基于超宽带定位的自动导引车辆导航方法及其导航系统的研究

发布时间：2017-09-18 04:32

  本文关键词：基于超宽带定位的自动导引车辆导航方法及其导航系统的研究

  更多相关文章： AGV 导航系统 超宽带 蚁群算法 路径规划

【摘要】：随着工业技术的发展,自动导引车辆(AGV)被广泛应用于各种具有较高自动化水平的工作场合。导航技术是AGV的关键技术之一,传统的AGV导航技术对路径的设置要求较高,AGV运动的柔性较差,难以应对复杂多变的工作场景。本文在无线定位技术的基础上,提出了一种基于超宽带定位的自动导引车辆的导航方法,并对其导航系统进行了研究。论文的主要工作如下：(1)分析了无线定位技术的原理及实现方式,研究了采用超宽带技术实现非同步的双向测距,结合三边定位算法以及三边质心定位算法,探讨了AGV的空间定位实现方法；针对在定位过程中可能出现的误差,提出了相应的补偿及优化方式,为AGV导航提供了基础；(2)通过对比不同建模方法的优缺点,为提高环境建模的效率,选择了栅格地图法来构建环境模型,提出了基于蚁群算法的AGV路径规划的方法,针对算法速度和稳定性的不足,采用精英蚁群系统的方法对路径规划算法进行了改进与优化：(3)以Cortex-M4处理芯片以及UWB定位模块为硬件核心,采用μC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统架构,设计了车载导航控制系统,制定了处理器与各主要模块间的通信协议,实现了AGV自主定位与导引、无线通信、运动控制等功能；(4)根据导航控制的需求,开发了AGV指挥控制系统,设计了登录、网络管理、AGV监控、路径规划、任务调度和数据管理等模块,实现了AGV联网监控、任务安排及人机交互等功能；在静态及动态场景下,对AGV定位与导航的功能进行了测试与验证,结果表明,本文提出的基于超宽带定位的导航方法在一定的误差允许范围内能较好的实现室内AGV导引功能,其导航路径的误差范围不超过0.5m,达到了设计要求。所开发的导航控制系统功能完善,使用便捷,对于AGV或者其他移动机器人的导航设计具有一定的参考意义。
【关键词】：AGV 导航系统 超宽带 蚁群算法 路径规划
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP23
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 AGV发展概述11-13
• 1.2.1 国外AGV发展状况11-12
• 1.2.2 国内AGV发展状况12-13
• 1.3 AGV导航系统研究现状13-16
• 1.3.1 AGV导航技术介绍13-15
• 1.3.2 研究现状及分析15-16
• 1.4 课题研究目的和研究内容16-19
• 第2章 UWB无线定位技术的研究19-35
• 2.1 无线定位技术概述19-22
• 2.2 UWB技术详细介绍22-24
• 2.3 UWB测距的实现24-26
• 2.4 基于测距的定位算法的实现26-30
• 2.4.1 测距数据的投影处理26
• 2.4.2 三边定位算法26-28
• 2.4.3 三边质心定位算法28
• 2.4.4 算法仿真分析28-30
• 2.5 误差消除及算法优化30-31
• 2.5.1 测距误差修正方法30-31
• 2.5.2 移动定位的滞后修正方法31
• 2.6 无线导引的实现31-34
• 2.7 本章小结34-35
• 第3章 导航系统环境建模及路径规划的研究35-48
• 3.1 环境建模方法35-38
• 3.1.1 环境模型分析35-37
• 3.1.2 环境模型选择37-38
• 3.2 全局静态路径规划算法的研究38-40
• 3.2.1 路径规划算法分析38-40
• 3.2.2 路径规划算法选择40
• 3.3 基本蚁群算法的路径规划的实现40-44
• 3.3.1 信息素的表示40-41
• 3.3.2 路径点选择41
• 3.3.3 信息素更新41-42
• 3.3.4 算法实现步骤42-43
• 3.3.5 算法仿真43-44
• 3.4 蚁群算法的优化44-46
• 3.4.1 蚁群算法的优化方法44
• 3.4.2 精英蚁群系统的实现方法44-45
• 3.4.3 改进前后算法性能比较45-46
• 3.5 环境模型及规划算法在导航中的应用46-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第4章 AGV导航系统车载控制系统的设计与实现48-62
• 4.1 车载控制系统的硬件设计与实现48-53
• 4.1.1 系统硬件框架与工作流程48-49
• 4.1.2 系统硬件关键模块设计49-53
• 4.2 车载控制系统的软件设计与实现53-57
• 4.2.1 控制终端软件开发方法53-54
• 4.2.2 μC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统介绍54-56
• 4.2.3 系统功能需求56
• 4.2.4 系统任务分配与描述56-57
• 4.3 通信协议设计57-61
• 4.3.1 车载控制系统与驱动器间通信协议57-58
• 4.3.2 车载控制系统与UWB模块间通信协议58-60
• 4.3.3 车载控制系统与指挥控制系统间通信协议60-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第5章 AGV导航系统指挥控制系统的设计与实现62-67
• 5.1 开发环境介绍62
• 5.2 指挥控制系统需求分析62-63
• 5.3 功能模块设计63-66
• 5.4 本章小结66-67
• 第6章 实验与验证67-77
• 6.1 实验环境与设备介绍67-68
• 6.2 指挥控制系统功能测试68-73
• 6.3 静态定位测试73-75
• 6.3.1 误差修正参数确定73
• 6.3.2 静态定位精度测试73-75
• 6.4 动态AGV导航测试75-76
• 6.4.1 动态定位补偿参数选择75
• 6.4.2 AGV导航精确度测试75-76
• 6.5 本章小结76-77
• 第7章 总结与展望77-79
• 7.1 课题总结77-78
• 7.2 课题展望78-79
• 参考文献79-82
• 致谢82-83
• 附：攻读硕士期间科研成果83

【参考文献】

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本文编号：873429