差速转向农业专用AGV小车的设计与模糊控制研究

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所属分类:AGV设计资料
摘要

农业专用自动导引小车(AGV)作为农业作业的通用运载平台,是针对具体应用环境而设计的特定用途机器人,已成为农业自动化的一个重要发展方向。为此,介绍了一种基于多轴运动控制器的现代农业自动化AGV小车。同时,针对差速转向驱动型AGV小车路径跟随问题,首先对该AGV系统进行了理论分析和运动学建模;然后应用模糊控制理论,设计了以距离偏差和角度偏差为输入、左右驱动轮速度差为输出的模糊控制器;最后,在Mat Lab/Simulink环境中进行仿真验证。仿真结果表明:设计的模糊控制器在直线和圆周路径上跟踪性能明显优于常规PID控制器,其有效性和可行性得到了验证。

0 引言

自动导引小车( Automated Guided Vehicle,AGV) , 是指配备有自动导引装置的移载运输小车,以控制器 为核心,以蓄电池为动力,能按预先规划好的路径安 全、自主行驶,并完成指定运输动作的无人驾驶自动 化搬运车辆[1]。自动导引小车具有环境感知、实时决 策和行为控制与执行等功能,是当代柔性生产线、装 配线和仓储物流自动化系统的关键设备之一[2]。随 着各个领域的相互渗透,AGV 小车越来越多地应用于 农业自动化生产线中[3]。

农业专用 AGV 小车行驶环境复杂多样,可装载不 同机械装置以完成各种作业,因而对控制器的精确 性、实时性及鲁棒性提出很高要求,其运动控制已成 为 AGV 小车研究的关键领域之一,是 AGV 小车进行 定位、自主导引和路径规划等的基础。传统的运动控 制常采用 PID 控制算法,特点是算法简单、鲁棒性强、 可靠性高,但须基于精确的数学模型才能达到良好的 控制效果。而 AGV 小车是非线性复杂系统,运动过程 受诸多非线性因素的影响,对其建立精确的数学模型 十分困难。因此,传统的 PID 控制算法已难以满足其 要求。
为使 AGV 小车获得较好的控制性能,本文应用模糊控制方法,根据人的驾驶经验得到一些列控制规则,经推理得到控制响应表,通过查表得到规划信息, 实现 AGV 小车局部位姿的有效控制[4]。经过 MatLab/Simulink 仿真验证了本文提出方法的有效性和准 确性。该方法计算量小,运算速度快,跟踪性能优越, 适用于现代农业专用 AGV 系统[5]。

1 农业专用 AGV 小车系统结构

本文控制对象为应用于现代农业蔬菜大棚的专用 AGV 小车,最大负重 400kg。该农业自动化系统实际 构建主要分为农业专用 AGV 小车系统、作物生长环境 远程监测系统及作物生长环境专家系统,如图 1 所 示。

差速转向农业专用AGV小车的设计与模糊控制研究

图 1 农业自动化系统结构示意图


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