AGV視覺導(dǎo)航技術(shù)研究進(jìn)展

1、AGV視覺導(dǎo)航技術(shù)研究進(jìn)展AGV視覺導(dǎo)航技術(shù)討論進(jìn)展 國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域起步較晚，但隨著討論學(xué)者和商業(yè)公司的討論投入，該領(lǐng)域也得到了快速進(jìn)展。付夢(mèng)印等23提出了一種以踢腳線為參考目標(biāo)的移動(dòng)機(jī)器人室內(nèi)單目視覺導(dǎo)航方法，該方法接受閾值分割和以Hough變換為基礎(chǔ)的直線提取方法，提高了視覺導(dǎo)航的實(shí)時(shí)性。周俊等24針對(duì)非結(jié)構(gòu)化的農(nóng)田自然環(huán)境，提出了一種農(nóng)業(yè)機(jī)器人視覺導(dǎo)航多辨別率路徑識(shí)別算法。閔華松 等25提出了一種將IMU和體感攝像機(jī)相結(jié)合的地圖構(gòu)建算法，提高了地圖的精度。龍超等26利用增量平滑和優(yōu)化建圖的方法估算相機(jī)位姿，并獵取最終的點(diǎn)云地圖和運(yùn)動(dòng)軌跡。白明等27利用立體視覺傳感器構(gòu)建了環(huán)境地圖以用于機(jī)器

2、人導(dǎo)航。李華等28研制的THMR-V型AGV，通過(guò)機(jī)器視覺算法檢測(cè)車體與行車道的相對(duì)位置與方向信息，并結(jié)合多種傳感器融合檢測(cè)實(shí)如今結(jié)構(gòu)化道路環(huán)境中自主行駛。2021年12月首次進(jìn)行公路測(cè)試的百度無(wú)人車接受激光雷達(dá)和視覺傳感器相結(jié)合的方法，通過(guò)深度學(xué)習(xí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛的地圖構(gòu)建和導(dǎo)航。3 討論展望 AGV導(dǎo)航技術(shù)涉及自身定位、環(huán)境感知、地圖構(gòu)建、路徑規(guī)劃等多方面問(wèn)題。視覺導(dǎo)航雖具有路徑設(shè)置維護(hù)簡(jiǎn)便、不易受電磁場(chǎng)干擾、對(duì)工作環(huán)境要求較低、智能化水平較高等優(yōu)點(diǎn);但同時(shí)也存在易受環(huán)境改變影響、數(shù)據(jù)運(yùn)算量大、圖像處理過(guò)程冗雜等缺陷。如何提高AGV視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、魯棒性和有用性，始終是該領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者努力

3、追求的目標(biāo)。近些年來(lái)，隨著機(jī)器視覺軟硬件技術(shù)的進(jìn)展，AGV視覺導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)出一些如基于人工智能算法的路徑識(shí)別技術(shù)、視覺組合導(dǎo)航技術(shù)、SLAM視覺導(dǎo)航技術(shù)等高新技術(shù)。3.1 基于人工智能算法的路徑識(shí)別技術(shù) 在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)AGV視覺導(dǎo)航的關(guān)鍵是提高其環(huán)境認(rèn)知和自主探究能力。深度學(xué)習(xí)、支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊算法、遺傳算法、聚類算法等人工智能算法是實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境精確感知的有效途徑。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外諸多討論者開始將人工智能算法應(yīng)用與非結(jié)構(gòu)環(huán)境中的路徑區(qū)域識(shí)別。 Lee等29接受尺度不變特征變換、加速穩(wěn)健特征等算法描述了導(dǎo)航區(qū)域的局部環(huán)境特征，并討論了移動(dòng)機(jī)器人室外自定位和路徑信息識(shí)別方法。

4、Song等30在模糊C均值聚類算法中引入圖像區(qū)域影響因子，并將其用于非結(jié)構(gòu)化導(dǎo)航路徑的檢測(cè)，肯定程度的提高了路徑識(shí)別的精確率，具有較高的理論和有用價(jià)值。Stanley等31將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加入到視覺導(dǎo)航中，其以圖像特征的改變來(lái)反映機(jī)器人的位置改變，以經(jīng)過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的圖像特征構(gòu)建機(jī)器人雅可比矩陣的逆陣。Choomuang R等32將卡爾曼濾波和模糊操縱應(yīng)用到機(jī)器人導(dǎo)航算法中，利用卡爾曼濾波對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行預(yù)報(bào)，接受模糊操縱實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的魯棒操縱，使機(jī)器人的導(dǎo)航算法有了突破性的進(jìn)步。 任永新等33提出了一種基于模糊操縱的實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃和跟蹤方法，通過(guò)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)圖像進(jìn)行分割，獵取導(dǎo)航預(yù)瞄點(diǎn)，得到車

