基于双目视觉的AGV障碍物检测与避障

王 铮 ，赵 晓 ，佘宏杰 ，刘洪海Βιβλιοθήκη Baidu，赵燕伟 。＋
（１．浙江工业大学 计算机科学与技术学院 ，浙江 杭州 ３１００２３； ２．浙江工业大学 特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验 室，浙 江 杭州 ３１００１４）
摘 要 ：针对智能车间 中物料位置和运动状态的不确定性 ，提出一种基 于双 目视觉 的 自动导 引车 （ＡＧＶ）障碍 物检测 与避障方 法。在 障碍物检测过程 中，首先采用基于深 度检测 的障碍物判 定算法判 断障碍 物是否存 在 ；然 后 利用帧差法提出一种障碍物信 息的获取算法 ，分别得 出静 、动态障碍 物的方位 与速度信 息。为进一步 提高 障碍 物 检测的可靠性 ，分别对不 同状态 的障碍物进行检测实 验 ，结 果表 明，该算 法误差较 小、结果 可靠 。针对 不同 障碍 物 设计避障策略 ，对 比 ＰＩＤ和模糊 ＰＩＤ的方法控制 ＡＧＶ运 动 ，通过分析 ＡＧＶ运动过程 中的角度和距离偏差验证 了 避障策略的有效性 。最后 ，开发 了一个简单高效的上位机系统 ，进一步验证 了所提算法的可行性和有效性 。
第 ２４卷 第 ２期 ２ ０ １ ８年 ２月
计算机 集成制造 系统
Ｃｏｍ ｐｕｔｅｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｍ ａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｓ
ＤＯＩ：１０．１３１９６／ｉ．ｃｉｍｓ．２０１８．０１．０１２
Ｖｏ１．２４ Ｎ ｏ．２ Ｆｅｂ． ２ ０ １ ８
基 于双 目视 觉 的 ＡＧＶ 障碍 物 检 测 与 避 障
关键词 ：双 目视觉 ；自动导引车 ；障碍物检测 ；帧差 法 ；模糊 ＰＩＤ 中 图分 类 号 ：ＴＰ３９１．７ 文献 标 识 码 ：Ａ
Ｏ ｂｓｔａｃｌｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｖｏｉｄａｎｃｅ Ｏｆ ＡＧ Ｖ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｂｉｎｏｃｕｌａｒ ｖｉｓｉｏｎ ＷＡＮＧ Ｚｈｅｎｇ ，ＺＨＡＯ Ｘｉａｏ ，ＳＨＥ Ｈｏｔ，ｒｇＪ 。，ＬＩＵＨ ｏｎｇｈａｉ ，ＺＨＡＯ Ｙａｎｗｅｉ ’
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００２３，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｐｕｒｐｏｓｅ Ｅｑｕｉｐｍ ｅｎｔ ａｎｄ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍ ａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｍ ｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００１４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ’ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｏｔｉｏｎ ｓｔａｔｅ ｉｎ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｗｏｒｋｓｈｏｐ，ａ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｏｂｓｔａｃｌｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ａｖｏｉｄａｎｃｅ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ （ＡＧＶ ） ｂａｓｅｄ ｏｎ ｂｉｎｏｃｕｌａｒ ｖｉｓｉｏｎ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｄｕｒｉｎｇ ｏｂｓｔａｃｌｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅ ｏｂｓｔａｃｌｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｅｐｔｈ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｊｕｄｇｅ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｏｆ ｏｂｓｔａｃｌｅｓ．Ａｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｏｂｔａｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｂｓｔａｃｌｅｓ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂｙ ｆｒａｍｅ ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｏ ｇｅｔ ｔｈｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｂｓｔａｃｌｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｔａｔｅ． Ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｏｂ ｓｔａｃｌｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｏｂｓｔａｃｌｅｓ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｂｙ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｌｇｏ ｒｉｔｈｍ ｗａｓ ｒｅｌｉａｂｌｅ ａｎｄ ｈａｄ ｌｉｔｔｌｅ ｅｒｒｏｒ． Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｏｂｓｔａｃｌｅｓ，ｔｈｅ ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｖｏｉｄａｎｃｅ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｗａｓ ｐｒｏ ｐｏｓｅｄ． ＰＩＤ ａｎｄ ｆｕｚｚｙ ＰＩＤ ｍ ｅｔｈｏｄ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ＡＧＶ ｍｏｔｉｏｎ．ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｖｏｉｄａｎｃｅ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｗａｓ ｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ａｎｇｌｅ ａｎｄ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｔｉｏｎ． Ａ ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ＰＣ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｉｎｏｃｕｌａｒ ｖｉｓｉｏｎ；ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｇｕｉｄｅｄ ｖｅｈｉｃｌｅ；ｏｂｓｔａｃｌｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｆｒａｍｅ ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ；ｆｕｚｚｙ ＰＩＤ
０ 引 言
自 动 导 引 车 （Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ， ＡＧＶ）指能 够 沿 着 磁性 或 光 路 自动 引 导 路 径 行 驶 ， 并配 备安 全设 备 ，具 有编程 调试 、停 车选择 等 多种功
能的无 人运输 车，是物 流系 统 中重 要 的 自动化装 置Ｅ１－２］。近年来 ，随着 自动化水平 的提 高 ，ＡＧＶ 的应 用 范 围不断扩 展 ，被 广 泛地 应 用 于 军事 、工业 、交 通 等领域 。