本發(fā)明屬于自動化控制中的移動機器人導航技術領域，具體指代一種基于多目視覺和慣導的導引裝置、地標布局及導引方法。

背景技術：

自動導引技術的研究始于20世紀50年代的美國，1954年Barret Electronics公司研制了第一臺用于貨物輸送的自動導引車，隨后自動導引車的應用擴展到工業(yè)生產領域。1974年瑞典的Volvo Kalmar轎車裝配廠采用自動導引車作為自動裝配線的載運工具。從八十年代開始，美國國防部開始了地面無人作戰(zhàn)平臺的研究，主要針對適應不同地形的自主導航的智能車輛。

自動導引技術始終是自動導引車和智能車輛領域研究的核心技術，目前比較常用的導引技術有電磁導引、磁帶導引、光學導引、激光導引和慣性導引等。每種導引技術都有各自的優(yōu)勢和不足，面向不同的應用領域：

(一)、電磁導引、磁帶導引和光學導引：其主要用于固定路徑導引方式，需要預先在地面鋪設用于指示自動導引車跟蹤目標的導引路徑，自動導引車通過電磁感應或磁感應或光感應傳感器，測量車體相對于導引路徑的位置偏差，通過實時消除位置偏差保證車體沿導引路徑運行，但在固定路徑導引方式下，自動導引車不能顯著偏離導引路徑，否則會因傳感器丟失導引信號而導致路徑跟蹤失敗。

(二)、激光導引：其可用于自由路徑導引方式，但需要預先在三維空間(如墻壁)布置用于反射激光信號且位置已知的反射信標。自動導引車的頂部安裝有激光導航雷達，該雷達在360°全方向上不斷發(fā)射激光信號，激光信號遇到反射信標后會被反射回該雷達。如果激光導航雷達在同一位置可掃描到三個以上的反射信標，根據三角定位原理可計算出車體在二維平面內的位置坐標，實現自動導引車的自定位。針對目標點的位置坐標，通過路徑規(guī)劃可生成自動導引車的運行軌跡，通過軌跡跟蹤控制車體向目標點運行。在自由路徑導引方式下，理論上自動導引車不存在固定的運行路徑，只要能同時掃描到三個以上的反射信標，車體可位于二維平面內的任意位置。然而，由于普通輪式移動車輛受到非完整約束，自動導引車的運行軌跡還是受到其機動性的限制，并不能處于二維平面內的任意位置。另外，激光導航雷達的關鍵技術被少數國外公司所壟斷，價格昂貴，且其應用環(huán)境要求激光信號掃描空間內不能存在太多阻隔信號反射的障礙物。

(三)、慣性導引：IMU(慣性測量單元)由多組陀螺儀和加速度計組成，可分別測量AGV車體的轉動角加速度和平移加速度，從而估算AGV相對于參考點的位置和姿態(tài)。由于該方法需對上述加速度進行兩次積分，其定位誤差隨著AGV運行距離的增加而不斷增大，因此， 一般利用其他絕對定位方法(如GPS或定位磁釘)，每隔一定預設距離消除一次累計定位誤差。然而，采用GPS的絕對定位精度不高，而采用定位磁釘的絕對定位則將AGV限制于事先確定的固定運行路徑上，導航靈活性較差。

綜合所述，目前廣泛應用的自動導引技術難以在定位精度、導引靈活性、運行可靠性和設備成本等多種指標之間取得較好的協調匹配，因此，融合多種導引技術的組合導引方法還需進一步研究。

技術實現要素：

針對于上述現有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于多目視覺和慣導的導引裝置、地標布局及導引方法，以解決現有技術中各種導引技術均存在不足，出現導航靈活性差、定位精度不高、運行可靠性差等問題。

為達到上述目的，本發(fā)明的一種基于多目視覺和慣導的導引裝置，包括：傾斜向下安裝于車體兩側的側向攝像機、垂直向下安裝于車體中心的中心攝像機、安裝于車體底部的射頻讀卡器、安裝于車體頂部的慣性測量單元、安裝于車體前側的障礙物傳感器、以及與上述各部件的信號輸出端進行電連接的導引控制器；