5、體運(yùn)動(dòng)的角度偏差和橫向偏差，該方法對(duì)曲線路徑的跟蹤誤差較小。周值宇等34提出了一種基于支持向量機(jī)的道路兩旁植被的檢測(cè)方法，較好地解決了非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的植被檢測(cè)問(wèn)題，針對(duì)光照、路況等改變具有較強(qiáng)的抗干擾能力。趙立明等35討論了一種基于模糊粗糙集理論的非結(jié)構(gòu)化路徑識(shí)別算法，該算法基于粗糙集方法預(yù)定義路徑、非路徑和模糊邊界，通過(guò)融合模糊競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制對(duì)圖像不確定區(qū)域的像素進(jìn)行了模糊重分類，精確描繪了導(dǎo)航路徑并引導(dǎo)車體行進(jìn)。3.2 視覺組合導(dǎo)航技術(shù) 視覺組合導(dǎo)航技術(shù)是將視覺導(dǎo)航與傳統(tǒng)的慣性、GPS、激光等導(dǎo)航技術(shù)有機(jī)結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高系統(tǒng)的操縱精度、實(shí)時(shí)性和魯棒性。該技術(shù)是解決視覺導(dǎo)航存在的數(shù)據(jù)處理

6、量大、易受光照環(huán)境影響等缺陷的重要途徑，也是目前AGV導(dǎo)航的重要?jiǎng)?chuàng)新方向。 諸多學(xué)者已在該領(lǐng)域進(jìn)行了大量的探究，并取得了令人鼓舞的成果。夏凌楠等36討論了一種結(jié)合視覺里程計(jì)與慣性傳感器進(jìn)行定位的方法。張曉霞等37應(yīng)用GPS/DR組合導(dǎo)航信息技術(shù)，并結(jié)合航位推算系統(tǒng)、擴(kuò)展卡爾曼濾波實(shí)現(xiàn)了AGV的定位導(dǎo)航。李澤民等38設(shè)計(jì)了諸多傳感器融合的慣性導(dǎo)航AGV模擬系統(tǒng);錢曉明等39設(shè)計(jì)了一種基于激光雷達(dá)與射頻掃描儀的定位方法。 ?？禉C(jī)器人公司研制的阡陌倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人及歐鎧公司研制的小精靈機(jī)器人，均接受了二維碼視覺+慣性組合導(dǎo)航技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自主定位、自動(dòng)避障、自主路徑規(guī)劃等功能，有效提高了作業(yè)效率1。3.3

7、SLAM視覺導(dǎo)航技術(shù) AGV的SLAMSimultaneous Localization and Mapping視覺導(dǎo)航技術(shù)是指，AGV在未知環(huán)境中運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，利用車載攝像頭根據(jù)對(duì)四周環(huán)境的感知進(jìn)行自身定位，同時(shí)增量式構(gòu)建環(huán)境地圖。SLAM技術(shù)不需要預(yù)先鋪設(shè)任何軌跡，方便導(dǎo)航路線的更改，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)避障，有助于提高AGV的自主能力與環(huán)境適應(yīng)能力，并實(shí)現(xiàn)多AGV的協(xié)調(diào)操縱。 Sim及其合40-42在這一領(lǐng)域取得了顯著的討論成果：提出了一種通過(guò)地標(biāo)特征進(jìn)行機(jī)器人定位的方法，論述了地圖繪制的最大化覆蓋、精確性及最小化測(cè)距不確定性問(wèn)題;并進(jìn)一步討論了一種基于雙目立體相機(jī)和粒子濾波器的SLAM視覺導(dǎo)航方案

8、， 系統(tǒng)通過(guò)三維地標(biāo)進(jìn)行定位，并繪制障礙網(wǎng)格圖，以保證導(dǎo)航的安全性。Mur Artal等43提出了一種可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)SLAM的ORB-SLAM方法，該方法提取圖像關(guān)鍵幀進(jìn)行配準(zhǔn)，能夠快速高效對(duì)地圖中特征點(diǎn)的檢索與匹配。 新松機(jī)器人公司研制的基于激光SLAM技術(shù)的“移動(dòng)搬運(yùn)平臺(tái)，可在高度動(dòng)態(tài)環(huán)境下提供快速的、可追蹤的輸送流程，進(jìn)行智能化、高精度的自動(dòng)導(dǎo)航，并躲避障礙、根據(jù)任務(wù)選擇最正確行進(jìn)路徑。艾瑞思機(jī)器人公司研制的SLAM導(dǎo)航移動(dòng)機(jī)器人，可以未知環(huán)境中獲得感知信息，實(shí)時(shí)創(chuàng)建四周環(huán)境地圖，并主動(dòng)避障、自主導(dǎo)航。該兩款機(jī)器人在CeMAT ASIA 2021展會(huì)上獲得了普遍關(guān)注1。 4 結(jié) 論 本文在