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AGV定位导引与控制软件系统的研究与设计

张玉春  
【摘要】:AGV是一种典型的轮式移动机器人,它集机械、光电、计算机、控制、仪器等多个学科技术于一体,具有高度自动化、安全可靠、应用灵活等优点。正是因为AGV的这些优越性,使其在自动化生产车间、现代物流系统中得到越来越广泛的应用,利用AGV构建自动化物流系统能极大的提高生产效率,因此,对AGV的研究具有深刻的理论及工程实践指导意义。定位导引精度和运动控制性能是AGV性能的核心评价指标。为提高AGV的定位精度与运动控制性能,本文通过调研大量国内外AGV文献资料,以两轮差速驱动AGV为研究对象,对其运动学、定位导引与运动控制等核心问题进行了深入的理论分析与研究,主要研究内容概括如下:1、介绍了AGV总体需求、工作流程、驱动系统的设计过程,通过对AGV运动的三个坐标系进行标定,推导了各坐标系下AGV的位姿表示及转换关系,从而完成了AGV的运动学建模与分析。根据总体方案,介绍了AGV定位导引系统的硬件方案,从而设计了导引算法,并分别设计了相对定位与绝对定位算法,最后通过自适应加权算法将两部分定位数据进行融合。2、开展了AGV运动控制的全面研究。通过Lyapunov理论以及位姿误差方程设计了运动控制律,利用MATLAB进行了仿真验证;然后通过建立AGV运动控制的静态特性、动态特性、综合特性评价模型,完成了对控制律作用效果的评价;最后,分析了控制律参数对运动控制的影响,并提出了滑模遗传算法,然后以评价函数为滑模遗传算法的适应度函数进行控制律参数的优化,并对优化前后AGV的运动性能进行了对比,从而验证了参数优化的重要性。3、分别设计了AGV控制系统的上、下位机软件。一方面,通过分析下位机的开发环境,并基于TwinCAT PLC的开发语言设计了AGV主体程序以及下位机人机交互界面;另一方面,对上位机软件进行功能模块划分,并采用Visual Studio软件为上位机软件开发平台,以XAML为界面语言、C#为后台设计语言,设计了WPF上位机软件平台。最后,设计了上位机与下位机软件的通讯方案,通过对控制软件进行调试,实现了上位机与下位机的通讯与数据传输,并测试了各功能模块的功能,从而完成了控制系统的软件设计与实现。


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