所述側向攝像機用于識別并測量車體兩側較遠位置處的導引標線和定位標識；

所述中心攝像機用于識別并測量車體正下方位置處的導引標線和定位標識；

所述射頻讀卡器用于識別導引標線上的射頻標簽；

所述慣性測量單元用于測量車體運動的角加速度、角速度、線加速度和線速度；

所述障礙物傳感器用于測量障礙物的距離點云數據；

所述導引控制器內存儲有AGV運行環(huán)境的數字地圖，通過采集上述各部件的輸出信息，計算AGV的位置和姿態(tài)、障礙物的輪廓和距離、以及AGV導航的運行路徑和定位目標點信息。

優(yōu)選地，所述側向攝像機安裝于車體左右兩側，并與水平地面成一定傾角，其視野下側邊界與車體側向邊界平行，且上述兩邊界間的距離S通過改變側向攝像機的安裝高度和傾角來調節(jié)；當導引標線和定位標識位于上述視野上側邊界和下側邊界之間時，側向攝像機采集導引標線和定位標識的有效圖像，并輸出給導引控制器，用于測量車體側向邊界到導引標線的橫向距離偏差e_d1、AGV車體與導引標線的姿態(tài)角偏差e_θ、AGV中心相對于定位標識的縱向距離偏差e_L。

優(yōu)選地，所述中心攝像機垂直向下安裝于車體中心，所述射頻讀卡器安裝于車體底部、處于車體縱向中心線上、且位于中心攝像機的前方；所述中心攝像機的視野左側、右側邊界與車體側向邊界平行，所述視野左側、右側邊界的視野寬度W_V通過改變中心攝像機的安裝高度來調節(jié)；當導引標線和定位標識位于上述視野左側邊界和右側邊界之間時，中心攝像機采集導引標線和定位標識的有效圖像，并輸出給導引控制器，用于測量車體中心到導引標線的 橫向距離偏差e_d2、AGV車體與導引標線的姿態(tài)角偏差e_θ、AGV中心相對于定位標識的縱向距離偏差e_L；射頻讀卡器讀取導引標線上射頻標簽內的編碼信息，并輸出給導引控制器，用于計算AGV位于電子地圖上的全局位置和絕對姿態(tài)角

優(yōu)選地，所述慣性測量單元固定安裝于車體頂部，隨AGV共同運動時測量車體運動的角加速度α、角速度ω、線加速度a和線速度v，并輸出給導引控制器，用于估算車體相對于上一個全局位置的當前全局位置相對于上一個絕對姿態(tài)角的當前絕對姿態(tài)角

優(yōu)選地，所述障礙物傳感器安裝于車體前側，測量AGV前進方向上障礙物的距離點云數據，并輸出給導引控制器，用于計算障礙物輪廓相對于AGV的徑向距離和方位角 再根據側向攝像機測量的車體側向邊界到導引標線的橫向距離偏差e_d1，計算障礙物輪廓邊界與兩側導引標線之間的通行區(qū)域寬度B_P。

本發(fā)明還提供了一種基于多目視覺和慣導的地標布局方法，包括步驟如下：

在AGV運行區(qū)域兩側邊界布置導引標線，所述導引標線作為限定AGV運行區(qū)域的邊界線，即AGV只能在兩側導引標線的中間區(qū)域進行導航運動；所述導引標線還作為描述AGV跟蹤目標路徑的指引線，即AGV能夠跟蹤導引標線所描述的目標路徑進行導引運動；兩條導引標線及其中間所圍區(qū)域定義為區(qū)域運行道路，根據道路寬度、AGV寬度及安全距離設置若干運行車道，每個區(qū)域運行道路至少包含一條運行車道；僅有一條運行車道的區(qū)域運行道路在數字地圖上設置為單向運行道路，多臺AGV在單向運行道路上串行同向按序行駛；包含兩條及以上運行車道的區(qū)域運行道路在數字地圖上設置為雙向運行道路，多臺AGV在雙向運行道路上分別占據不同運行車道，既能夠并行同向超車行駛，也能夠并行反向會車行駛；當兩條區(qū)域運行道路交叉時，一條區(qū)域運行道路一側的導引標線與另一條區(qū)域運行道路相鄰側的導引標線通過圓弧標線過渡連接。

