AGV導(dǎo)航中物體三維建模關(guān)鍵技術(shù)研究AGV導(dǎo)航中物體三維建模關(guān)鍵技術(shù)研究

摘要：AGV（自動(dòng)引導(dǎo)車）的出現(xiàn)使得物流行業(yè)的自動(dòng)化水平不斷提高。然而，目前一些具有規(guī)模的企業(yè)或物流倉儲(chǔ)公司依然存在物品管理不規(guī)范，無法精準(zhǔn)處理物品位置，也無法像人類一樣對(duì)于周圍的環(huán)境有足夠的感知。因此，本文研究了AGV導(dǎo)航中物體三維建模的關(guān)鍵技術(shù)，如何在三維建模的基礎(chǔ)上提高AGV的感知能力和規(guī)劃能力是本文研究的重點(diǎn)。本文首先介紹了AGV技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀；接著分析了目前各種三維傳感器和三維建模算法的優(yōu)劣，對(duì)一些不同的三維建模方式進(jìn)行對(duì)比。然后，針對(duì)不同場景下的物體建模進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，由此探索解決物品位置處理不規(guī)范的問題。最后，本文提出了一套基于三維建模的AGV自主導(dǎo)航系統(tǒng)，系統(tǒng)中將把物體三維建模、建模庫管理、計(jì)算機(jī)視覺研究等關(guān)鍵技術(shù)相結(jié)合，使AGV在場景感知與規(guī)劃上取得更加精準(zhǔn)、高效的表現(xiàn)，達(dá)到智能化物流的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：AGV，自主導(dǎo)航，物體三維建模，計(jì)算機(jī)視覺，智能化物流。

一、引言

AGV是一種基于機(jī)器人技術(shù)的智能化物流設(shè)備，目前在工業(yè)和物流等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)物流設(shè)備相比，AGV具有模塊化、靈活、自主、精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)。

在AGV運(yùn)用中，難免遇到的問題是如何提高AGV的感知能力和規(guī)劃能力，以便更好地處理物品管理。傳統(tǒng)的物品管理系統(tǒng)主要依賴于人力操作，但是這種方式容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，而且效率低，無法處理大規(guī)模物品的管理。所以，本文研究的是如何利用三維建模技術(shù)提高AGV的感知和規(guī)劃能力，以實(shí)現(xiàn)智能化物流管理。

二、AGV技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀

AGV技術(shù)最早是在20世紀(jì)50年代被提出，經(jīng)過多年的發(fā)展，技術(shù)不斷進(jìn)步。目前，AGV加上RFID識(shí)別技術(shù)、光學(xué)識(shí)別技術(shù)、雷達(dá)傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)等，已經(jīng)廣泛使用于物流中心、博物館導(dǎo)覽、醫(yī)院搬運(yùn)、電子廠物料運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。AGV在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用，會(huì)對(duì)整個(gè)物流系統(tǒng)進(jìn)行智能化管理，使得生產(chǎn)效率和質(zhì)量提高了許多。

三、AGV導(dǎo)航中物體三維建模技術(shù)研究

目前，物體三維建模技術(shù)已經(jīng)成為了計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域重要的研究課題之一。利用三維建?？梢詫⑽锲纺Ｐ瓦€原出來，在實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航時(shí)可以提高物品管理的準(zhǔn)確性和效率。物體三維建模的過程中需要根據(jù)各種三維傳感器獲取的數(shù)據(jù)，通過三維建模算法建立準(zhǔn)確的物體模型。如何選擇合適的三維傳感器和三維建模算法成為了我們的重點(diǎn)研究。

3.1三維傳感器比較

雖然目前市面上的三維傳感器眾多，但是對(duì)于AGV導(dǎo)航中物體三維建模而言，我們只考慮穩(wěn)定性和效果兩個(gè)方面，否則導(dǎo)航所依賴的數(shù)據(jù)可能會(huì)出現(xiàn)誤差，影響整個(gè)自主導(dǎo)航系統(tǒng)的精度。

其中一種常見的三維傳感器是激光雷達(dá)。它能夠獲取非常準(zhǔn)確的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行距離、尺度等的較為精細(xì)計(jì)算。但是它需要單獨(dú)放置，將以固定的頻率進(jìn)行掃描，捕捉物體的輪廓線，從而引導(dǎo)自動(dòng)引導(dǎo)車完成相應(yīng)伺服控制，并進(jìn)行路徑規(guī)劃。

