自动导引小车稳定快速过弯技术的实验研究

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所属分类:AGV设计资料
摘要

自动导引小车是一种智能物流搬运设备,是工厂实现柔性制造中的重要组成部分,以其高效性、灵活性、安全可靠、成本低等优点而广泛应用于高端制造装备业中,诸如机场、码头、汽车制造、大型仓储等大型物资搬运转移中心。近年来,不断提高物流运输效率降低社会成本是各行业面临的重大挑战,自动导引小车作为其中的重要组成部分,为了解决AGV系统各个方面的技术难题,展开了大量深入的研究工作。本文的研究内容主要为自动导引小车运动学误差建模,B样条曲线约束设计,小车加速策略的优化仿真以及实验研究。其中在自动导引小车的运动误差学建模过程中,对于左右轮模型建立耦合关系进而确立路径跟踪模型和小车的正逆运动学系统模型。基于建立的自动导引小车运动学模型和Pure Pursuit控制算法,推导B样条曲线的约束条件、前视距离的方程式和前视点的确定算法。并使用C++语言编辑算法的实现程序,完成B样条曲线的生成和仿真,同时使用Lab VIEW软件编辑小车的上位机UI人机界面,结合B样条生成程序得到小车的整体调试系统。除此之外,本文提出一种新的加速策略,这方法用PSO搜索算法作为优化途径,对加速时间进行合理优化;基于B样条的特性建立转换点和新的速度分配,生成不同时间不同的速度区间,加快小车的过弯速度;同时引入Kalman算法对各个数据进行融合,避免测量过程中各传感器存在的随机误差,对地图数据进行拟合,提高小车的定位精度。基于实验室自动导引小车的实验平台,针对小车运行的多种情况,进行了仿真实验和实际运行实验,通过对各传感器数据整合分析研究,证实了B样条曲线在路径规划的可行性、稳定性和各算法的实用性,而且有效地加快小车的运行速度。

第 1 章 绪论

1.1 课题研究的目的及意义
1.2 AGV国内外研究现状及分析
1.3 课题主要研究内容

第 2 章 AGV小车运动学误差研究

2.1 AGV小车基本运动学分析
2.1.1 AGV小车运动学模型

自动导引小车的控制需要自动导引小车的模型作为基础进行分析。在建立模型的过程中,考虑到自动导引小车的主动轮和地面之间的约束关系十分复杂,大大增加了建立模型的难度,实际在模型搭建的过程中需要适当简化部分约束关系。作为第一步,假设研究中的自动导引小车的零部件均为刚体构成,不会发生变形;同时轮子在运行过程中与地面之间的接触为点接触,即为纯滚动,无滑动现象。因此意味着车轮中心的速度平行于车轮平面并且与车轮转速成比例。

依照提出的假设,运用工程建模方法,对自动导引小车建立对应的模型。其模型如下图 2-1 中,图中分别建立了基于地面的全局坐标系和基于车体自身的笛卡尔坐标系。

其中在图 2-1 中, X-Y表示基于地面的全局坐标系, V,W分别表示小车中心的速度和角速度, X1-Y1表示基于小车车身的局部坐标系, VL,VR分别表示自动导引小车主动轮的左右线速度,D表示主动轮之间的距离,θ表示自动导引小车与全局坐标系之间的夹角。

同时给定主动轮在X-Y坐标系中的位置矢量,分别使用(X1,Y1)和(X2,Y2)表示它们的位置。基于车体自身的刚体属性,可以得到:

自动导引小车稳定快速过弯技术的实验研究

本文所研究的自动导引小车采用差速定位,即两对主动轮,两对随动轮。双随动轮差速算法中,小车的定位信息可以使用向量[X Y θ]来描述。其中x,y为小车在全局坐标系下的坐标,而θ则为自动导引小车的方位角。依据自动导引小车的约束条件,可以获得小车在行走时的运动学模型为:

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