優(yōu)選地，在AGV運行路徑上定義多個離散的路徑節(jié)點，所述路徑節(jié)點包括工位節(jié)點和里程節(jié)點，工位節(jié)點表示AGV進行裝卸操作的移載位置，里程節(jié)點表示運行路徑上的參考點在電子地圖的絕對位置和方向角，路徑節(jié)點之間的距離根據地圖構建需求靈活設置；路徑節(jié)點通過在導引標線上布置位置重合的定位標識和射頻標簽來表示，射頻標簽位于導引標線上方的中心線上，記錄節(jié)點類型T_P、節(jié)點編號N_P、全局位置絕對方向角絕對方向角的測量基準線與導引標線的切線平行；定位標識位于射頻標簽上方且兩者的中心位置重合、測量基準線平行，通過攝像機測量AGV相對于定位標識的橫向距離偏差e_d1或e_d2、姿態(tài)角偏差e_θ和縱向距離偏差e_L。

本發(fā)明還提供了一種基于多目視覺和慣導的導引方法，包括步驟如下：

在兩側導引標線的中間區(qū)域所進行的區(qū)域通行導航以及跟隨一側導引標線所進行的路徑跟蹤導引；所述路徑跟蹤導引是AGV通過車體中心垂直向下安裝的中心攝像機和車體底部 前方的射頻讀卡器，近距離跟隨導引標線、測量定位標識和識別射頻標簽進行路徑跟蹤控制、目標定位控制和全局位姿估計；所述路徑跟蹤控制是在AGV運行過程中，通過不斷消除車體中心到導引標線的橫向距離偏差e_d2和AGV車體與導引標線的姿態(tài)角偏差e_θ，使AGV車體位于導引標線上且車體朝向沿導引標線的切線方向；所述目標定位控制是在AGV減速停止過程中，通過不斷消除車體中心到導引標線的橫向距離偏差e_d2、AGV車體與導引標線的姿態(tài)角偏差e_θ和AGV中心相對于定位標識的縱向距離偏差e_L，使AGV停止后車體中心位于定位標識上且車體朝向沿導引標線的切線方向；所述全局位姿估計是根據射頻標簽在電子地圖上的全局位置和絕對方向角計算AGV的全局位置和絕對姿態(tài)角當定位標識位于中心攝像機的視野范圍內時：

當定位標識移出中心攝像機的視野范圍后，AGV以線速度v運行時間t時：

優(yōu)選地，所述區(qū)域通行導航是AGV通過車體兩側傾斜向下安裝的側向攝像機和車體頂部的慣性測量單元，在兩側導引標線的中間區(qū)域遠距離測量導引標線和定位標識，根據數字地圖中多個定位標識之間的已知位置關系，間接推算當前進入視野范圍內的定位標識所對應的射頻標簽的全局位置和絕對方向角并根據車體運動的角速度ω和線速度v進行AGV的全局位姿估計，當導引標線和定位標識位于側向攝像機的視野范圍內時采用式(1)進行估計；當導引標線位于側向攝像機的視野范圍內而定位標識移出后，AGV以線速度v運行時間t時采用式(2)進行估計；當導引標線和定位標識都移出側向攝像機的視野范圍后，AGV以角速度ω和線速度v運行時間t時采用式(3)進行估計；

通過車體前側的障礙物傳感器測量計算障礙物輪廓相對于AGV的徑向距離和方位角 并根據車體側向邊界到導引標線的橫向距離偏差e_d1，計算障礙物輪廓邊界與兩 側導引標線之間的通行區(qū)域寬度B_P，其中W_A為AGV車體的寬度；當通行區(qū)域寬度B_P大于預設值B_Pmin，導引控制器根據當前全局位姿進行軌跡規(guī)劃，計算AGV繞開障礙物的目標運行軌跡，并控制AGV跟蹤該目標軌跡行駛，從而使AGV由無障礙區(qū)域通行而避開障礙物；

當多臺AGV在單向運行道路上串行同向按序行駛時，根據估計的AGV全局位姿，保持AGV的行駛軌跡始終位于當前運行車道；根據障礙物傳感器測量的相對于前一臺AGV的徑向距離和方位角，控制當前AGV的行駛速度，保持與前一臺AGV具有足夠的安全距離；

當多臺AGV在雙向運行道路上并行同向超車行駛時，對于參與超車的兩臺AGV，根據估計的AGV全局位姿，優(yōu)先級低的AGV占據右側運行車道，以低速行駛，優(yōu)先級高的AGV更換到左側運行車道，以高速超車；在超車過程中，根據障礙物傳感器測量的后一臺AGV相對于前一臺AGV的徑向距離和方位角，控制兩臺AGV具有足夠的安全距離和角度；

