基于嵌入式控制系统的自动导引小车设计与实现

论文摘要

物料运输是一项繁重复杂的工作,传统的物料运输方式需要人工操作,不仅浪费人力资源而且危险系数高。而AGV（自动导引车）作为新兴的物料运输方式,现场无需人工操控即可完成搬运、避障、装载等工作。AGVS（自动导引车系统）集自动控制、图像处理、远程通信等多种技术于一体,软硬兼备。随着科技的迅猛发展,AGV在缩短生产周期、加快物流、降低成本、提高经济效益等方面都有显著的作用,得到越来越广泛的应用。本课题详细介绍了AGV的发展史及研究现状,介绍了AGVS系统的相关技术,在此基础上完成了基于嵌入式控制系统的自动导引小车系统的设计与实现。主要研究工作如下：1、对AGVS进行了总体结构设计：分析了系统的总体结构、工作原理以及各组成模块的功能,系统主要功能模块包括直流电机调速模块、步进电机移载模块、视觉导引模块、自动充电模块、安全避障模块、无线通信模块等。2、硬件电路设计：采用核心板-底板方式,便于安装、调试以及功能扩展。核心板作为主控模块；底板主要用于扩展外围功能,硬件电路主要包括直流电机驱动、步进电机驱动、安全避障模块、人机接口模块、远程通信模块等；电源板完成电压转换,引出相关电源接口,同时设计了电压检测电路和自动充电模块。3、设计了基于视觉导引的AGV控制算法：对导引路径、目的地信息进行了详细分析,研究了基于视觉的路径特征提取与识别,设计分区导引控制算法实现AGV的循迹前进。4、软件系统设计：编写了嵌入式控制系统软件和远程监控软件。在linux操作系统下实现安装Qt开发环境,采用Qtopia完成用户图形界面的设计,完成了系统初始化、自动充电算法、摄像头图像处理、无线通信以及各硬件模块的驱动程序设计。最后对系统进行了联调,达到预期的性能要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 自动导引车概述
• 1.1.1 AGV（S）的定义及特点
• 1.1.2 AGV的发展历程
• 1.1.3 AGV的应用前景
• 1.2 AGV的分类
• 1.3 AGV的工作原理
• 1.4 本课题背景与研究内容
• 1.5 内容安排
• 1.6 本章小结
• 2 AGV总体设计
• 2.1 AGV机械结构
• 2.1.1 行走结构
• 2.1.2 移载结构
• 2.1.3 控制台结构
• 2.2 AGV功能结构及硬件选型
• 2.2.1 AGV主控模块
• 2.2.2 AGV视觉导引
• 2.2.3 AGV安全避障
• 2.2.4 AGV自动充电
• 2.2.5 AGV远程通信
• 2.2.6 AGV人机接口
• 2.3 本章小结
• 3 AGV硬件电路设计
• 3.1 硬件电路总体设计
• 3.2 底板功能模块设计
• 3.2.1 直流电机驱动板
• 3.2.2 步进电机驱动板
• 3.2.3 远程通信模块
• 3.2.4 红外避障模块
• 3.2.5 自动充电模块
• 3.2.6 人机接口模块
• 3.3 电源板的设计
• 3.4 本章小结
• 4 基于视觉导引的AGV控制
• 4.1 导引路径信息提取
• 4.1.1 导引中心线检测
• 4.1.2 目的地检测
• 4.2 图像导引算法
• 4.2.1 路径识别
• 4.2.2 分区导引反馈控制
• 4.3 本章小结
• 5 AGV软件设计
• 5.1 软件总体结构
• 5.2 AGV软件平台介绍
• 5.2.1 Linux操作系统
• 5.2.2 虚拟机Linux的安装
• 5.3 嵌入式开发环境介绍
• 5.4 QT图形界面开发环境介绍
• 5.4.1 设置QT开发环境
• 5.4.2 编译X86平台的Qtopia
• 5.4.3 编译ARM平台的Qtopia
• 5.5 程序功能模块设计
• 5.5.1 直流电机调速
• 5.5.2 步进电机移载
• 5.5.3 视觉导引模块
• 5.5.4 自动充电模块
• 5.5.5 安全避障模块
• 5.5.6 无线通信模块
• 5.5.7 远程控制台
• 5.6 本章小结
• 6 系统调试
• 6.1 直流电机模块调试
• 6.2 步进电机模块调试
• 6.3 红外避障模块调试
• 6.4 电源模块调试
• 6.5 系统联调
• 6.5.1 AGV正常行驶
• 6.5.2 AGV遇障
• 6.5.3 AGV到达目的地
• 6.5.4 AGV搬运货物
• 6.6 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献