差α，它們可以由AGV視覺(jué)系統(tǒng)獲得，輸出量為轉(zhuǎn)向輪相對(duì)于車(chē)體縱軸線(xiàn)的偏轉(zhuǎn)角β[3]。
首先確定各個(gè)變量的基本論域，考慮到方向偏差α角度太大或者車(chē)體偏離距離e太大的時(shí)候車(chē)子已經(jīng)不可能自動(dòng)糾正偏差，所以考慮到實(shí)際意義，取e的基本論域?yàn)椤?240，240〕，
α的基本論域?yàn)椤玻?0°，30°〕，轉(zhuǎn)向輪由于受到物理結(jié)構(gòu)的限制最大的偏轉(zhuǎn)角不能超過(guò)60°，所以取β的基本論域?yàn)椤?60°，60°〕。當(dāng)車(chē)體縱軸線(xiàn)在路徑中心線(xiàn)左邊的時(shí)候e為負(fù)，右邊的時(shí)候e為正；α、β都以順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)檎?BR>
考慮到控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和復(fù)雜程度，將e，α，β的模糊集論域都取為｛-6，－4,-2,
0,2,4,6}，模糊子集都取為｛NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB｝[4]，其中：
● "正大"（PB）-- 取＋6附近；
● "正中"（PM）-- 取＋4附近；
● "正小"（PS）-- 取＋2附近；
● "零" （ZO）-- 取0附近；
● "負(fù)小"（NS）-- 取－2附近；
● "負(fù)中"（NM）-- 取－4附近；
● "負(fù)大"（NB）-- 取－6附近；
在 AGV的運(yùn)行過(guò)程中，偏差的產(chǎn)生是隨機(jī)的，所以可以考慮采用正態(tài)分布函數(shù)來(lái)擬
合輸入輸出變量的模糊子集，即用函數(shù)
來(lái)加以擬合，其中a為中心值，b>0稱(chēng)為模糊度。在參照上述公式以及主觀駕駛經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，得到模糊集論域中各元素從屬各模糊子集的隸屬度，如表所示。
表1 模糊集論域中各元素從屬于各模糊子集的隸屬度
同時(shí)考慮到AGV路徑跟蹤的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度，本文中一共歸納了49條控制規(guī)則，以下是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)獲得的模糊控制規(guī)則表：
表2 模糊控制規(guī)則
使用MATLAB的模糊控制工具箱建立起本模糊控制器的模型，并輸入上述的模糊控制規(guī)則，在這里輸入輸出變量的隸屬函數(shù)都服從正態(tài)分布，最后采用重心法反模糊化計(jì)算，可以得到輸出在不同情況下的β，限于篇幅，在此將模糊控制表數(shù)據(jù)略去。
4.控制軟件的編寫(xiě)思想
圖2 軟件流程圖
如圖所示，通過(guò)CCD攝像頭獲得e以及α以后就可以編寫(xiě)查詢(xún)語(yǔ)句從先前制定的模糊控制表獲得對(duì)應(yīng)的β，然后就可以根據(jù)β與光電編碼器測(cè)得的當(dāng)前轉(zhuǎn)角β0 之差來(lái)發(fā)出電壓信號(hào)以控制轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
5.結(jié)束語(yǔ)
本文介紹的基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的視覺(jué)導(dǎo)引系統(tǒng)順應(yīng)了當(dāng)今AGV導(dǎo)引技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，所以研究應(yīng)用價(jià)值較高。本文完成了該系統(tǒng)的方案、理論研究，對(duì)具體執(zhí)行的過(guò)程做出了詳細(xì)的技術(shù)分析，并且在此基礎(chǔ)上完成了系統(tǒng)配套軟件的制作，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（實(shí)驗(yàn)部分未在本文中作介紹），已經(jīng)基本完成了自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化，數(shù)字化測(cè)量的要求，實(shí)現(xiàn)了對(duì)AGV偏移量的自動(dòng)測(cè)量及糾正，完成了預(yù)期的任務(wù)目標(biāo)。
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)