一种基于视觉及UWB的工业小车自主导航系统的制作方法

一种基于视觉及uwb的工业小车自主导航系统
技术领域
1.本发明成果主要针对工业生产、仓储管理、智能制造等工业领域，发明一种智能机器人小车的定位系统并实现其运动过程中的环境建模、物品识别等功能。


背景技术：

2.工业4.0是制造业重塑制造体系的关键，应用机器视觉、运动控制、机械手及agv(自动引导车辆)的工业小车可以优化生产过程、减少人力需求、实现智能制造以成为趋势。
3.在工厂、仓库、车间的货物、物料搬运过程中，人工成本近几年也水涨船高，所以工业小车的使用在各行各业都比较流行和应用。据统计，截止2018年10月份，全世界大约有2万多种不同类型的工业小车在2100个大型和小型仓库中运行。
4.传统的生产线一般由连续的刚性传动设备组成，短则数米长则几千米，典型比如汽车装配线。自从agv工业小车的出现，完全改变了这个格局，不仅是一个自动引导车辆使用，也可作为移动式装配站处理平台使用，它们可以独立自由、独立工作，并能准确无误的有序组合，虽然没有物理分区的形成，但可以发挥调节作用，完全媲美之前动态高度灵活的生产线，成本一下子就下降很多，从而企业可以更多投入到产品研发上。
5.工业小车无人驾驶自动处理解决了一些不适合人们生产或工作的特殊环境问题，主要在一些危险行业，比如核材料、危险品(农药、有毒物质、腐蚀性物品、生物制品、易燃易爆物品)等。在核电站和用于储存的核辐射的场所，工业小车被用来运输货物和避免危险的辐射。还有就是强度大、有安全要求的行业，在钢铁工厂中，工业小车用于输送炉料，降低工人的劳动强度。再就是人类不适合的作用，比如黑暗环境下的工作等，一个典型例子就是电影仓库中，工业小车可以在黑暗的环境中提供材料和半成品，这是人类所不能及的。


技术实现要素：

6.本发明提供一种用于工业生产仓储过程中的工业小车自主导航技术，其采用超宽带(ultra wide band，uwb)无线载波通信技术来实现定位，采用视觉成像来实现对作业环境的建模以及对待操作物品进行识别和定位。
7.工业小车具有智能化特点，其可以有效代替工人从事工业生产，仓储管理等工作，具有效率高，出错率低等特点。工业小车发挥作用的首要条件是实现其精准的定位。
8.本发明通过以下技术方案解决工业小车的自主导航问题：
9.本发明在工业小车工作场所部署uwb定位基站来对小车上的定位标签进行定位，其采用4个或4个以上的基站，对场所的定位标签进行测距，并通过测距结果实现对标签位置的计算。
10.本发明采用可见光相机对小车作业场所进行成像，通过上车上不同位置的相机图像，对环境进行三维结构计算，完成环境建模。
11.本发明采用可见光相机在小车寻找物品时以及小车存取物品时，完成对物品的识别以及定位，实现自主物品识别、定位以及操作。
附图说明
12.图1是uwb定位原理图
13.图2是采用双目视觉对环境进行建模的示意图
14.图3是采用图像对物品进行识别定位过程
具体实施方式
15.下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
16.如图1所示为uwb定位系统的基础组成，其包括定位基站和定位标签。定位基站需要4个或4个以上，其空间位置已知，其中一个为主基站，主基站同时负责将各标签的定位结果发送给所有的小车，定位标签则部署在每一个需要定位的小车上。
17.定位基站会发出uwb无线信号，定位标签收到uwb无线信号后，可以测量与基站之间的距离，通过对各基站的测距，定位标签就可以通过三角定位方法确定自身在空间中的位置。
18.定位完成后，主定位基站会将所有标签的定位结果发送给空间中的所有小车，小车根据这些信息来进行避撞的计算。
19.如图2所示为采用双目相机进行环境测量的示意图，通过安装在不同位置的相机对环境进行成像，不同景深物体将产生不同的图像，从而可以估计出图像中物体在空间中的位置关系，同时根据小车的空间位置，可以计算出物体的绝对位置。该方法在使用前需要对小车上的相机进行校准，以获取各相机的参数，从而具备测量能力。
20.如图3所示为小车在作业时，通过相机对物品进行成像和识别的示意图。工业小车主要用于寻找物品、搬运物品、装配零件等任务，因此需要对被操作物品进行确认及定位，通过相机对待操作区域进行成像，可以获取含有物品的图像数据，采用智能识别算法，可以在图像中完成物品的定位，结合小车的位置可以确定物品在空间中的位置，从而为后续的物品操作提供信息。
21.通过以上技术方案，可以实现工业小车在作业过程，获取其自身的位置以及对周围环境进行建模，同时又能完成对物品的探测识别和定位。
22.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种基于视觉及uwb的工业小车自主导航系统，其特征在于采用相机及uwb定位技术，来实现小车的自主定位，对环境进行建模以及对待操作物品进行识别功能。2.根据权利要求1所述的一种基于视觉及uwb的工业小车自主导航系统，其特征在于所述系统包含一个主定位基站、3个或以上从定位基站以及部署在小车上的定位标签，相机部署在小车车身周围。3.根据权利要求1所述的一种基于视觉及uwb的工业小车自主导航系统，其特征在于通过无线电测距技术测量各uwb基站与uwb标签之间的距离来计算出小车在空间中的位置信息。4.根据权利要求1所述的一种基于视觉及uwb的工业小车自主导航系统，其特征在于通过小车上的相机对作业环境进行成像，采用双目景深法，对图像进行处理，完成对周围环境进行建模，为小车运动确定作业空间。5.根据权利要求1所述的一种基于视觉及uwb的工业小车自主导航系统，其特征在于通过相机对待操作物品进行成像，并采用智能识别算法完成物品识别和定位。6.根据权利要求1所述的一种基于视觉及uwb的工业小车自主导航系统，其特征在于无需在地面部署磁钉或导引线，其定位精度高，路线自由，成本低。

技术总结
本发明公开了一种基于视觉及UWB的工业小车自主导航系统，其采用相机以及UWB定位技术完成工业小车的自主定位，环境建模，物品自主识别功能。通过在小车上部署UWB定位标签，在运动过程中通过UWB定位标签与定位基站间的通信，实现小车自身的位置确定。通过部署在小车上的相机对作业环境进行成像，通过运动景深差技术实现对作业环境的建模。通过该相机对待操作物品进行成像，完成物品的识别定位。该发明无需在地面部署磁钉和导引线，只需在工作场所部署UWB定位基站和在小车上部署定位标签及相机就可实现，拆装升级自由，成本低，精度高，且小车运动灵活不受限，效率高。效率高。效率高。


技术研发人员：吴云华 华冰 陈志明 范志明
受保护的技术使用者：比孚智能科技（苏州）有限公司
技术研发日：2022.03.22
技术公布日：2023/10/6