Mecanum轮式AGV狭窄直角弯转向规划设计与实现

发布时间：2017-09-02 22:03

  本文关键词：Mecanum轮式AGV狭窄直角弯转向规划设计与实现

  更多相关文章： Mecanum轮 AGV 狭窄直角弯 空间受限 通过性 转向运动规划

【摘要】：AGV运动规划是机器人领域一个重要的研究方向。在实际的工业现场或智能仓库中存在狭窄直角弯场景,空间的限制造成了传统的AGV无法通过或通过性低。Mecanum轮式AGV具有全方位移动的特性,具有多种转向方式,在狭窄场景下更具优势。但目前尚缺乏针对Mecanum轮式AGV在狭窄直角弯下转向的研究,也没有相关的解决方案。因此,在考虑直角弯受限特点的基础上,研究结合Mecanum轮式AGV运动特性的转向规划方法,提高AGV在狭窄直角弯下通过性,具有重要的实际意义和理论价值。论文针对在狭窄直角弯下缺乏有效的Mecanum轮式AGV转向规划方法的问题,从狭窄直角弯受限特点及Mecanum轮式AGV运动特性入手,建立了考虑AGV外轮廓的转向运动学模型用于描述其转向状态,给出了基于激光雷达的直角弯道及AGV初始姿态的描述模型,进而提出了考虑全方位移动特性的转向运动规划方法,并设计系统在实际平台上实现了转向过程。主要的工作包括:(1)Mecanum轮式AGV转向运动学建模。论文对Mecanum轮式移动机构的运动特性进行分析,采用速度表示法建立基于质心的运动学模型,实现了航位推算算法,并在此基础上建立了基于外轮廓的转向运动学模型,用于描述转向的运动状态,实现全局下的定位。实物实验结果表明,该模型能有效地描述AGV转向过程中外轮廓信息。(2)基于激光雷达的环境建模。论文通过分析直角弯道下激光雷达距离图像的几何特征,提出了一种改进型split-merge特征提取算法,对分割合并阈值、准则,进行了改进。并在此基础上建立了基于线段特征的狭窄直角弯几何描述模型,用于描述直角弯信息以及AGV的初始状态。对比实验表明,该算法能有效降低线段拟合误差,在环境建模准确性上优于改进前的算法。(3)狭窄直角弯下Mecanum轮式AGV转向规划方法。论文通过分析AGV在狭窄直角弯下受限的特点,提出了一种基于规则式的转向运动规划算法。该方法将AGV转向过程按状态划分,建立了不同状态与转向策略之间的映射关系。实验结果表明,该算法能克服空间限制的问题,有效地保证AGV的通过性。最后,综合上述研究成果,形成了Mecanum轮式AGV在狭窄直角弯下克服空间限制的转向解决方案,并设计系统应用于“Mecanum轮式AGV平台”。应用效果表明,该方案能准确地描述AGV的转向外轮廓信息以及环境信息,相比圆弧、原地转向方式,能更好地保证AGV在狭窄直角弯场景下的通过性。
【关键词】：Mecanum轮 AGV 狭窄直角弯 空间受限 通过性 转向运动规划
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.3 课题的提出及研究意义13-14
• 1.4 论文研究内容及章节安排14-15
• 1.5 本章小结15-17
• 2 Mecanum轮式AGV转向实现总体方案及关键问题17-27
• 2.1 引言17
• 2.2 Mecanum轮式AGV平台17-21
• 2.2.1 Mecanum轮式AGV平台概述17-18
• 2.2.2 Mecanum轮AGV平台功能模块18-21
• 2.3 狭窄直角弯AGV环境分析与坐标系的建立21-24
• 2.3.1 狭窄直角弯AGV环境分析21-23
• 2.3.2 狭窄直角弯坐标系的建立23-24
• 2.4 Mecanum轮式AGV转向实现总方案24-26
• 2.5 关键问题的分析26
• 2.6 本章小结26-27
• 3 Mecanum轮式AGV转向运动学建模27-45
• 3.1 问题的提出27-28
• 3.2 Mecanum轮运动特性分析28-30
• 3.3 转向运动学建模30-37
• 3.3.1 质心运动学模型30-33
• 3.3.2 基于运动学模型的航位推算33-36
• 3.3.3 外轮廓转向运动学模型36-37
• 3.4 Mecanum轮式AGV转向运动学模型的验证实验37-43
• 3.4.1 转向运动学模型验证性实验38-42
• 3.4.2 基于转向运动学模型航位推算精度测量实验42-43
• 3.4.3 实验分析43
• 3.5 本章小结43-45
• 4 基于激光雷达的环境建模45-63
• 4.1 问题的提出45-46
• 4.2 激光雷达数据线段特征提取分析46-49
• 4.3 改进型split-merge线段特征提取算法49-57
• 4.3.1 split-merge算法介绍50-51
• 4.3.2 改进型split-merge算法51-53
• 4.3.3 对比实验53-57
• 4.4 基于线段特征的直角弯建模57-59
• 4.5 实验设计59-62
• 4.6 本章小结62-63
• 5 狭窄直角弯下Mecanum轮式AGV转向规划63-77
• 5.1 问题的提出63-64
• 5.2 狭窄直角弯下的转向受限分析64-68
• 5.2.1 圆弧弯场景下的转向分析64-65
• 5.2.2 Mecanum轮式AGV运动策略分析65-68
• 5.3 基于规则式转向规划方法68-73
• 5.3.1 转向状态分解68-71
• 5.3.2 算法流程及实现71-73
• 5.4 实验设计73-76
• 5.5 本章小结76-77
• 6 Mecanum轮式AGV转向规划设计与实现77-89
• 6.1 引言77
• 6.2 系统整体框架设计77-78
• 6.3 系统的实现78-82
• 6.3.1 系统的实现流程78-79
• 6.3.2 系统的设计79-80
• 6.3.3 系统的实现框架80-82
• 6.4 实验结果及分析82-86
• 6.5 本章小结86-89
• 7 总结与展望89-91
• 7.1 研究总结89-90
• 7.2 研究展望90-91
• 致谢91-93
• 参考文献93-99
• 附录99
• A. 作者在攻读硕士学位期间公开的发明专利99
• B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目99