當多臺AGV在雙向運行道路上并行反向會車行駛時，對于參與會車的兩臺AGV，根據估計的AGV全局位姿，每臺AGV占據各自前進方向的右側運行車道，以中速行駛進行會車；在會車過程中，根據障礙物傳感器測量的兩臺反向行駛的AGV的徑向距離和方位角，控制兩臺AGV具有足夠的安全距離和角度。

優(yōu)選地，AGV的初始導航模式為路徑跟蹤導引，采用中心攝像機近距離跟隨導引標線并通過射頻讀卡器讀取射頻標簽的全局位置和絕對方向角利用式(1)或式(2)完成初始全局定位；在AGV運行過程中路徑跟蹤導引與區(qū)域通行導航兩種模式相互切換，當AGV需要在空間較大、距離較長的區(qū)域運行路徑中靈活、快速地行駛時，AGV偏離當前的導引標線并向其內側的中間區(qū)域運動，在導引標線移出中心攝像機的視野范圍但還未進入側向攝像機的視野范圍這段過渡過程，采用式(3)估計AGV的全局位置和絕對姿態(tài)角繼續(xù)偏離當前的導引標線直至導引標線進入側向攝像機的視野范圍，此時路徑跟蹤導引切換為區(qū)域通行導航；在區(qū)域通行導航過程中，AGV根據數字地圖中多個定位標識之間的已知位置關系，間接推算當前進入視野范圍內的定位標識所對應的射頻標簽的節(jié)點類型T_P和節(jié)點編號N_P，及時發(fā)現將要停車進行裝卸作業(yè)的工位節(jié)點或圓弧導引標線前方的里程節(jié)點，AGV不斷減小車體側向邊界到導引標線的橫向距離偏差e_d1以趨近導引標線，在導引標線移出側向攝像機的視野范圍但還未進入中心攝像機的視野范圍這段過渡過程，采用式(3)估計AGV的全局位置和絕對姿態(tài)角繼續(xù)趨近當前的導引標線直至導引標線進入中心攝像機的視野范圍，此時區(qū)域通行導航切換為路徑跟蹤導引，通過路徑跟蹤完成AGV從一條導引標線向相鄰側的另一條導引標線的圓弧轉彎運動，并通過目標定位完成AGV減速停止于需要進行裝卸操作的工位節(jié)點。

本發(fā)明的有益效果：

(一)、將AGV導引方法分為區(qū)域通行導航和路徑跟蹤導引，有利于兼有跨區(qū)域的遠程運動靈活性和區(qū)域內的目標定位精確性。在遠離目標工位點的運行道路上無需對導引標線進行精確跟蹤，而是保持運動方向的正確性和運動軌跡的靈活性。在靠近目標工位點的運行路徑上對導引標線和定位標識進行精確的路徑跟蹤和目標定位控制。

(二)、分別采用兩組攝像機進行視覺導引，有利于兼有側向攝像機的大視野范圍和中心攝像機的高測量精度，以同時滿足區(qū)域通行導航對AGV遠離導引標線的運動靈活性要求和路徑跟蹤導引對AGV精確沿路徑行駛的運動精確性要求。

(三)、采用視覺測量和射頻識別相結合的導航方法，通過在導引標線上布置位置重合的定位標識和射頻標簽來表示路徑節(jié)點，在獲得射頻標簽的絕對位姿信息的基礎上，融合視覺測量的AGV相對于定位標識的相對位姿偏差，可精確估計當定位標識位于攝像機視野范圍時AGV的全局位姿。

(四)、采用視覺測量和慣性測量相結合的導航方法，當導引標線和定位標識位于攝像機視野范圍時，采用視覺測量直接確定AGV的全局位姿；當導引標線或定位標識不在攝像機視野范圍時，采用慣性測量對AGV的運動軌跡進行推算從而估計AGV的全局位姿，有利于兼有視覺測量全局位姿的精確性和慣性測量全局位姿的靈活性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中基于多目視覺和慣導的導引裝置的安裝主視圖；

