基于视觉导航的自动导引车设计与实现

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所属分类:AGV设计资料
摘要

随着劳动力价格的上涨,中国制造业的”人口红利”正在不断消失,以现代化、自动化的装备提升传统产业,推动技术红利替代”人口红利”,近年来成为我国制造业物流运输行业实现持续增长的必然选择。自动导引车(Automated Guided Vehicle,简称AGV)是生产物料搬运的主要设备,能够满足生产物料搬运系统的要求,是整个工业自动化和物流自动化的一个重要组成部分。本文结合当前研究热点,以自动导引车系统为研究对象,针对目前我国因起步较晚,现有产品大都采用传统的磁条、激光、惯性导航,在小型化、低成本和可靠性方面存在不足,产品推广困难的问题,设计了基于QR码视觉路标导航的自动导引车系统。其主要研究内容包含四个部分:1、自动导引车系统总体方案设计;2、实验用自动导引车硬件平台设计;3、系统的定位和路径跟踪功能实现;4、搭建系统测试平台对系统功能进行测试。首先,针对现有AGV系统方案的不足结合我国目前的应用情况以及其推广使用的主要应用场景需要,参考国外先进系统方案,本文采用了基于QR码导航的系统方案进行自动导引车系统设计,该方案与传统的电磁和激光方案相比具有低成本、高灵活性和高可靠性的技术优势。然后,根据系统的实际需要对实验用的自动导引车系统平台进行设计,完成了自动导引车包括主控制器、图像采集设备、电机、电机控制器等系统硬件的选型和连接。并对设计的两轮差速自动导引车进行运动学分析,总结出运动控制方法和航位推算法方。接着,实现了系统的定位和路径跟踪功能。主要包括基于QR码的精确定位功能和动态路径跟踪控制功能。为了实现系统功能自主开发了具有较高识别效率和成功率的QR码扫描器,通过建立视觉模型和相机标定实现了系统的精确定位,并将定位和航位推算定位结合增强定位的稳定性和鲁棒性,实现了系统的定位功能。并且根据系统动态路径特点,设计了系统的路径跟踪控制方案,实现系统的路径跟踪功能。路径跟踪分为转向点转向和直线路径纠偏,通过设计转向方案和基于模糊控制的直线路径纠偏实现小车在动态路径下的稳定路径跟踪。编写了搭载本文设计的定位算法和路径跟踪算法具有路径设置、参数设置、行使轨迹显示、行驶状态(航向、速度、故障)显示、手动控制、自动跟踪等功能的系统软件。最后,搭建系统测试平台,设计合理的测试方案,进行了系统测试。通过系统的测试,验证了系统的可行性,掌握系统的基本性能指标,并分析系统误差产生原因,总结未来改进方向。本文研究设计的自动导引车系统基本上实现了期望的功能。小车采用的导航技术与传统磁条和激光导航相比具有低成本、高灵活性、高可靠性的优势。本文设计实现的小车实验原型机为未来开发基于新型导航系统的实际应用的自动导引车奠定了一个良好的实验平台。

目 录

基于视觉导航的自动导引车设计与实现

图 2-1 QR码路标阵和驶路径示意图


中文摘要
ABSTRACT
第1章 绪 论
1.1 研究背景及意义
1.2 自动导引车研究应用现状
1.2.1 自动导引车国外研究
1.2.2 自动导引车国内研究
1.2.3 自动导引车应用现状
1.3 课题研究目标和内容
1.4 论文结构安排
1.5 本章小结
第2章 相关技术原理和总体方案设计
2.1 AGV概述
2.2 QR码概述
2.3 系统总体方案设计
2.3.1 系统基本原理
2.3.2 系统功能实现需要解决的问题
2.4 本章小 结
第3章 自动导引车硬件设计
3.1 底盘结构设计
3.1.1 转向机构
3.1.2 轮系布局
3.2 车载控制模块
3.2.1 控制系统工作原理
3.2.2 主控制器
3.3 驱动模块
3.3.1 电机控制器
3.3.2 步进电机
3.3.3 蓄电池
3.4 导航模块
3.4.1 图像采集设备
3.4.1 相机的安装
3.5 系统硬件整体布局
3.6差速转向式自动导引车的运动学分析
3.7本章小结
第4章 系统功能实现
4.1 QR码识别
4.1.1 QR码的编码及设置
4.1.2 QR码的解码
4.1.3 QR码的识别
4.2 基于QR码的精确定位
4.2.1 摄像机模型
4.2.2 相机标定
4.2.3 航位计算
4.2.4 定位流程
4.3 动态路径跟踪控制
4.3.1 转向点转向控制
4.3.2 直线路径纠偏控制
4.3.3 路径跟踪流程
4.4 系统软件设计
4.4.1 软件开发环境
4.4.2 软件总体设计
4.4.3 QR码识别程序
4.4.4 监控程序
4.5 本章小结
第5章 系统测试
5.1 测试平台搭建
5.2 定位测试
5.2.1 QR码定位测试
5.2.2 组合定位测试
5.3 路径跟踪测试
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
参考文献
致谢

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