二维码导航工作原理

总体设计:

该系统由以陀螺仪导航系统、视觉系统、AGV子系统、电源管理系统、传感器系统和装置机械结构五部分组成。导航采用陀螺仪导航为主，视觉导航为辅，最大化融合和利用各导航的优势，提高系统的可靠性和导航精度。

其运行原理如下：AGV在接收到工作中心的指令后，由导航系统将其指引至货物装载处，装载完毕后，按照预设指令，其分析起点-终点路径后，规划出最佳行走路径，行走至指定位置。该过程中不断利用导航系统识别周围特征标志信息，以实时利用AGV子系统计算分析其所处位置，之后利用无线通信方式发送至工作中心电脑，以管理和规划工业现场的总体物流运行进度，避免相互干涉，提高运输效率。

项目技术归纳为以下几点：

（1）陀螺仪导航与视觉联合导航：本系统采用陀螺仪导航系统专用模块，主要实现技术为差分定位，并结合工业现场的地图，利用车载控制系统实时分析系统地图坐标数据，之后与地图信息对比以获取定位信息。项目采用图QR码扫描自适应阈值算法的视觉技术识别运动过程中的关键标志物，辅以航位推算系统以达到路径自动辨识和规划，从而最终达到对AGV导航的目的。通过视觉定位QR码技术导航的图像获取、摄像机标定、特征提取和深度恢复等过程，以达到对物体的位置精确定位。

QR码（二维码）

（2）路径规划：AGV运行路径规划分为全局规划和局部规划。全局规划中采用切线图法，即将路径中关键点作为特征点，将该特征点的切线表示弧，这样可以获取AGV起始点和目标点的最短路径，提高AGV路径进行规划的速度；局部规划中采用人工势场法，其设计思想是将AGV在工业现场作业视为一种抽象人造受力场中的运动，通过建立人工势场的负梯度方向指向系统的运动控制方向，目标点对AGV产生引力，障碍物对AGV产生斥力，其驱动结果使其在势场合力作用下控制AGV运动方向并计算AGV位置，为防止工业现场AGV在到达目标位置前陷入局部小点而无法达到预设位置，系统利用模拟退火算法使势函数跳出局部极小点，以使AGV顺利到达目标位置。

（3）多任务分解及协调：为解决多个AGV间任务分配、路径规划和相互协调，系统采用模糊动态数学模型的方法，该方法基于专家辨识系统的设计思路，将任务分配分解为“最重要、重要、一般、次要”四个等级，并将路径规划为“最近、较近、合理、备选”四个等级，之后利用模糊动态数学模型进行建模和分析，输出最佳的任务分解和路径规划。具体应用中，利用工业现场工作中心对多个AGV提前预置任务和目标路径，提供给系统的初始输入和输出，由系统自动完成对任务和路径的分析，并将指令传送至各AGV车载控制系统，以达到AGV间的任务协调和路径选取。需要指出的是，为了解决实际应用过程中由于任务的不断更

新和调整，以及路径过程中可能出现障碍物等情况，在工作中心中设有一套预测控制系统和报警系统，在满足单一作业完成的前提下，对工作中心的任务和路径进行实时建模，以满足现场变化的需求，当路径出现死角时，利用报警系统进行现场提示，由现场人员进行介入解决。

（4）基于视觉的QR码定位技术:对于二维码子系统，其中存储该二维码正对的地面的坐标信息。AGV通过自身的高分辨率长焦摄像头对二维码进行读取和识别，同时通过二维码图像在摄像头坐标中的旋转情况，与电子罗盘数据进行融合，可以确定AGV的精确朝向。综合二维码编码的信息和其在图像中的位置信息，可以对AGV小车进行完整的定位。