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 喻俊;武星;沈伟良;;基于Mecanum轮的全向运动视觉导引AGV研制[J];机械设计与制造工程;2015年09期

2 李金凤;王庆辉;刘晓梅;曹顺;张慕远;;基于MEMS惯性传感器的行人航位推算系统[J];传感器与微系统;2014年12期

3 王兴松;;Mecanum轮全方位移动机器人技术及其应用[J];机械制造与自动化;2014年03期

4 陈博翁;范传康;贺骥;;基于麦克纳姆轮的全方位移动平台关键技术研究[J];东方电气评论;2013年04期

5 孟少华;向锦武;罗漳平;任毅如;;微小型无人直升机避障最优轨迹规划[J];北京航空航天大学学报;2014年02期

6 周美锋;吴洪涛;;基于Mecanum轮的全方位移动机构研究[J];机械设计与制造工程;2013年10期

7 陈娇;陈玮;陆晓野;古文丽;;基于GPSOne和航位推算的定位算法研究[J];计算机与数字工程;2012年01期

8 刘洋;章卫国;李广文;;基于改进PRM算法的路径规划研究[J];计算机应用研究;2012年01期

9 满增光;叶文华;楼佩煌;钱晓明;;基于自适应阈值的距离图像线段特征提取[J];深圳大学学报(理工版);2011年06期

10 刘洲;吴洪涛;;Mecanum四轮全方位移动机构运动分析与仿真[J];中国制造业信息化;2011年05期

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 李爱娟;智能车辆运动轨迹规划方法的研究[D];南京航空航天大学;2013年

2 崔明月;复杂环境下不确定轮式移动机器人运动控制的研究[D];重庆大学;2012年

3 王璐;未知环境中移动机器人视觉环境建模与定位研究[D];中南大学;2007年

4 游峰;智能车辆自动换道与自动超车控制方法的研究[D];吉林大学;2005年

，

本文编号：781111