基于惯性具有姿态自检功能的磁导航AGV研究
发布时间：2021-11-20 12:51
自动导引小车（AGV）属于轮式移动机器人的一种,是一种高柔性化产品,现如今已被广泛应用于工厂自动化产线,码头,仓库等需要进行大量搬运工作的场合。随着AGV在工业领域的大规模应用及其相关技术的快速发展,传统的固定路径导航式AGV由于功能太过单一、控制精度不高已渐渐不适应工业的需求,而诸如激光导航、视觉导航以及惯性导航型AGV由于其成本居高不下,实现难度大,也还未广泛运用。本文通过在实验室原有磁导航AGV上加装低成本的惯性元件,开发出一种具有姿态自检功能的磁导航AGV,力求通过这种组合导航方式在不大幅增加成本的情况下提高AGV路径跟踪精度和纠偏能力,打造出一个低成本高性能的AGV实验平台。本文首先进行了 AGV运动学分析,针对磁导航这种导航方式的特点,总结出了 AGV的基于路径跟踪偏差的运动学模型。并通过运用模糊控制理论设计了 AGV循迹运动模糊控制器,用于AGV沿磁条路径自动行驶,以提高其路径跟踪精度。然后运用低成本惯性元件搭建了 AGV惯性信息反馈系统,使AGV能获取自身姿态信息,并通过对多传感器信息融合技术进行研究,对几种滤波方法优劣进行了对比,并进行了相关仿真分析。并具体介绍了此系...
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１?ＡＧＶ运动学模型??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?ＡＧＶ?ｋｉｎｅｍａｔｉｃ?ｍｏｄｅｌ??
航ＡＧＶ这类具有固定路径的移动机器人，其运动过程中需跟随固有路径进行运动，往??往是处于一种不断在进行路径纠偏的状态之中，因此还需在它们的运动学模型中考虑路??径偏差的影响。具有固定路径的ＡＧＶ模型如图２－２所示，图２－２表示的是ＡＧＶ在直线??路径上行驶的情况，图中ＸＯＹ为ＡＧＶ车体坐标系且此时ＡＧＶ处于路径正中处，因此??Ｙ轴又代表ＡＧＶ所跟踪的路径，０点是两驱动轮中心连接线的中点，Ｌ则代表两轮轮??心距。当一段时间后，小车由于外部干扰或控制误差导致小车在循迹运行时与路径产生??了偏移，即０点与Ｙ轴出现距离偏差ｕ以及角度偏差ａ。ａ则代表当前行驶方向与预定??行驶方向的夹角，以逆时针角度偏转为正，反之为负；Ｖｂ?ＶＲ、Ｖ〇则代表ＡＧＶ左驱??动轮轮速，右驱动轮轮速以及０点的线速度。Ｒ为小车瞬时转向半径。??▲Ｙ??Ｖｌ??４??麵、／??／?？??ｉ?Ｖ?Ｒ??丨?丨之??左驱动轮?［?？ａ?ｘ??０?右驱动轮?°??丨?Ｌ?１??图２－２具有固定路径的ＡＧＶ运动学糢型??Ｆｉｇｕｒｅ?２－２?ＡＧＶ?ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ?ｍｏｄｅｌ?ｗｉｔｈ?ｆｉｘｅｄ?ｐａｔｈ??根据刚体运动原理，ＡＧＶ做圆弧运动时始终
