基于光纤陀螺_激光雷达组合定位系统研究

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所属分类:AGV设计资料
摘要

随着我国产业结构的不断升级,智能物流行业迎来了历史的重大发展机遇,智能物流系统也是构建未来智慧工厂的基石,而作为一种先进自动化运输设备的自动导引小车Auto Guided Vehicle(AGV)在未来智能物流系统当中扮演了极其重要的角色。自动导引小车(AGV)集成了计算机、机械、微电子、控制、网络、通信、人工智能等多个学科,凭借其智能程度高、灵活组网能力强、安全可靠性好且占用空间较少而广泛地应用在企业柔性生产设备以及仓储自动化升级改造系统中。首先分析了航迹推算定位的基本原理,建立了基础坐标系,研究了全方位移动AGV的定位算法,分析了正交全向随动轮的安装误差,设计了安装误差的标定算法。建立了光纤陀螺仪的静态误差模型,分析了光纤陀螺仪标定算法,并且在高精度角速率转台上对光纤陀螺进行了标定。分析了增量式光电编码器的测速误差,并对测速算法加以改进,提高了测速精度。由于光纤陀螺仪存在漂移误差,增量式光电编码器存在位移累积误差,所以航迹推算系统的定位误差不断积累,需要其他定位方式进行辅助校准。然后研究了激光雷达SLAM算法,分析了占据栅格地图单元的概率更新过程,在此基础之上重点研究了HECTOR_SLAM算法,主要包括地图获得、扫描匹配和多分辨率地图三个方面算法研究。根据激光雷达定位误差不随时间发散的特点,用它来修正航迹推算系统的累积误差。利用互补滤波器的基本原理,对多传感器数据进行了融合。针对航迹推算系统短时间内定位精度高,动态性能好,定位误差随着时间积累和激光雷达定位相对稳定,但精度相对低,实时性较差的各自特点以及航迹推算系统和激光雷达系统各自的频率特性,设计了偏航角互补滤波器和位置互补滤波器。该滤波器可以有效抑制航迹推算系统中的累积误差,提高了系统的定位精度。最后搭建了全方位移动AGV定位系统的硬件和软件平台,对正交全向随动轮和激光雷达的安装误差进行了标定和补偿,然后在平台上对航迹推算算法和HECTOR_SLAM算法进行了实验验证并且做出了相应的误差分析。根据两个系统输出的偏航角和位置信息设计了互补滤波器,实验数据证明了互补滤波器的有效性。

目 录

基于光纤陀螺_激光雷达组合定位系统研究

图 2-1 航迹推算定位原理图


摘 要
ABSTRACT

第 1 章 绪 论

1.1 课题背景
1.2 AGV 的导航定位技术
1.3 国内外 AGV 导航定位技术发展现状
1.3.1 国外 AGV 导航定位技术发展现状
1.3.2 国内 AGV 导航定位技术发展现状
1.4 论文的主要内容

第 2 章 全方位移动 AGV 的航迹推算定位原理

2.1 引言
2.2 航迹推算定位的基本原理
2.3 全方位移动 AGV 的定位原理
2.3.1 正交全向随动轮介绍
2.3.2 基于光纤陀螺和增量式光电编码器的全局定位
2.3.3 正交全向随动轮的安装误差
2.4 航迹推算系统传感器
2.4.1 光纤陀螺仪
2.4.1.1 光纤陀螺的静态误差模型
2.4.1.2 光纤陀螺仪的标定参数计算
2.4.2 光纤陀螺仪标定测试实验
2.4.3 增量式光电编码器
2.5 本章小结

第 3 章 基于激光雷达的同时建图与定位

3.1 引言
3.2 激光雷达的基本工作原理
3.3 Bresenham 算法
3.4 占据栅格地图
3.5 利用激光雷达构建占据栅格地图
3.6 地图生成(Map Access)
3.7 扫描匹配 (Scan Matching)
3.8 多分辨率地图 (Multi-Resolution Map Representation)
3.9 激光雷达坐标系转换到全局坐标系
3.10 本章小结

第 4 章 基于光纤陀螺/激光雷达的组合定位系统

4.1 引言
4.2 组合定位系统的数据融合方法
4.3 互补滤波器原理
4.4 基于互补滤波器的偏航角融合
4.5 基于互补滤波器的位置估计
4.6 互补滤波器仿真
4.7 本章小结

第 5 章 全方位移动 AGV 定位系统的设计与实现

5.1 引言
5.2 STM32F407ZET6 型芯片介绍
5.3 全方位移动 AGV 定位系统的硬件电路
5.3.1 光纤陀螺仪的接口电路
5.3.1.1 光纤陀螺仪机械和电气接口
5.3.1.2 光纤陀螺仪的通讯接口
5.3.1.3 光纤陀螺仪的通讯方式
5.3.1.4 光纤陀螺仪的接口电路
5.3.2 RS232 通信接口电路
5.3.3 增量式光电编码器接口电路
5.3.4 红外避障接口电路
5.4 正交全向随动轮安装误差角的标定和补偿实验
5.4.1 正交全向随动轮的安装误差角标定实验
5.4.2 正交全向随动轮的安装误差角补偿实验
5.5 激光雷达安装误差角的标定和补偿实验
5.5.1 激光雷达的安装误差角标定实验
5.5.2 激光雷达的安装误差补偿实验
5.6 全方位移动 AGV 的航迹推算定位实验
5.6.1 全方位移动 AGV 直行定位实验
5.6.2 全方位移动 AGV 斜移定位实验
5.7 激光雷达 SLAM 实验
5.7.1 ROS 系统介绍
5.7.2 地图构建实验
5.7.3 全方位移动 AGV 直行定位实验
5.7.4 全方位移动 AGV 斜行定位实验
5.8 基于互补滤波器的数据融合实验
5.9 本章小结
结 论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及其他成果
哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限
致 谢

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