該 AGV移動(dòng)機(jī)器人是一種在工業(yè)環(huán)境下工作并具有自主規(guī)劃能力的機(jī)器人，基于激光 slam的 AGV可以通過構(gòu)造室內(nèi)地圖，獲取室內(nèi)環(huán)境信息，在移動(dòng)過程中通過傳感器實(shí)時(shí)獲取環(huán)境信息，并與已知的地圖進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)位置匹配，從而確定 AGV機(jī)器人在環(huán)境中的位置。
盡管目前常用的導(dǎo)航系統(tǒng)是激光雷達(dá) slam導(dǎo)航系統(tǒng)，但通常通過結(jié)合使用RGB-D輔助相機(jī)(三維圖像傳感器)，激光雷達(dá) slam導(dǎo)航系統(tǒng)主要是對三維環(huán)境進(jìn)行特征點(diǎn)提取和比較。但是，對于一些有特色的場景，如長廊、空白墻較多的場景，這種特征點(diǎn)不明顯，因此，對特征點(diǎn)進(jìn)行匹配時(shí)容易產(chǎn)生偏差，甚至產(chǎn)生錯(cuò)誤。而上述特征點(diǎn)提取、匹配方法處理起來比較復(fù)雜，容錯(cuò)率低，精度難以保證。另外，現(xiàn)有的 slam導(dǎo)航系統(tǒng)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有體積大、功耗高、性能低的特點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)施要素：
其目的在于提供一種
AGV車輛的導(dǎo)航裝置和導(dǎo)航方法，以提高
AGV車輛的導(dǎo)航精度和操作速度。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種 AGV汽車導(dǎo)航裝置，包括：
采用激光雷達(dá)，獲取
AGV車輛所在環(huán)境平面二維信息；
用于采集 AGV車輛外部環(huán)境圖像的圖像傳感器；
該 FPGA芯片系統(tǒng)分別連接到所述激光雷達(dá)和圖像傳感器，用于接收所述激光雷達(dá)的平面二維信息以及圖像傳感器的外部環(huán)境圖像，并對圖像進(jìn)行處理。
基于本發(fā)明的一個(gè)方面，該 FPGA芯片系統(tǒng)也被用來獲得 AGV車輛的位置點(diǎn)。
基于本發(fā)明的一個(gè)方面， FPGA芯片系統(tǒng)對從激光雷達(dá)中獲得的平面二維信息的處理包括構(gòu)造基于平面二維信息的 AGV車所在環(huán)境二維平面圖，該圖基于該平面信息。
從某一方面看，該 FPGA芯片系統(tǒng)用于處理由該圖像傳感器采集的外部環(huán)境圖像，包括在該外部環(huán)境圖像中對各種對象的屬性識別和標(biāo)記。
基于本發(fā)明的某一方面，利用圖像語義分割技術(shù)，對外部環(huán)境圖像中的各個(gè)對象進(jìn)行屬性識別和單獨(dú)標(biāo)注。
按照本發(fā)明的一方面，圖像傳感器為光學(xué)相機(jī)，它可以獲得平面圖像。
還提供了一種使用上述 AGV車輛導(dǎo)航裝置的導(dǎo)航方法，包括：
FPGA芯片系統(tǒng)根據(jù) AGV汽車所處的環(huán)境，根據(jù)所述平面的二維信息構(gòu)造所述 AGV汽車的二維平面圖；
FPGA芯片系統(tǒng)對外部環(huán)境信息進(jìn)行圖像語義分割，對外部環(huán)境圖像中的每一個(gè)目標(biāo)對象進(jìn)行屬性識別；
將外部環(huán)境圖像中經(jīng)屬性識別的每一個(gè)物體都與所述二維平面圖相匹配，從而獲得每一個(gè)物體在所述二維平面圖中的位置；
通過 FPGA芯片系統(tǒng)，獲得 AGV車輛在二維平面圖中的位置，并與從S3獲得的二維平面圖中的各個(gè)目標(biāo)的位置相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)路徑自動(dòng)規(guī)劃。
該 AGV車的導(dǎo)航裝置將激光雷達(dá)、圖像傳感器和 FPGA芯片系統(tǒng)結(jié)合在一起，通過圖像語義分割的方式對周圍環(huán)境中的目標(biāo)進(jìn)行屬性識別，有效地保證目標(biāo)的識別精度和識別速度，從而保證 AGV車的導(dǎo)航精度。