另一個(gè)常見三維傳感器是RGBD傳感器，該傳感器能夠獲取物體的幾何形狀和表面的紋理信息，并能夠?qū)崟r(shí)提供場景中物體的三維模型，且對(duì)于障礙物的辨識(shí)能夠提供重要的參考信息。

3.2三維建模算法比較

三維建模算法在AGV自主導(dǎo)航系統(tǒng)中不可或缺。常見的三維建模算法有基于點(diǎn)云的重建算法、基于體素的重建算法、基于立體視覺的重建算法等?？陀^而言，如果體素精度和點(diǎn)云精度到位的情況下，三維建模算法的效果基本上保持在一個(gè)高水平。

三維點(diǎn)云算法是一種廣為應(yīng)用的三維重建算法，它通過將點(diǎn)云轉(zhuǎn)換為表面數(shù)據(jù)來完成三維建模。但是，由于三維點(diǎn)云算法存在誤差，因此需要考慮重新采集數(shù)據(jù)、重復(fù)建模等問題，且計(jì)算精度較低。

基于體素的三維建模算法是支持三維構(gòu)造和計(jì)算幾何的一種基礎(chǔ)幾何表述方法。這種方法通過將整個(gè)場景分解成一系列的體素單元，然后通過剪切、細(xì)分等技術(shù)求出空間中物體的三維模型。這種方法不但能夠準(zhǔn)確地構(gòu)建出物體的三維模型，而且計(jì)算精度也比較高。

基于立體視覺的三維建模算法，是通過將圖像轉(zhuǎn)換為點(diǎn)云數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)三維建模的。在本算法中，采用雙目攝像機(jī)捕捉物體的圖像數(shù)據(jù)，然后通過處理二維圖像達(dá)到構(gòu)建物體的三維模型的目的。由于該算法對(duì)數(shù)據(jù)精度和質(zhì)量要求較高，因此誤差也較小。

四、不同場景下物體建模的研究設(shè)計(jì)

針對(duì)不同場景下物體建模需要考慮的問題，例如場景中是否存在高度不規(guī)則的物體、場景中是否出現(xiàn)復(fù)雜的人流等情況，我們需要設(shè)計(jì)出不同的策略來實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航。

4.1高度不規(guī)則物體的建模

針對(duì)高度不規(guī)則的物體，我們采用基于立體視覺的三維建模算法，首先利用雙目高速攝像頭獲取自然場景，然后采用在分層結(jié)構(gòu)的三維殘差網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用VoxelNet算法結(jié)合投影形式，建立物體的三維模型。由于采用的是雙目攝像頭，所以從場景中換取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)量小，且準(zhǔn)確度高，可降低了計(jì)算量。

4.2多人交通場景的建模

針對(duì)多人交通場景，我們采用基于激光雷達(dá)的三維建模算法。由于激光雷達(dá)可以獲取完整的環(huán)境數(shù)據(jù)，所以可以快速識(shí)別出環(huán)境中所有物體的位置和形狀，并且計(jì)算出物體的所占空間。在多人交通場景中，避免與行人碰撞是重要的問題。所以，在AGV自主導(dǎo)航系統(tǒng)中若發(fā)現(xiàn)行人和車輛時(shí)，會(huì)判斷其運(yùn)動(dòng)方向和速度，提前規(guī)劃避讓路徑，以確保自主導(dǎo)航的安全性。

五、基于三維建模的AGV自主導(dǎo)航系統(tǒng)

針對(duì)AGV導(dǎo)航中物體三維建模的關(guān)鍵技術(shù)，本文結(jié)合AGV自主導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用需求，提出了一套基于三維建模的AGV自主導(dǎo)航系統(tǒng)方案，其框架如下：

1）采用三維傳感器獲取環(huán)境數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

2）判斷物體類型，并根據(jù)不同的場景選擇不同的三維建模算法。

3）建立物體的三維模型，并納入個(gè)人信息庫進(jìn)行管理。

4）采用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)和聚類算法對(duì)不同類型的物品進(jìn)行分類識(shí)別和建模。

5）通過AGV導(dǎo)航控制器對(duì)三維建模數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航。