圖2為本發(fā)明中基于多目視覺和慣導的導引裝置的安裝俯視圖；

圖3為本發(fā)明中基于多目視覺和慣導的導引裝置的安裝側視圖；

圖4為本發(fā)明中區(qū)域通行導航的路徑偏差測量示意圖；

圖5為本發(fā)明中路徑跟蹤導引的路徑偏差測量示意圖；

圖6a為本發(fā)明中路徑節(jié)點的主視圖；

圖6b為本發(fā)明中路徑節(jié)點的左視圖；

圖7為本發(fā)明中全局定位原理的示意圖；

圖8為本發(fā)明中可通行區(qū)域寬度的示意圖；

圖9為本發(fā)明中地標布局的示意圖；

圖10為本發(fā)明中多AGV串行同向按序行駛的示意圖；

圖11a為本發(fā)明中多AGV并行同向超車前的狀態(tài)示意圖；

圖11b為本發(fā)明中多AGV并行同向超車時的狀態(tài)示意圖；

圖11c為本發(fā)明中多AGV并行同向超車結束狀態(tài)的示意圖；

圖12a為本發(fā)明中多AGV并行反向會車前的狀態(tài)示意圖；

圖12b為本發(fā)明中多AGV并行反向會車時的狀態(tài)示意圖；

圖12c為本發(fā)明中多AGV并行反向會車結束狀態(tài)的示意圖；

圖13為本發(fā)明中導引方式的工作原理圖；

圖中：1-側向攝像機，2-中心攝像機，3-射頻讀卡器，4-慣性測量單元，5-障礙物傳感器，6-導引控制器，7-導引標線，8-定位標識，9-射頻標簽。

具體實施方式

為了便于本領域技術人員的理解，下面結合實施例與附圖對本發(fā)明作進一步的說明，實施方式提及的內容并非對本發(fā)明的限定。

參照圖1至圖3所示，本發(fā)明的基于多目視覺和慣導的導引裝置，包括：側向攝像機1、中心攝像機2、射頻讀卡器3、慣性測量單元4、障礙物傳感器5、導引控制器6；其中，側向攝像機1傾斜向下安裝于車體(即自動導引車的車體)左右兩側；中心攝像機2垂直向下安裝于車體中心軸線，其視野左側、右側邊界與車體側向邊界平行，且視野左側、右側邊界的視野寬度W_V可通過改變中心攝像機2的安裝高度來調節(jié)；射頻讀卡器3安裝于車體底部、處于車體縱向中心線上、且位于中心攝像機2的前方；慣性測量單元4安裝于車體頂部；障礙物傳感器5安裝于車體前側；導引控制器6設置在車箱體內部，并與上述各部件的信號輸出端進行電連接。

如圖4所示，側向攝像機1安裝于車體左右兩側，并與水平地面成一定傾角，其視野下側邊界與車體側向邊界平行，且上述兩邊界間的距離S可通過改變側向攝像機1的安裝高度和傾角來調節(jié)；當導引標線7和定位標識8位于上述視野上側邊界和下側邊界之間時，側向攝像機1可采集導引標線7和定位標識8的有效圖像，并輸出給導引控制器6，通過導引控制器6對有效圖像進行圖像處理，測量車體側向邊界到導引標線7的橫向距離偏差e_d1、AGV(自動導引車)車體與導引標線7的姿態(tài)角偏差e_θ、AGV中心相對于定位標識8的縱向距離偏差e_L。

如圖5所示，中心攝像機2采集車體下方的導引標線7和定為標識8的有效圖像，并輸出給導引控制器6，通過導引控制器6對有效圖像進行圖像處理，測量車體中心到導引標線7的距離e_d2、AGV車體與導引標線7的姿態(tài)角e_θ、AGV中心相對于定位標識8的縱向距離偏差e_L。

如圖6a、圖6b所示，路徑節(jié)點通過在有色的導引標線7上布置位置重合的有色的定位標識8和射頻標簽9來表示，為了方便識別，導引標線7和定位標識8可采用不同的顏色。所述射頻標簽9位于導引標線7上方的中心線上，記錄節(jié)點類型T_P、節(jié)點編號N_P、全局位置絕對方向角所述絕對方向角的測量基準線與導引標線7的切線平行；所述定位標識8位于射頻標簽9上方且兩者的中心位置重合、測量基準線平行，通過側向攝像 機1、中心攝像機2可測量AGV相對于定位標識8的橫向距離偏差e_d1或e_d2、姿態(tài)角偏差e_θ和縱向距離偏差e_L。

射頻讀卡器3讀取車身下方導引標線7上射頻標簽9內的編碼信息，并輸出給導引控制器6，根據路徑節(jié)點在電子地圖上的全局位置和絕對方向角計算AGV位于電子地圖上的全局位置和絕對姿態(tài)角這一過程稱為AGV全局位姿估計。

