基于ROS的AGV自动导航控制系统开发

【摘要】：AGV(Automated Guided Vehicle,自动导航车)是柔性生产系统、柔性搬运系统和自动化仓储系统的关键设备,作为连接物流与生产的重要桥梁,可有效提高制造企业的生产效率并降低生产成本。在当前“工业4.0”和“中国制造2025”的驱动下,对其自动化和智能化水平提出了更高的要求,因此研究具有自动导航功能的非导轨式智能AGV具有非常重要的意义。本文以一台四轮驱动四轮独立转向AGV为研究对象,针对当前机器人应用软件复杂度和规模不断增长的情况,采用以分布式计算、代码可重用及模块化设计为特点的机器人操作系统ROS(Robot Operating System)开发AGV的自动导航控制应用。首先通过对实际模型的简化,编程编写了AGV的URDF模型描述文件,并对其进行了运动学分析和建模,为后续自动导航应用开发、虚拟平台搭建和测试可视化做了铺垫;基于ROS导航框架,结合所研究AGV的实际特点和需求,分析了AGV自动导航功能实现所需的各个模块及系统工作流程,并重点对机器人定位、全局和局部路径规划等关键模块进行了开发和配置。利用Gazebo仿真器建立了AGV的虚拟平台,通过所建立的虚拟环境,利用即时定位和建图(SLAM)技术建立了所建环境的栅格地图,并利用该地图对自动导航应用及多目标规划功能进行了仿真验证,仿真结果表明在所建的虚拟地图中AGV能够很好实现对所设定目标的自动导航和避障;随后,在真实AGV平台上对应用进行了实际测试,实验结果表明,通过SLAM所建的环境地图精度较高,满足使用要求,同时高效实现了导航规划和避障功能。由于本文所研究AGV属于复杂非线性系统,因较难建立精确数学模型,因此利用Simulink设计了不依赖于被控对象精确数学模型的AGV模糊运动控制器;此外,对于上层发送给下位机的速度控制指令,利用Matlab/Simulink与ROS的接口,对其进行了分析和优化,实现对AGV运动的自适应控制。