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基于模糊控制的单舵轮激光导引AGV避障系统研究

石林炜  
【摘要】:AGV是无人搬运车辆(Automated Guided Vehicle)的英文缩写。随着工业自动化水平的提高,作为移动机器人的一种,AGV逐渐成为企业内部物流系统的重要组成部分。单舵轮激光导引叉车AGV具有无轨道、控制精度高、自动化程度高、避障线路自由、鲁棒性好等优点,在实际工业应用中的应用价值颇高。但是由于技术水平的限制,AGV的避障技术一直是本领域研究的难点所在。本文以实验中的一台单舵轮激光导引叉车AGV为平台,对其进行的避障系统的研究与设计,基于模糊控制理论,提出了一种检测区域的新型方法。经过多组实验验证了该避障系统的有效性。本文首先进行了单舵轮激光导引叉车AGV平台的搭建,是以宁波力达CDD20-D930人力叉车改装而成。并依次说明了车载系统中的车架系统、车载主控制系统、运动伺服控制系统(驱动系统和转向系统)、移载系统、安全系统、激光导引定位系统、通信系统和人机交互系统。分析了单舵轮激光导引叉车AGV的运动学模型,对主控制器beckhoff及其附属模块,驱动电机驱动器,转向电机驱动器、编码器,移载油泵电机驱动器、编码器等关键器件进行了选型及功能介绍,并给出了部分电气原理图。对激光扫描定位器三角定位法原理进行分析,并用SOPASA软件规划实验现场的地图,配置反射胶贴的位置坐标数据。在人机交互界面介绍了手动操作界面和自动操作界面的布局。然后对几种常用的避障算法:模糊避障算法、人工势场法避障、栅格法避障、遗传算法避障、神经网络法避障等进行了简单阐述,介绍了模糊控制系统的定义及一般组成。对上文搭建的单舵轮激光导引叉车AGV平台的避障控制系统进行了研究与设计,提出了一种检测区域的模糊控制一区域避障法。设计障碍物,与检测距离方法进行比较,比较结果显示检测区域方法较检测距离方法所获取的障碍物信息更为准确。用SICK S300激光避障仪和USl00超声波模块组合作为避障检测模块,进行了避障策略的设计和研究。设计模糊避障控制器,并输出模糊控制三维图Surface Viewer界面。最后进行软件编程,对变量设置好后,在beckhoff TWinCAT PLC系统使用ST语言进行底层程序的编写,包括上电初始化部分、直行部分、转向部分,在beckhoff主控制器使用C#开发环境进行上层避障系统程序的编写。为测试避障系统实际应用效果,设计了三种不同环境的障碍物,记录实验时AGV的坐标数据和其他属性,并利用坐标作图进行路径追踪,实验结果显示,激光AGV的避障系统对3种障碍物都能有效避障,且避障过程安全,平稳。


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