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1.引言
自動導引車輛（AGV）以其靈活性、高效性和柔性已被廣泛認為是物料搬運的好的解決辦法。傳統的AGV導引方式包括激光導引、電磁感應導引等，但是它們的靈活性較差，使用成本高，安裝維護和改造也很不方便。隨著數字圖像處理技術的發展，開發視覺導引AGV已經成為了研究的熱點，這一技術必定有著廣闊的市場前景。本文將結合這一應用作簡要的闡述。
2.AGV視覺導引系統原理簡介
圖1 視覺導引系統原理圖
（e為車體縱軸線和路徑中線的偏差，α為方向偏差）
AGV通過CCD攝像頭獲得視場如圖所示，車輛沿著路徑（白色）行駛，路面背景為黑色，通過程序來將采集到的視頻數據進行灰度化處理，每個點的灰度值并可以通過DELPHI的scanline函數獲得[1]。
AGV在運行過程中的路徑可以近似認為是直線（實際上帶有一定的弧度），這樣可以簡化問題并保證一定的正確性。在掃描的時候，考慮到計算量以及實際的精度情況，可以采取隔行掃描的辦法，這樣可以減少計算量以及計算時間。
假設掃描整幅圖一共需要M行N列，則攝像頭視場中心o的坐標為 ，
,
故可以得到坐標系PUV到坐標系XOY的轉換關系[2]：
式（1）
攝像頭逐點掃描像素行（假設是從左向右），對于相鄰兩點，用右點減左點的灰度值，設在這里可以設定一個值k，凡差在K以內的都近似認為都為黑色點，為路面，即此時Br－B(r-1) ≤k，這樣一直到出現Br－B(r-1) ＞k的時候可以認為點r已經為白點，即路徑點，假設此點的坐標為（u1，v1），當Br－B(r-1)在≤k的時候，說明此時的r點已經為黑點，假設此點的坐標為（u2，v2）， 則此像素行上的的路徑中心線上的點坐標為
式（2）
在獲得若干組坐標之后，通過最小二乘法對數據進行擬合，即如果被測數據滿足線性關系式 yi = A + B xi，由相關結論可知 (其中 Σ 表示求和，N 表示資料組的總個數)
式（3）
得到方程Au＋Bv＋C＝0 式（4)
將式（4）代入式（1），得到
式（5）
由式（5）可以得到
式(6)
| 式（7）
e和α是控制系統的輸入，系統將根據這兩個參數來獲得車輪應該轉動的角度β。
3.模糊控制策略
由于AGV的運動模型不確定性比較大，很難建立一個精確的數學模型，所以很適合采
用模糊控制來進行車輪轉動角度β的計算。
在本文中，模糊控制器采用雙輸入單輸出的結構，輸入量為AGV車體縱軸線相對于視場中路徑中心線的位置偏差e和方向偏差α，它們可以由AGV視覺系統獲得，輸出量為轉向輪相對于車體縱軸線的偏轉角β[3]。
首先確定各個變量的基本論域，考慮到方向偏差α角度太大或者車體偏離距離e太大的時候車子已經不可能自動糾正偏差，所以考慮到實際意義，取e的基本論域為〔-240，240〕，
α的基本論域為〔－30°，30°〕，轉向輪由于受到物理結構的限制最大的偏轉角不能超過60°，所以取β的基本論域為〔-60°，60°〕。當車體縱軸線在路徑中心線左邊的時候e為負，右邊的時候e為正；α、β都以順時針轉動方向為正。
考慮到控制系統的實時性和復雜程度，將e，α，β的模糊集論域都取為｛-6，－4,-2,
0,2,4,6}，模糊子集都取為｛NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB｝[4]，其中：
● "正大"（PB）-- 取＋6附近；
● "正中"（PM）-- 取＋4附近；
● "正小"（PS）-- 取＋2附近；
● "零" （ZO）-- 取0附近；
● "負小"（NS）-- 取－2附近；
● "負中"（NM）-- 取－4附近；
● "負大"（NB）-- 取－6附近；
在 AGV的運行過程中，偏差的產生是隨機的，所以可以考慮采用正態分布函數來擬
合輸入輸出變量的模糊子集，即用函數
來加以擬合，其中a為中心值，b>0稱為模糊度。在參照上述公式以及主觀駕駛經驗的基礎上，得到模糊集論域中各元素從屬各模糊子集的隸屬度，如表所示。
表1 模糊集論域中各元素從屬于各模糊子集的隸屬度
同時考慮到AGV路徑跟蹤的穩定性和響應速度，本文中一共歸納了49條控制規則，以下是根據經驗獲得的模糊控制規則表：
表2 模糊控制規則
使用MATLAB的模糊控制工具箱建立起本模糊控制器的模型，并輸入上述的模糊控制規則，在這里輸入輸出變量的隸屬函數都服從正態分布，最后采用重心法反模糊化計算，可以得到輸出在不同情況下的β，限于篇幅，在此將模糊控制表數據略去。
4.控制軟件的編寫思想
圖2 軟件流程圖
如圖所示，通過CCD攝像頭獲得e以及α以后就可以編寫查詢語句從先前制定的模糊控制表獲得對應的β，然后就可以根據β與光電編碼器測得的當前轉角β0 之差來發出電壓信號以控制轉向輪轉動。
5.結束語
本文介紹的基于數字圖像處理技術的視覺導引系統順應了當今AGV導引技術的發展趨勢，所以研究應用價值較高。本文完成了該系統的方案、理論研究，對具體執行的過程做出了詳細的技術分析，并且在此基礎上完成了系統配套軟件的制作，通過實驗驗證（實驗部分未在本文中作介紹），已經基本完成了自動化、實時化，數字化測量的要求，實現了對AGV偏移量的自動測量及糾正，完成了預期的任務目標。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號