AGV全局位姿估計分為三種情況：第一種情況是導引標線7位于中心攝像機2的視野范圍內，如圖5所示。當導引標線7和定位標識8都位于中心攝像機2的視野范圍內時，AGV的全局位姿可由式(1)計算，如下：

當導引標線7位于中心攝像機2的視野范圍內而定位標識8移出后，AGV以線速度v運行時間t時，AGV的全局位姿可由式(2)計算，如下：

第二種情況是導引標線7位于側向攝像機1的視野范圍內，如圖4和7所示。當導引標線7和定位標識8位于側向攝像機1的視野范圍內時采用式(1)進行估計；當導引標線7位于側向攝像機1的視野范圍內而定位標識8移出后，AGV以線速度v運行時間t時采用式(2)進行估計。

第三種情況是導引標線7位于側向攝像機1和中心攝像機2的視野范圍外，如圖7所示。當導引標線7和定位標識8都移出側向攝像機1的視野范圍后，AGV以角速度ω和線速度v運行時間t時采用式(3)進行估計，如下：

如圖8所示，通過車體前側的障礙物傳感器5測量計算障礙物輪廓相對于AGV的徑向距離和方位角并根據車體側向邊界到導引標線7的橫向距離偏差e_d1，計算障礙物輪廓邊界與兩側導引標線7之間的通行區(qū)域寬度B_P，其中W_A為AGV車體的寬度；當通行區(qū)域寬度B_P大于預設值B_Pmin，AGV即可從無障礙區(qū)域通行而避開障礙物；

如圖9所示，本發(fā)明的一種基于多目視覺和慣導的地標布局方法，具體實施為：在AGV運行區(qū)域兩側邊界布置導引標線，所述導引標線作為限定AGV運行區(qū)域的邊界線，即AGV只能在兩側導引標線的中間區(qū)域進行導航運動；所述導引標線還作為描述AGV跟蹤目標路徑的指引線，即AGV能夠跟蹤導引標線所描述的目標路徑進行導引運動；兩條導引標線及其中間所圍區(qū)域定義為區(qū)域運行道路，根據道路寬度、AGV寬度及安全距離設置若干運行車道，每個區(qū)域運行道路至少包含一條運行車道；當兩條區(qū)域運行道路交叉時，一條區(qū)域運行道路一側的導引標線與另一條區(qū)域運行道路相鄰側的導引標線通過圓弧標線過渡連接。

在AGV運行路徑上定義多個離散的路徑節(jié)點，所述路徑節(jié)點包括工位節(jié)點和里程節(jié)點，工位節(jié)點表示AGV進行裝卸操作的移載位置，里程節(jié)點表示運行路徑上的參考點在電子地圖的絕對位置和方向角，節(jié)點之間的距離根據地圖構建需求靈活設置。

僅有一條運行車道的區(qū)域運行道路在數字地圖上設置為單向運行道路，多臺AGV在單向運行道路上串行同向按序行駛。如圖10所示，兩臺AGV沿同一條區(qū)域運行道路同向行駛，1號AGV的行駛速度v₁與2號AGV的行駛速度v₂方向相同。由于該區(qū)域運行道路只有一條運行車道，1號AGV必須跟隨在2號AGV之后，無法超越2號AGV。1號AGV通過障礙物傳感器5測量相對于2號AGV的徑向距離和方位角，控制1號AGV的行駛速度v1，與2號AGV保持足夠的安全距離。

包含兩條及以上運行車道的區(qū)域運行道路在數字地圖上設置為雙向運行道路，多臺AGV在雙向運行道路上分別占據不同運行車道。如圖11a所示，兩臺AGV沿同一條區(qū)域運行道路同向行駛，1號AGV的行駛速度v₁與2號AGV的行駛速度v₂方向相同，1號AGV的優(yōu)先級高于2號AGV，但2號AGV位于1號AGV的前方；如圖11b所示，由于該區(qū)域運行道路包含兩條運行車道，2號AGV向右行駛并占據右側運行車道，1號AGV向左行駛并占據左側車道，兩臺AGV分別占據兩條運行車道并行同向行駛，1號AGV的行駛速度v₁大于2號AGV的行駛速度v₂，從左側車道超越占據右側車道的2號AGV；1號AGV通過障礙物傳感器5測量相對于2號AGV的徑向距離和方位角，與2號AGV保持足夠的安全距離和角度；如圖11c所示，當1號AGV超越2號AGV并保持足夠的安全距離后，2號AGV向左行駛并回到區(qū)域運行道路的中間位置，1號AGV向右行駛也回到區(qū)域運行道路的中間位置，并行同向超車過程結束。