需要采集大量输入输出测量数据以及对这些数据进行结构辨识和参数辨识，前期工作量??巨大。Ｍａｍｄａｎｉ型推理虽然反模糊化过程复杂，但由于运用于ＡＧＶ的轨迹跟踪时，控??制器使用的是离线计算在线查表方式，反模糊化结果己事先计算完成录入查询表中，从??而ＡＧＶ实际运行时车载控制器的运算量并不大，不会影响控制的实时性，因此本文所??研究的磁导航ＡＧＶ模糊控制器选用Ｍａｍｄａｎｉ型模糊推理方法进行设计??２．４ＡＧＶ模糊控制器??．??２．４．１模糊控制器结构设计??本文所研究的ＡＧＶ通过使用磁导航传感器获取路面磁带信息从而沿着固定轨迹进??行自主行驶，所用磁导航传感器型号为ＹＦ－９０１６，是一种１６路ＮＰＮ输出型传感器，只??感应Ｎ极磁场。其内部是由相隔同等间距的１６个霍尔元件组成，每个霍尔元件感应到??磁信号时，都会在对应位激发一个低电平信号，从而点亮传感器对应位置上的ＬＥＤ灯，??本文所研宄ＡＧＶ将一个磁导航传感器布置于驱动单元前端。图２－４为磁导航原理图，??图２－５为磁导航ＡＧＶ示意图。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅谈惯导发展及其分类[J]. 孙泽鹏. 山东工业技术. 2017(17)
[2]工业4.0推动机电一体化走向智能技术系统[J]. 缪学勤. 自动化仪表. 2016(01)
[3]三轴数字MEMS加速度计现场标定方法[J]. 彭孝东,张铁民,李继宇,闫国琦. 振动.测试与诊断. 2014(03)
[4]浅析我国物流企业成本管理与控制[J]. 丁建国. 中国乡镇企业会计. 2013(07)
[5]惯性系统中加速度计标定方法研究[J]. 陈剑,孙金海,李金海,阎跃鹏. 微电子学与计算机. 2012(08)
[6]基于Kalman滤波的加速度计十位置标定方法[J]. 孙枫,曹通. 系统工程与电子技术. 2011(10)
[7]惯性导航基本理论及发展综述[J]. 周年芳,柏林森. 农家科技. 2011(04)
[8]自动导航车（AGV）发展综述[J]. 张辰贝西,黄志球. 中国制造业信息化. 2010(01)
[9]高精度惯性陀螺仪误差系数的快速自标定方法研究[J]. 冀海燕. 工程与试验. 2009(04)
[10]全球鹰无人机导航系统分析[J]. 包强,姜为学,刘小松,张伍. 飞航导弹. 2009(11)
博士论文
[1]基于wMPS的室内AGV精确导航定位关键技术研究[D]. 黄喆.天津大学 2016
硕士论文
[1]基于模糊控制的移动监控平台系统的研究[D]. 姚菲.西安建筑科技大学 2017
[2]基于惯性导航的移动机器人控制系统设计[D]. 薛杰辉.浙江工业大学 2016
[3]AGV系统的设计与实现[D]. 徐志敏.南昌大学 2016
[4]基于惯性元件的车辆轨迹测量系统设计[D]. 周福宁.沈阳工业大学 2016
[5]自动导引小车（AGV）控制系统研究[D]. 刘巍.吉林大学 2015
[6]适用于民爆行业的AGV自导引小车研究[D]. 王东风.武汉纺织大学 2015
[7]阀体搬运AGV的设计与仿真[D]. 王承洋.南昌航空大学 2015
[8]移动机器人小区域导航关键问题研究[D]. 尹俊.浙江大学 2015
[9]基于STM32的捷联惯性测量系统设计[D]. 姜建飞.南京理工大学 2014
[10]捷联惯性导航系统仿真平台[D]. 刘春雨.沈阳工业大学 2013
本文编号：3507361
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１?ＡＧＶ运动学模型??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?ＡＧＶ?ｋｉｎｅｍａｔｉｃ?ｍｏｄｅｌ??
