0 引言
自动引导车( Automated guided vehicle，AGV) 是一种利用电磁或光学引导装置，能够按照预定的引导路径完成指定运输作业智能车辆。随着智能技术在各个领域的相互渗透，AGV技术正从工业领域逐步向农业自动化生产领域拓展。位姿获取和路径追踪一直是 AGV 研究的重点和热点，AGV 的定位精度是高质量路径追踪的前提。因为设施内很难接受高分辨率的 GPS 信号，因此许多学者选择用无线传感、机器视觉［6 － 7］和红外线［8］等来获取移动车辆的位置信息。在导航控制系统研究方面，郑炳坤等［9］采用模糊自整定 PD 调节器来保证磁导航的控制精度和适应性。Amit［10］等人提出动态系统全局渐进稳定定理，设计滑模控制器，实现了 AGV 的轨迹追踪。Pratama［11］等人对多个定位传感器进行数据融合，使用反向步法对预定轨道进行追踪。在路径追踪策略上，纯追踪算法［12］因其简单易用而在路径追踪控制领域获得广泛应用，其前视距离的整定对路径追踪效果影响较大。熊斌［13］等人将运动学模型和纯追踪模型相结合，根据经验取不同前视距离，设计了一种直线跟踪导航控制器。李逃昌［14］等人采用模糊自适应控制的方法，在线自适应地确定纯追踪模型中的前视距离。黄沛琛等人采用 BP 神经网络动态调节前视距离改进纯追踪算法，提高了路径追踪的精度。
农业生产的环境具有非结构性特征，即便是设施农业环境中，其生产对象、农艺流程、设施布置等均存在极大的易变性。因此，无线传感、机器视觉等技术难以适应此类多变的复杂环境。在设施内的地面铺设路径引导线，使用红外光电传感器感知路径信息，可极大提高生产路径设置的灵活性。为此，采用双排红外反射式光电传感器，精准获取 AGV 平台的位姿信息，并对纯追踪算法进行改进，根据位姿偏差程度动态确定前视距离，提高 AGV 导航的精度，最终在农业设施内获得良好的路径追踪效果。
1 材料与方法
1． 1 试验平台硬件
本文 AGV 试验平台采用前轮驱动的四轮机构，长× 宽 × 高 为 970mm × 800mm × 500mm，前 轮 距840mm，轴距 570mm，如图 1 所示。考虑平台的轻便性和灵活性需求，前驱动轮由左右两个 6 寸轮毂电机组成，后从动轮由 2 个万向轮组成。轮毂电机不但是AGV 行驶的动力来源，同时又可以通过差速实现转向。在试验平台前后方各安装一排固定间隔的高精度红外光电传感器，型号为 E18 － D80NK，离地高度30 ～ 800mm 可调。通过多路红外光电传感器组合使用，能获得平台与引导线之间的相对位置和姿态信息。选用 NJK － 5002C 型霍尔传感器对两驱动轮转速进行实时采样。控制器采用主频为 40MHz 飞思卡尔MC9S12XS128MAL 芯片。根据纯追踪算法计算平台的转向半径，并通过平台的运动学模型，将转向半径转化为驱动轮的差速，从而实现路径追踪。控制器、驱动器、直流无刷轮毂电机和霍尔速度传感器组成闭环控制系统，实现对左右轮速的精准控制。控制系统原理如图 2 所示。
图 1 AGV 自动导航控制实验平台
图 2 控制系统原理图
暂无评论内容