AGV汽車上使用的導(dǎo)航裝置，由于采用的是圖像語義分割處理的方法，并且是對環(huán)境中各種物體進(jìn)行屬性識別，因此，圖像傳感器采用的是普通照相機(jī)(可以用光學(xué)照相機(jī)拍攝二維圖像)。與已有技術(shù)相比，RGB-D攝像機(jī)(三維圖像傳感器)在識別物體幾何結(jié)構(gòu)方面的屬性識別方法更加精確，能夠更好地識別物體。用普通相機(jī)取代已有的RGB-D相機(jī)，操作簡便。
該方法采用 FPGA芯片系統(tǒng)，將圖像信息處理集成到 FPGA芯片系統(tǒng)中，在提高系統(tǒng)整體穩(wěn)定性的同時(shí)，也使系統(tǒng)整體體積大大減小，無需工控機(jī)處理即可直接輸出地圖、位置等信息，相對于工控機(jī)系統(tǒng)的高能耗、大體積，可有效降低功耗，減小體積。本發(fā)明充分利用了 FPGA芯片的并行高速處理能力和先進(jìn)的復(fù)雜處理能力，實(shí)現(xiàn)了 AGV車的實(shí)時(shí)對講，與現(xiàn)有技術(shù)相比，大大降低了錯(cuò)誤率，有利于在保證導(dǎo)航精度的同時(shí)，提高工作效率。
附加圖表
圖1示意性表示本發(fā)明所述 AGV車輛所用導(dǎo)航設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成示圖。
特定執(zhí)行方法
為更加清楚地說明本發(fā)明的實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將簡要地介紹在實(shí)施方式中需要使用的附圖。很明顯，下面所述的附圖只是執(zhí)行本發(fā)明的一種方法，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的情況下，也可通過這些附圖獲取其它的附圖。
當(dāng)對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述時(shí)，術(shù)語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”表示方位關(guān)系或方位關(guān)系，只是為了便于說明本發(fā)明的內(nèi)容，而非表明所指設(shè)備或部件必須具有特定的方位關(guān)系或方位結(jié)構(gòu)，因此上述術(shù)語不能理解為對本發(fā)明的限制。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，本發(fā)明的實(shí)施方式不能在此一一贅述，但本發(fā)明的實(shí)施方式因此不受以下實(shí)施方式的限制。
本發(fā)明中 AGV使用的導(dǎo)航裝置，如圖1所示，按照本發(fā)明的實(shí)施方式，包括激光雷達(dá)1、圖像傳感器2和 FPGA芯片系統(tǒng)3。利用以太網(wǎng)或 USB技術(shù)，將激光雷達(dá)1號和圖像傳感器2號分別與 FPGA芯片系統(tǒng)3號和 FPGA系統(tǒng)3號相連。其中，激光雷達(dá)1用于向 FPGA芯片系統(tǒng)3傳送 AGV車周圍環(huán)境的二維信息，2用于向 FPGA芯片系統(tǒng)3傳送 AGV車外部環(huán)境圖像，3用于向 FPGA芯片系統(tǒng)3接收上述信息并進(jìn)行處理。另外，本發(fā)明的 FPGA芯片系統(tǒng)還可用于獲取 AGV車輛的位置，并結(jié)合信息數(shù)據(jù)處理結(jié)果來實(shí)現(xiàn) AGV車輛的導(dǎo)航功能。
具體地說， FPGA芯片系統(tǒng)3對激光雷達(dá)1獲取的平面二維信息的處理，包括根據(jù)平面二維信息在 AGV車周圍構(gòu)造平面圖。具體地說，激光雷達(dá)1每條沿圓周方向360°方向的射線表示不同的距離信息，根據(jù)所獲得的不同距離信息系繪制出二維平面圖。
利用 FPGA芯片系統(tǒng)3實(shí)現(xiàn)了圖像傳感器2采集到的外部環(huán)境圖像的處理，包括外部環(huán)境圖像中不同對象的屬性識別和標(biāo)記。具體地說，本發(fā)明采用圖像語義分割的方法，來識別外部環(huán)境圖像中各對象的屬性。圖象語義分割技術(shù)是一種處理圖象的方法，主要是建立多個(gè)語義類別，如可行區(qū)域、不可行區(qū)域、障礙物和人等，然后通過實(shí)時(shí)接收拍攝的圖象，對圖象中的每個(gè)像素進(jìn)行標(biāo)記識別，并根據(jù)圖像的紋理、亮度等屬性，確定每個(gè)像素所屬的類別(可行區(qū)域、不可行區(qū)域、障礙物和人)。