航ＡＧＶ这类具有固定路径的移动机器人，其运动过程中需跟随固有路径进行运动，往??往是处于一种不断在进行路径纠偏的状态之中，因此还需在它们的运动学模型中考虑路??径偏差的影响。具有固定路径的ＡＧＶ模型如图２－２所示，图２－２表示的是ＡＧＶ在直线??路径上行驶的情况，图中ＸＯＹ为ＡＧＶ车体坐标系且此时ＡＧＶ处于路径正中处，因此??Ｙ轴又代表ＡＧＶ所跟踪的路径，０点是两驱动轮中心连接线的中点，Ｌ则代表两轮轮??心距。当一段时间后，小车由于外部干扰或控制误差导致小车在循迹运行时与路径产生??了偏移，即０点与Ｙ轴出现距离偏差ｕ以及角度偏差ａ。ａ则代表当前行驶方向与预定??行驶方向的夹角，以逆时针角度偏转为正，反之为负；Ｖｂ?ＶＲ、Ｖ〇则代表ＡＧＶ左驱??动轮轮速，右驱动轮轮速以及０点的线速度。Ｒ为小车瞬时转向半径。??▲Ｙ??Ｖｌ??４??麵、／??／?？??ｉ?Ｖ?Ｒ??丨?丨之??左驱动轮?［?？ａ?ｘ??０?右驱动轮?°??丨?Ｌ?１??图２－２具有固定路径的ＡＧＶ运动学糢型??Ｆｉｇｕｒｅ?２－２?ＡＧＶ?ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ?ｍｏｄｅｌ?ｗｉｔｈ?ｆｉｘｅｄ?ｐａｔｈ??根据刚体运动原理，ＡＧＶ做圆弧运动时始终
需要采集大量输入输出测量数据以及对这些数据进行结构辨识和参数辨识，前期工作量??巨大。Ｍａｍｄａｎｉ型推理虽然反模糊化过程复杂，但由于运用于ＡＧＶ的轨迹跟踪时，控??制器使用的是离线计算在线查表方式，反模糊化结果己事先计算完成录入查询表中，从??而ＡＧＶ实际运行时车载控制器的运算量并不大，不会影响控制的实时性，因此本文所??研究的磁导航ＡＧＶ模糊控制器选用Ｍａｍｄａｎｉ型模糊推理方法进行设计??２．４ＡＧＶ模糊控制器??．??２．４．１模糊控制器结构设计??本文所研究的ＡＧＶ通过使用磁导航传感器获取路面磁带信息从而沿着固定轨迹进??行自主行驶，所用磁导航传感器型号为ＹＦ－９０１６，是一种１６路ＮＰＮ输出型传感器，只??感应Ｎ极磁场。其内部是由相隔同等间距的１６个霍尔元件组成，每个霍尔元件感应到??磁信号时，都会在对应位激发一个低电平信号，从而点亮传感器对应位置上的ＬＥＤ灯，??本文所研宄ＡＧＶ将一个磁导航传感器布置于驱动单元前端。图２－４为磁导航原理图，??图２－５为磁导航ＡＧＶ示意图。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅谈惯导发展及其分类[J]. 孙泽鹏. 山东工业技术. 2017(17)
[2]工业4.0推动机电一体化走向智能技术系统[J]. 缪学勤. 自动化仪表. 2016(01)
[3]三轴数字MEMS加速度计现场标定方法[J]. 彭孝东,张铁民,李继宇,闫国琦. 振动.测试与诊断. 2014(03)
[4]浅析我国物流企业成本管理与控制[J]. 丁建国. 中国乡镇企业会计. 2013(07)
[5]惯性系统中加速度计标定方法研究[J]. 陈剑,孙金海,李金海,阎跃鹏. 微电子学与计算机. 2012(08)
[6]基于Kalman滤波的加速度计十位置标定方法[J]. 孙枫,曹通. 系统工程与电子技术. 2011(10)
[7]惯性导航基本理论及发展综述[J]. 周年芳,柏林森. 农家科技. 2011(04)
[8]自动导航车（AGV）发展综述[J]. 张辰贝西,黄志球. 中国制造业信息化. 2010(01)
[9]高精度惯性陀螺仪误差系数的快速自标定方法研究[J]. 冀海燕. 工程与试验. 2009(04)
[10]全球鹰无人机导航系统分析[J]. 包强,姜为学,刘小松,张伍. 飞航导弹. 2009(11)
博士论文
[1]基于wMPS的室内AGV精确导航定位关键技术研究[D]. 黄喆.天津大学 2016
硕士论文
[1]基于模糊控制的移动监控平台系统的研究[D]. 姚菲.西安建筑科技大学 2017
[2]基于惯性导航的移动机器人控制系统设计[D]. 薛杰辉.浙江工业大学 2016
[3]AGV系统的设计与实现[D]. 徐志敏.南昌大学 2016
[4]基于惯性元件的车辆轨迹测量系统设计[D]. 周福宁.沈阳工业大学 2016
[5]自动导引小车（AGV）控制系统研究[D]. 刘巍.吉林大学 2015
[6]适用于民爆行业的AGV自导引小车研究[D]. 王东风.武汉纺织大学 2015
[7]阀体搬运AGV的设计与仿真[D]. 王承洋.南昌航空大学 2015
[8]移动机器人小区域导航关键问题研究[D]. 尹俊.浙江大学 2015
[9]基于STM32的捷联惯性测量系统设计[D]. 姜建飞.南京理工大学 2014
[10]捷联惯性导航系统仿真平台[D]. 刘春雨.沈阳工业大学 2013
本文编号：3507361
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