如圖12a所示，兩臺AGV沿同一條區(qū)域運行道路反向行駛，1號AGV的行駛速度v₁與2號AGV的行駛速度v₂方向相反；如圖12b所示，由于該區(qū)域運行道路包含兩條運行車道，1號AGV向右行駛并占據其前進方向的右側運行車道，2號AGV也向右行駛并占據前進方向的右側車道，兩臺AGV分別占據兩條運行車道并行反向行駛，相互接近后進行兩車交會； 在會車過程中，兩臺AGV分別通過障礙物傳感器5測量兩者的徑向距離和方位角，控制兩臺AGV的全局位姿以保持兩者具有足夠的安全距離和角度；如圖12c所示，當1號AGV和2號AGV離開會車位置并保持足夠的安全距離后，2號AGV向左行駛并回到區(qū)域運行道路的中間位置，1號AGV向左行駛也回到區(qū)域運行道路的中間位置，并行反向會車過程結束。

如圖13所示，本發(fā)明的一種基于多目視覺和慣導的導引方法，包括如下：在兩側導引標線的中間區(qū)域所進行的區(qū)域通行導航以及跟隨一側導引標線所進行的路徑跟蹤導引；路徑跟蹤導引是AGV通過車體中心垂直向下安裝的中心攝像機2和車體底部前方的射頻讀卡器3，近距離跟隨導引標線7、測量定位標識8和識別射頻標簽9進行路徑跟蹤控制、目標定位控制和全局位姿估計。

如圖5所示，路徑跟蹤控制是在AGV運行過程中，通過不斷消除車體中心到導引標線7的橫向距離偏差e_d2和AGV車體與導引標線7的姿態(tài)角偏差e_θ，使AGV車體位于導引標線7上且車體朝向沿導引標線7的切線方向。所述目標定位控制是在AGV減速停止過程中，通過不斷消除車體中心到導引標線7的橫向距離偏差e_d2、AGV車體與導引標線7的姿態(tài)角偏差e_θ和AGV中心相對于定位標識8的縱向距離偏差e_L，使AGV停止后車體中心位于定位標識8上且車體朝向沿導引標線7的切線方向。

區(qū)域通行導航是AGV通過車體兩側傾斜向下安裝的側向攝像機1和車體頂部的慣性測量單元4，在兩側導引標線7的中間區(qū)域遠距離測量導引標線7和定位標識8，根據數字地圖中多個定位標識8之間的已知位置關系，間接推算當前進入視野范圍內的定位標識8所對應的射頻標簽9的全局位置和絕對方向角并根據車體運動的角速度ω和線速度v進行AGV的全局位姿估計。

通過車體前側的障礙物傳感器5計算障礙物輪廓邊界與兩側導引標線7之間的通行區(qū)域寬度B_P，導引控制器6根據當前全局位姿進行軌跡規(guī)劃，計算AGV繞開障礙物的目標運行軌跡，并控制AGV跟蹤該目標運行軌跡行駛，從而使AGV由無障礙區(qū)域通行而避開障礙物。

當AGV需要從某一運行車道變換到其他運行車道時，導引控制器6根據側向攝像機1對導引標線7和定位標識8的視覺測量結果、慣性測量單元4對車體角速度ω和線速度v的運動測量結果，在線計算AGV的實時全局位姿，并在數字地圖上計算變換車道的目標運行軌跡，再控制AGV跟蹤該目標運行軌跡行駛，完成從當前運行車道向其他運行車道的變換。

如圖13所示，實施例中具體表現為：

1)AGV的初始導航模式為路徑跟蹤導引，采用中心攝像機2近距離跟隨導引標線7并通過射頻讀卡器3讀取射頻標簽9的全局位置和絕對方向角利用式(1)或式(2)計算出全局位置和絕對姿態(tài)角完成初始全局定位。在AGV運行過程中路徑跟蹤導引與區(qū)域通行導航兩種模式可相互切換；

式(1)如下：

式(2)如下：

2)AGV離開起始點后，結合車載電子地圖中的既定路徑規(guī)劃，當AGV需要在空間較大、距離較長的區(qū)域運行路徑中靈活、快速地行駛時，通過改變絕對姿態(tài)角使AGV偏離當前的導引標線7并向其內側的中間區(qū)域運動。