AGV汽車上使用的導(dǎo)航裝置，由于采用的是圖像語義分割處理的方法，并且是對環(huán)境中各種物體進(jìn)行屬性識別，因此，圖像傳感器2采用的是普通照相機(jī)即可(可以用光學(xué)照相機(jī)拍攝二維圖像)。與已有技術(shù)相比，RGB-D攝像機(jī)(三維圖像傳感器)在識別物體幾何結(jié)構(gòu)方面的屬性識別方法更加精確，能夠更好地識別物體。用普通相機(jī)取代已有的RGB-D相機(jī)，操作簡便。
AGV汽車用導(dǎo)航設(shè)備的導(dǎo)航方法如下：S1、 FPGA芯片系統(tǒng)根據(jù) AGV汽車所處環(huán)境建立 AGV汽車所處環(huán)境的二維平面圖；S2、 FPGA芯片系統(tǒng)對外部環(huán)境信息進(jìn)行圖像語義分割，對外部環(huán)境圖像中的每一個(gè)物體進(jìn)行屬性識別；S3、 FPGA芯片系統(tǒng)根據(jù)S3、 FPGA圖像中的屬性進(jìn)行匹配，得到每一個(gè)物體在所述二維平面圖中的位置；S4、通過 FPGA芯片系統(tǒng)獲取 AGV汽車在二維平面圖中的位置，并結(jié)合S3中獲取的二維平面圖中每一個(gè)物體的最佳路徑自動(dòng)進(jìn)行規(guī)劃。
總體而言，是通過 FPGA芯片系統(tǒng)3結(jié)合激光雷達(dá)1構(gòu)造環(huán)境二維平面圖， FPGA芯片系統(tǒng)3結(jié)合圖像傳感器2構(gòu)造外部環(huán)境圖像進(jìn)行語義分割處理，對環(huán)境中已經(jīng)進(jìn)行圖像語義分割的物體進(jìn)行匹配，得到各自在基于激光雷達(dá)1生成的二維平面圖上的位置，這樣，每當(dāng)圖像傳感器2得到環(huán)境物體時(shí)，就能知道其相對于激光雷達(dá)生成的二維平面圖上的位置。然后利用 FPGA芯片系統(tǒng)3，將 AGV車輛的位置姿態(tài)點(diǎn)和環(huán)境語義分割得到的目標(biāo)標(biāo)注在二維平面圖上，構(gòu)成節(jié)點(diǎn)，形成優(yōu)化約束條件，并用圖優(yōu)化方法獲得 AGV車輛的高精度位置和各種不良目標(biāo)的位置，從而實(shí)現(xiàn) AGV車輛的運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃。
AGV車的導(dǎo)航器是將激光雷達(dá)1、圖像傳感器2和 FPGA芯片系統(tǒng)3等集成在一起，通過圖像語義分割的方法，對周圍環(huán)境中的目標(biāo)進(jìn)行屬性識別，有效地保證目標(biāo)的識別精度和識別速度，從而保證 AGV車的導(dǎo)航精度。
另外，由于采用 FPGA芯片系統(tǒng)3，圖像信息處理集成到 FPGA芯片系統(tǒng)3中，在提高系統(tǒng)整體穩(wěn)定性的同時(shí)，也使系統(tǒng)整體體積大大減小，無需工控機(jī)處理，即可直接輸出地圖、位置等信息，相對于工控機(jī)系統(tǒng)的高能耗、大體積而言，本發(fā)明能有效降低功耗，縮小體積。本發(fā)明充分利用了 FPGA芯片的并行高速處理能力和先進(jìn)的復(fù)雜處理能力，實(shí)現(xiàn)了 AGV車的實(shí)時(shí)對講，與現(xiàn)有技術(shù)相比，大大降低了錯(cuò)誤率，有利于在保證導(dǎo)航精度的同時(shí)，提高工作效率。
上述方法只是本發(fā)明的一種方案，并沒有用來對本發(fā)明進(jìn)行限制，對本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員而言，本發(fā)明可以進(jìn)行多種修改和改變。凡是在本發(fā)明的精神和原則范圍內(nèi)，對其進(jìn)行的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，都應(yīng)受本發(fā)明的保護(hù)。
一場比賽，一場比賽
