自动导航小车的路径规划与控制研究

论文摘要

自动导航小车（Automatic Guided Vehicle--AGV）是指装备有电磁或光学等自动导航装置,能够沿指定的导航路径行驶,具有安全保护以及各种运载功能的运动小车,是自动化物流系统中的关键设备之一。路径规划是自动导航小车研究中的一个关键技术。因此,如何设计出一种误差小、动态相应快且能适应多种复杂环境的控制系统是十分重要的。论文首先介绍小车的外形、内部结构及使用说明并分析导航小车的结构特点;阐述导航小车的导引介质;以导航小车在立体仓库中的应用为例,说明小车在实际中的应用;在导航小车与路径的相对运动关系的基础上建立运动学模型,并分析导航小车驱动系统的动、静态特性,通过对系统的辨识得到驱动系统的传递函数,从而建立被控系统的路径规划总体流程。其次,分析几种算法,运用到自动导航小车的路径规划中,发现将蚁群算法应用于小车路径规划可以更好的控制小车完成其运动控制功能。基于蚁群算法的路径规划是根据蚂蚁特有的控制自身的能力,搜索算法从而寻找优化路径。由实验结果表明:小车根据环境信息和操作器模型的信息计算出来的蚁群算法的无碰撞操作路径,是一条由起点到终点的最优路径。最后,还设计并制作模拟AGV运动的语音控制小车,由语音控制小车行进前进、后退、左转、右转、倒库等动作,外加两个反射式红外传感器实时监控小车的行进范围,防止小车在行使过程中越界。完成语音识别控制软件的设计,改装小车的硬件,由语音小车的运动验证设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 自动导航小车的研究背景
• 1.1.1 移动机器人的发展
• 1.1.2 AGV 的研究意义
• 1.1.3 AGVS 系统在现代生产物流系统中的应用
• 1.2 自动导航小车的发展现状
• 1.2.1 国外发展现状
• 1.2.2 国内发展现状
• 1.3 AGV 的国内外发展趋势
• 1.4 研究的主要内容
• 2 自动导航小车平台
• 2.1 自动导航小车的结构组成与使用说明
• 2.1.1 AGV 的车体结构
• 2.1.2 AGV 的系统组成及使用说明
• 2.1.3 AGV 的导引介质
• 2.2 自动导航小车在立体仓库中的应用
• 2.3 小结
• 3 AGV 路径规划的外围电路设计分析
• 3.1 运动控制器
• 3.1.1 运动控制器的发展与现状
• 3.1.2 运动控制器的工作原理
• 3.1.3 操作模式选择
• 3.1.4 控制模式选择
• 3.1.5 AGV 中的运动控制器选择
• 3.1.6 控制器中DSP 的嵌入
• 3.2 连接运动控制驱动器和工控机
• 3.3 电机连接
• 3.3.1 电机参数设定
• 3.3.2 设置编码器
• 3.3.3 检验电机连接
• 3.4 USB 采集卡
• 3.5 传感器系统
• 3.5.1 超声波与红外传感器
• 3.5.2 陀螺仪
• 3.6 小结
• 4 系统软件设计
• 4.1 路径规划的定义及方法
• 4.2 不同环境下的路径规划策略
• 4.2.1 静态未知环境中的局部路径规划方法
• 4.2.2 静态已知环境下的局部路径规划方法
• 4.2.3 静态已知环境下的局部路径规划方法简化实验及仿真结果
• 4.3 蚁群算法寻优路径的设计与仿真实验
• 4.3.1 蚁群算法介绍
• 4.3.2 蚁群算法基本原理
• 4.3.3 基于蚁群算法的AGV 路径规划的算法及步骤
• 4.3.4 仿真结果及分析
• 4.3.5 影响AGV 路径规划精度的主要因素
• 4.4 AGV 路径规划设计的总体流程
• 4.5 各部分的软件控制
• 4.5.1 运动控制的位置环调节
• 4.5.2 电机软件控制
• 4.5.3 轴的运动
• 4.5.4 运动纠偏控制
• 4.6 VC 环境开发步骤
• 4.7 小结
• 5 模拟AGV 的声控小车设计
• 5.1 设计方案及所应用元件
• 5.1.1 车体结构
• 5.1.2 主控芯片
• 5.1.3 减速电机
• 5.2 电路设计
• 5.3 声控小车软件设计
• 5.4 小结
• 6 结论
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者在攻读学位期间所发表的论文
• 附图