路标导引AGV车载系统研究与实现

• 作 者: 蓝功文
• 出 处: 上海交通大学
• 发表日期: 2020年03期
• 关键词: 自主导引车(AGV) StarGazer传感器 人工路标 路径跟踪

随着人力成本的升高以及自动化水平的不断提高,自主导引车(AGV,Automated Guided Vehicle)在自动化的仓储物流系统中应用越来越广泛。一个完整的AGV仓储物流系统包括多个部分:调度系统、AGV控制系统和通讯系统等。AGV作为系统的执行器,需要根据任务到达相应的位置完成对应的操作。本文以叉车式的AGV为研究对象,对其中涉及的定位、路径跟踪的问题进行研究,设计实现了相应的车载系统控制程序。首先,本文对AGV中常见的定位、导航方式进行概述,并介绍了本课题使用的AGV平台及车载系统。将车载系统分成多个子模块,包括主控制模块、运动控制模块、路标定位模块等,并基于车载系统硬件开发了对应的软件。接着提出路径定位模块中采用的基于StarGazer红外摄像头传感器与人工路标结合的定位方式,该方式通过传感器处理被动式的人工路标反射回来的红外线图像来解算出定位坐标。基于该方式存在多种类型的偏差,本文建立了相应的误差模型和工作模型。根据上述模型,本文提出一种增量式人工路标定位改进方法,首先在保证相应误差范围下增量式地布置最少人工路标,接着进行增量式构建路标地图来替代传感器本身的建图算法,以减少构建地图的误差;最后,当人工路标位于传感器的边缘时,通过融合传感器同时观测到的人工路标来减少误差。通过此方法,在没有添加额外传感器的情况下,最终提高了该定位系统的重复定位精度和可靠性。在得到较为准确的定位数据后,AGV跟随路径到达目标点完成任务。在仓储环境中,我们可以用理想的直线或者圆弧来表示AGV运行的固定路径。本文建立了叉车式AGV的运动学模型,并设计了基于基准转角的路径跟踪算法,可以较为精确地跟踪期望的直线和圆弧路径并到达目标点,达到了要求的导航精度。最后,利用该实验平台进行了多组实验,包括定位的实验以及路径跟踪的实验。实验证明本文对基于StarGazer传感器和人工路标结合的定位系统改进是有效的,提高了定位精度和可靠性;本文提出的车载系统中基于基准转角的路径跟踪算法在上述的定位系统下可以较精确地跟随期望路径,同时该算法也应用到了其他定位系统下,进行了相关的实验,同样取得了良好的跟踪效果。