3)在導引標線7移出中心攝像機2的視野范圍但還未進入側向攝像機1的視野范圍這段過渡過程，慣性測量單元4實時測量車體運動的角加速度α、角速度ω、線加速度a和線速度v，并輸出給導引控制器6，利用式(3)估計AGV的全局位置和絕對姿態(tài)角繼續(xù)偏離當前的導引標線7直至導引標線7進入側向攝像機1的視野范圍，此時路徑跟蹤導引切換為區(qū)域通行導航；

式(3)如下：

4)在區(qū)域通行導航階段，AGV以角速度ω和線速度v運行時間t時，在定位標識8未進入側向攝像機1時，側向攝像機1實時采集車體兩側較遠距離的導引標線7的有效圖像，并輸出給導引控制器6，通過導引控制器6對有效圖像進行圖像處理，測量車體側向邊界到導引標線7的橫向距離偏差e_d1、AGV車體與導引標線7的姿態(tài)角偏差e_θ，并根據車體運動的角速度ω和線速度v，采用上述式(2)進行AGV的全局位姿估計。

5)在區(qū)域通行導航過程中，通過車體前側的障礙物傳感器5測量計算障礙物輪廓相對于AGV的徑向距離和方位角并根據車體側向邊界到導引標線7的橫向距離偏差e_d1，采用式(4)計算障礙物輪廓邊界與兩側導引標線7之間的可通行區(qū)域寬度B_P，其中W_A為AGV車體的寬度；當通行區(qū)域寬度B_P大于預設值B_Pmin，AGV即可從無障礙區(qū)域通行而避開障礙物；

式(4)如下：

6)在區(qū)域通行導航過程中，當多臺AGV在單向運行道路上串行同向按序行駛時，根據估計的AGV全局位姿，保持AGV的行駛軌跡始終位于當前運行車道；當多臺AGV在雙向運行道路上并行同向超車行駛時，優(yōu)先級低的AGV占據右側運行車道，以低速行駛，優(yōu)先級高的AGV更換到左側運行車道，以高速超車；當多臺AGV在雙向運行道路上并行反向會車行駛時，每臺AGV占據各自前進方向的右側運行車道，以中速行駛進行會車。

7)在區(qū)域通行導航過程中，若側向攝像機1視野內檢測到定位標識8，并輸出到導引控制器6，通過圖像處理，測量AGV中心相對于定位標識8的縱向距離偏差e_L，并根據車載電子地圖中多個定位標識8之間的已知位置關系，間接推算當前進入視野范圍內的定位標識8所對應的射頻標簽9的節(jié)點類型T_P、節(jié)點編號N_P、全局位置和絕對方向角采用上述式(1)估計AGV的全局位置和絕對姿態(tài)角并及時發(fā)現將要停車進行裝卸作業(yè)的工位節(jié)點或圓弧導引標線前方的里程節(jié)點，AGV不斷減小車體側向邊界到導引標線7的橫向距離偏差e_d1以趨近導引標線7，從區(qū)域通行導航模式向路徑跟蹤導引切換。

8)在導引標線7移出側向攝像機1的視野范圍但還未進入中心攝像機2的視野范圍這段過渡過程，與步驟3)同理，當導引標線7進入中心攝像機2的視野范圍，此時區(qū)域通行導航切換為路徑跟蹤導引。

9)在路徑跟蹤導引過程中，通過導引控制器6對連續(xù)的導引標線7進行圖像處理，不間斷測量車體中心到導引標線7的距離e_d2、AGV車體與導引標線7的姿態(tài)角e_θ；通過導引控制器6對離散的定位標識8進行圖像處理，間隔測量AGV中心相對于定位標識8的局部位置Y_L；通過射頻讀卡器3讀取離散的射頻標簽9內的編碼信息，間隔獲取工位節(jié)點和里程節(jié)點的全局位置和絕對方向角根據以上導引信息，AGV的路徑跟蹤導引可完成以下任務：(a)跟蹤圓弧路徑進行轉彎：通過路徑跟蹤完成AGV從一條導引標線向相鄰側的另一條導引標線的圓弧轉彎運動；(b)工位節(jié)點停車：通過目標定位完成AGV減速停止于需要進行裝卸操作的工位節(jié)點。

本發(fā)明具體應用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進，這些改進也應視為本發(fā)明的保護范圍。