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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

徐骏  
【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。


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