基于惯性具有姿态自检功能的磁导航AGV研究

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所属分类:AGV设计资料
摘要

自动导引小车(AGV)属于轮式移动机器人的一种,是一种高柔性化产品,现如今已被广泛应用于工厂自动化产线,码头,仓库等需要进行大量搬运工作的场合。随着AGV在工业领域的大规模应用及其相关技术的快速发展,传统的固定路径导航式AGV由于功能太过单一、控制精度不高已渐渐不适应工业的需求,而诸如激光导航、视觉导航以及惯性导航型AGV由于其成本居高不下,实现难度大,也还未广泛运用。本文通过在实验室原有磁导航AGV上加装低成本的惯性元件,开发出一种具有姿态自检功能的磁导航AGV,力求通过这种组合导航方式在不大幅增加成本的情况下提高AGV路径跟踪精度和纠偏能力,打造出一个低成本高性能的AGV实验平台。本文首先进行了 AGV运动学分析,针对磁导航这种导航方式的特点,总结出了 AGV的基于路径跟踪偏差的运动学模型。并通过运用模糊控制理论设计了 AGV循迹运动模糊控制器,用于AGV沿磁条路径自动行驶,以提高其路径跟踪精度。然后运用低成本惯性元件搭建了 AGV惯性信息反馈系统,使AGV能获取自身姿态信息,并通过对多传感器信息融合技术进行研究,对几种滤波方法优劣进行了对比,并进行了相关仿真分析。并具体介绍了此系统所用互补滤波方法的具体实现过程。接着完成了惯性信息反馈系统的软件设计,阐述了其与运动控制系统通讯的具体过程,从而实现这一系统的基本功能,使AGV能实时检测其自身姿态,并能进行脱轨回位、异常姿态检测等。在完成了 AGV惯性信息反馈系统的安装和调试后,做了相关实验验证本次改造的AGV各项性能指标是否达到标准。

第一章 绪论

1.1课题研究的背景及意义
1.2国内外AGV研究发展现状
1.3惯性导航与信息融合技术
1.4本论文研究内容

第二章 AGV运动控制

2.1AGV差速驱动运动学模型

本文的研宄的磁导航AGV小车为六轮式结构,其中车体前排和后排各对称布置一组万向轮,它们不带动力驱动,这四个万向轮只起到支撑车体的作用。车体的运动由位于车体中部的驱动单元进行驱动,驱动单元通过减震装置柔性连接于车体骨架,这种设计减小了AGV转弯半径,并在越障时能有效避免驱动轮出现浮空不着地的情况。驱动单元中的动力源为两个86系列步进电机,通过控制两个电机的转速使它们之间构成不同的转速差?然后驱动与它们固连的两驱动轮转动即可实现在不同半径的弯道上进行行驶或保持直线行驶。

在AGV的实际工作运行当中,由于AGV是非完整约束系统以及其轮胎与地面接触时的非线性特性,要得到其精确运动学数学模型十分困难。为构建AGV运动学模型须要做如下简化和假设:

(1)车轮在二维的水平路面上低速运行,轮子不变形;

(2)轮子不发生与轮轴轴向平行的横向滑动;

(3)轮面与地面始终垂直并保持点接触,即假设车轮运行时不发生形变从而进行滑动,而只发生绕轮轴纯滚动;

(4)两驱动轮大小一致并且始终处于同一轴线上,轴线同平台的前进方向相垂直;

由于万向轮无动力驱动,只是跟随车体运动,且偏心式万向轮当受到正交于轮子平面的运动影响时,横向滑动会被万向轮所产生的等效且相反的绕自身垂直轴的转动所平衡,其没有对AGV施加任何实际的运动学约束。因此建立运动学模型时可以将AGV简化为两轮式结构,仅考虑两驱动轮运动情况。简化后的模型如图2-1所示,图中X-Y为全局坐标系,为车体局部坐标系,取左右驱动轮的中心连线的中点C作为局部坐标系点,且将其作为AGV车体在全局坐标系中的位姿参考点,则小车的位姿可表示为P=[Xc,Yc,θ],Xc,Yc为C点在全局坐标系中的标,θ为AGV运动方向与全局坐标系的夹角。v,ω分别为质心C点的速度和车体自转角速度,L为两驱动轮轮距。两驱动轮在全局坐标系中坐标为(X1,Y1)和(X2,Y2),则根据两驱动轮轮距不变,以及AGV只做与驱动轮中心连线相垂直方向的运动而不做横向滑移运动,可得到两约束方程如下:

(X1-X2)²+(Y1-Y2)²=L²

Xsinθ-Ysinθ=0

基于惯性具有姿态自检功能的磁导航AGV研究

图 2-1 AGV运动学模型

由图2-1得到AGV的运动微分方程如下 :

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