六、總結(jié)

本文闡述了AGV導(dǎo)航中物體三維建模的關(guān)鍵技術(shù)，并創(chuàng)新性地提出了一套基于三維建模的AGV自主導(dǎo)航系統(tǒng)方案。該方案在物品管理和自主導(dǎo)航方面達(dá)到了較好的預(yù)期效果，能夠更好地提高AGV在物流領(lǐng)域的自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)智能化物流管理，具有較高的實(shí)用性和推廣價(jià)值七、展望

隨著物流行業(yè)的不斷發(fā)展，AGV的應(yīng)用場景也越來越廣泛。未來，基于三維建模的AGV自主導(dǎo)航系統(tǒng)將具有更加廣泛的應(yīng)用前景。在物品管理方面，可將三維建模技術(shù)應(yīng)用于物品的盤點(diǎn)和貨架庫存的管理；在自主導(dǎo)航方面，可將三維建模技術(shù)應(yīng)用于無人倉庫的自動(dòng)化管理和場景感知。此外，基于三維建模的AGV自主導(dǎo)航系統(tǒng)還可以與人工智能技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更智能、更高效的物流管理在未來，AGV技術(shù)還將面臨更多的挑戰(zhàn)和發(fā)展機(jī)遇。首先，應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境下AGV自主導(dǎo)航的挑戰(zhàn)，需要不斷提升AGV的感知、決策和執(zhí)行能力，以及優(yōu)化自主導(dǎo)航算法和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。其次，隨著物流行業(yè)對(duì)速度和效率的要求越來越高，AGV技術(shù)需要不斷提升其運(yùn)輸能力和裝載能力。針對(duì)這一問題，可以引入更加智能的路徑規(guī)劃算法和交通協(xié)調(diào)策略，進(jìn)一步提升AGV的運(yùn)輸效率和安全性。此外，在應(yīng)對(duì)特殊場景和任務(wù)時(shí)，如高空物流、海上運(yùn)輸?shù)?，也需要不斷探索新的AGV技術(shù)解決方案。

總的來說，AGV技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊，不僅可以提高物流效率和品質(zhì)，還可以改善工作環(huán)境和人力資源利用率，更具有可持續(xù)發(fā)展的意義。未來，隨著AGV技術(shù)和人工智能技術(shù)的不斷融合，AGV有望成為物流自動(dòng)化和智能化的關(guān)鍵技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)智慧物流和智慧城市貢獻(xiàn)更大的力量除了以上所提到的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，AGV技術(shù)未來的發(fā)展還將面臨以下幾個(gè)方面的挑戰(zhàn)：

第一，AGV技術(shù)需要更好地適應(yīng)多變的物流環(huán)境。在物流領(lǐng)域，不同的工作環(huán)境有不同的需求，比如有些產(chǎn)品需要避免受潮、受熱、受潮等，這就要求AGV技術(shù)具備更強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性。因此，未來的AGV技術(shù)需要能夠應(yīng)對(duì)多種環(huán)境，包括不同的溫度、濕度、干燥度等等。

第二，AGV技術(shù)需要更好地配合其他自動(dòng)化設(shè)備和機(jī)器人。在大型物流中心，AGV技術(shù)往往與其他機(jī)器人設(shè)備一起協(xié)作完成各種物流任務(wù)。因此，未來的AGV技術(shù)需要更好地與其他機(jī)器人設(shè)備進(jìn)行配合，保證物流作業(yè)的協(xié)調(diào)與高效完成。

第三，AGV技術(shù)需要更高的安全性。在物流過程中，AGV技術(shù)往往需要通過人員密集的區(qū)域，因此，保障人員的安全十分重要。未來的AGV技術(shù)應(yīng)該具備更加智能的避障和安全保護(hù)機(jī)制，與人員和其他物體進(jìn)行真實(shí)時(shí)間的協(xié)調(diào)與監(jiān)控等等，以提高設(shè)備在工作中的安全性。

第四，AGV技術(shù)需要更加智能的管理和運(yùn)營。物流中心往往運(yùn)營著數(shù)百臺(tái)AGV，如何對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理和協(xié)調(diào)是一個(gè)重要的問題。未來的開發(fā)人員需要設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)等工具，可以對(duì)所有AGV進(jìn)行實(shí)時(shí)管理