基于IR-UWB的AGV定位与路径规划技术研究

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所属分类:AGV设计资料
摘要

随着生产制造以及仓储物流行业的自动化、信息化、智能化发展需求,自动导引车(AGV)的作用越来越重要,被广泛的应用于各种工作场合,已成为研究热点。针对高精度AGV成本高与低精度AGV工程量大、环境适应性差的问题,研究了基于IR-UWB无线传感器网络测距定位的AGV定位与路径规划技术,搭建了 AGV系统平台,并进行了系统试验。主要研究内容如下:1.系统对比了室内定位和导引技术。对国内外AGV小车的导引技术进行了调研,总结分析了目前常用的导引技术的优缺点,提出了采用无线传感器网络IR-UWB技术作为AGV室内定位和导引方式的研究方案。2.研究了无线传感器网络的测距定位技术。分析了 RSSI、TOF测距和AOA、TDOA、TOA定位技术的特点,针对测距和定位过程中的误差来源提出了减小误差的方案;研究基于SDS-TWR的测距方法,利用信号在基站和移动站之间的传播时间来测定两者之间的距离,再利用TOA定位算法来实现移动站的定位。3.设计了模糊PID导引控制器。建立了 AGV小车的数学模型;对其行走控制进行了建模分析;设计了自动导引控制器;最后采用MATLAB/Sinulink进行了仿真模拟。4.研究了基于A*算法的路径规划技术。首先利用栅格法进行仓库内环境的建模,模拟仓库内的货架、障碍物以及货道等信息,构建仓库内环境地图;然后利用A*算法作为路径规划算法,采用欧氏距离作为估价函数,以行走最短距离、减少小车转弯次数以及躲避障碍物为目标,对AGV行走过程进行了路径规划;最后进行了 A*路径规划的仿真模拟。5.搭建了 AGV系统平台,并进行了系统试验研究。集成IR-UWB定位模块、超声波传感器、姿态传感器及微控制器模块,设计了 AGV小车的执行单元,控制单元以及检测单元,以此搭建了定位导引平台,实现了 AGV在仓库环境下的测距和定位等功能。最后在搭建控制平台的上进行了系统试验,试验结果表明在农资仓库的环境下系统静态测距精度优于50 mm,静态定位精度优于50 mm,动态定位精度优于85 mm;能够获得较高的定位精度,满足实际需求。

目录

基于IR-UWB的AGV定位与路径规划技术研究

电磁感应导引原理示意图

第1章 绪论

1.1 课题研宄背景与意义
1.2 AGV国内外研究现状分析
1.2.1 国外研宄现状分析
1.2.2 国内研宄现状分析
1.2.3 AGV导引技术介绍
1.3 无线传感器网络
1.3.1 ZigBee定位技术
1.3.2 WIFI定位技术
1.3.3 RFID定位技术
1.3.4 IR-UWB定位技术
1.4 IR-UWB室内定位技术详细介绍
1.4.1 IR-UWB技术
1.4.2 UWB国外研宄现状
1.4.3 UWB国内研究现状
1.5 主要研宂内容及结构安排
1.5.1主要研究内容
1.5.2研宄技术路线
1.5.3主要内容结构安排

第2章基于TOA定位技术研究

2.1 无线传感器网络测距方式
2.1.1 RSSI测距原理
2.1.2 TOF测距方式
2.2 无线传感器网络定位方式
2.2.1 AOA
2.2.2 TDOA定位原理
2.2.3 TOA定位原理
2.2 TOF测距方法及误差分析
2.2.1 TWR测距原理
2.2.2 TWR测距误差分析
2.2.3 SDS-TWR测距原理
2.2.4 SDS-TWR误差分析
2.3 TOA定位算法
2.3.1 TOA定位算法原理
2.3.2 TOA定位算法误差分析
2.4 测距软件系统平台搭建
2.4.1 系统流程设计
2.4.2 系统软件平台
2.5 本章小结

第3章 路径规划技术研究

3.1环境建模
3.1.1 可视图法
3.1.2 自由空间法
3.1.3 栅格法
3.2 路径规划算法
3.2.1 传统路径规划算法
3.2.2 仿生路径规划算法
3.2.3 启发式路径规划算法
3.3 A*算法
3.3.1 A*算法搜索过程
3.3.2 估价函数的选取
3.4 A*算法路径规划过程
3.4.1 环境建模
3.4.2 搜索准备
3.4.3 搜索过程
3.5 A*算法的仿真模拟
3.5.1 仿真模拟准备
3.5.2 经典A*算法仿真
3.5.3 改进A*算法仿真
3.5.4 增加实际权重的A*算法仿真
3.6 本章小结

第4章 AGV导引控制技术研究

4.1 AGV导引控制原理
4.2 控制方法
4.2.1 PID控制算法
4.2.2 模糊PID控制器设计
4.2.3 AGV数学模型的建立
4.2.4 控制器MATLAB/Simulink仿真
4.2.5 仿真结果
4.3 本章小结

第5章 AGV系统集成

5.1 软件控制流程
5.2 硬件结构设计与组成
5.2.1 系统硬件组成图
5.2.2 系统关键硬件模块说明
5.3 本章小结

第6章 试验结果与分析

6.1 测距与定位试验方案与结果分析
6.1.1 静态测距试验
6.1.2 静态定位试验
6.1.3 动态定位试验
6.2 本章小结

第7章 总结与展望

7.1 全文总结
7.2 工作展望
参考文献
致谢
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