结合RFID定位的视觉导引AGV控制方法研究

发布时间：2020-09-11 20:12

　　随着工业4.0的提出,现代制造业对物料运输提出了更高的要求,智能运输越发成为提高制造业生产效率的重中之重。AGV系统广泛应用于现代制造业中,传统AGV主要依靠固定磁导线导引搬运物料,运动柔性较差,难以满足复杂工况的需求。近年来,随着计算机与各种传感器硬件性能的提升,适应性更强的视觉导引AGV小车成为物流智能装备研究的热点。本文以现代制造车间的运输系统为小车工作场景,对AGV的视觉导引识别控制和PID控制系统进行了研究,概括如下:首先,在视觉导引识别部分,设计出提取AGV小车相对于道路导引标识线的导航角度偏差与距离偏差的算法流程。主要包括:分块图像与Otsu图像分割算法相结合的阈值分割方法,提高了道路复杂环境下导引标识线的图像分割效果;图像细化算法、Hough直线检测及直线拟合的导航偏差参数提取算法,提高了导航偏差参数的精确度;无需摄像机标定的投影畸变矫正算法,简化了单目视觉导航AGV实现流程。其次,在视觉导航AGV的路径跟踪控制部分,建立了两轮差速驱动型AGV小车的运动学模型,并基于此模型建立了通过导航角度偏差和距离偏差与AGV小车行进速度的数学模型,得出AGV小车路径跟踪控制的系统状态方程;设计了基于粒子群算法优化的AGV路径跟踪PID控制器,提高了PID控制器的系统性能。再次,利用RFID稳定性强、抗干扰的特性实现了AGV小车的全局定位与工位、停车点的精确定点停车。在道路导引标识线下铺设RFID卡片,通过车载阅读器读取卡片存储的位置数据信息,实现AGV的全局定位;在工位与停车点的图像标识处安装RFID卡片,通过RFID识别卡片结合图像识别、光电编码器实现AGV小车的精确定点停车。最后,搭建了AGV实验平台并进行了AGV小车的路径跟踪行走实验与RFID辅助定位实验,并达到了预期效果。实验结果验证了本文提出的导航方式的可行性与视觉导引参数提取的准确性。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP391.44;TP23
【部分图文】：

国外物流,仓储物流,历程,技术

国的 Barrette Electronics 公司在 1953 年研制生产的[8]。这辆自动导航小车是由一辆牵引拖车改装而成，像电车一样由一条钢丝索做为其路径导航。早期的 AGV系统由于自动化技术、计算机技术水平的限制未得到广泛应用，仅仅应用于部分工业生产的仓储环节。上个世纪 60 年代末期，国际上关于托盘搬运统一规范以及托盘结构标准化极大地推动了 AGV 技术的研发与应用[9]。到 70 年代中，约有 520 套 AGV 系统应用于工业生产过程中，使用的自动导引小车达到 5000 多台[10]。到了 80 年代初，欧美国家开发出新的 AGV 控制系统， AGV 产业进入到成熟阶段。据统计，美国的 AGV 生产基地从 1983 年的 20 余处暴涨到 1985年的 74 处[11]。这段时间 AGV 技术飞速发展，激光导引技术、磁带导引技术以及之后的融合惯性导航与激光测距技术等多项导航技术运用到 AGV 系统中。上个世纪 90 年代，随着电子集成化、无线通讯以及数字图像处理的飞速发展，AGV 得到进一步发展，满足不同需要的各式 AGV 也应运而生。作为现代生产产业的主要搬运工具，AGV 小车己经广泛应用于物流仓储、加工制造、微电子制造、造纸印刷、卷烟、医疗、化工、食品等多个行业，而加工制造产业成为 AGV 应用最广泛的领域。

运输车,公司,智能车辆

政系统中[14]。1991 年，清华大学的国家试验中心进口了国外的先进 AG研究柔性生产系统[15]。中科院沈阳自动化研究所为沈阳金杯汽车厂的客装配生产线设计生产了 AGVS 系统，这项技术于 1996 年获得国家科学技三等奖[16]。1999 年，昆船集团研制生产了激光导引方式的物流搬运系统大学智能车辆课题组自 1992 年便开展室外车辆自主驾驶的研究；目前，制了 4 代智能车辆，包括高速智能驾驶车辆 JUTIV-I 型，JUTIV-II 型V-IV 型，以及工厂物料搬运车 JLUIV-III 型视觉导航智能车[18]。清华大学技术与系统国家重点实验室研究无人车相关技术，基于结构化道路环境线的特点成功研制出智能车辆-THMR-V，该智能 AGV 能够自动追踪结构区域的导引线[19]。近年来，由于国内 AGV 市场需求增长的刺激，国内资本大量涌入，AG应用与生产飞速发展。国内 AGV 生产研制企业大批涌现，国内现有的的 AGV 生产制造企业中，有约 40 家是近几年新进入该领域的企业。沈机器人自动化股份有限公司作为国内 AGV 生产企业的翘楚，自主研发参展 2014 亚洲国际物流技术与运输系统展览会。

清华大学

图 1-3 清华大学研制的 THMR-5航方式分类现自动导引是 AGV 研发的重要内容，也是最为核心的技术问题，即要V 小车的“我在哪？”、“要去哪？”、“怎么去？”三大核心问题[27]。现自动导引首先要解决 AGV 的自主定位问题。按照 AGV 定位方式与分类，可以分为以下几类[28]：固定路径导引定路径导引方式是指导引路径预先设定，系统运行中不可变更的导引）电磁导引方式种导航方式是最为传统的，是现在广泛使用的导航方式之一[29]。这种的工作原理是预先在 AGV 工作环境的地面下方 10~30mm 按规划路径，之后加载低压低频率的交流电使导线产生特定的电磁场，AGV 小车

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