基于麦克纳姆轮的全向AGV运动控制技术研究

摘要

结合某大型装置光学模块的自动化运输装校要求以及目前广泛应用在仓储物流、加工制造与装配等生产活动中的移动机器人，设计了一套全向AGV实验系统。该系统在平面内可以沿任意方向移动，以任意半径旋转，非常适合工作在空间狭窄有限、对机动性要求高的场合。本文采用了一种基于麦克纳姆轮的全向移动机构，应用了目前先进的激光定位导航技术，研究了其运动控制的系统基础和相关实现方法，最终达到了AGV定位与自动导航的初步要求。在现代化制造生产活动中，全向AGV作为移动机器人的特殊运用，是柔性制造和现代化物流系统的一个重要组成部分，随着相关领域科学技术的不断进步，其运动控制技术也得到了快速发展，将被应用于越来越多的场合。本文主要从以下几个方面开展工作。
　　①研究全向AGV的控制系统。根据移动机构和运动控制性能要求，建立基于激光导航仪的闭环控制结构，研究单个驱动轴的速度伺服控制。介绍系统方案主要硬件性能。
　　②采用激光全局定位技术，介绍激光导航定位系统构成以及定位算法原理。在实验室搭建激光导航系统并建立全局环境地图模型，研究栅格地图构建和基于A*算法的静态环境下的路径规划方法，并进行仿真验证。
　　③对全向 AGV进行运动学分析并建立其运动学模型。在此基础上规划 AGV路径跟随控制的过程，研究模糊控制基本原理并设计双输入双输出的模糊控制器。应用MATLAB软件进行路径线段跟随控制仿真。
　　④根据运动控制系统要求，分别从下位机和上位机两部分设计运动控制程序和人机交互界面，实现全向AGV系统的实时状态数据显示、图形化表述、参数设置、通讯和多种运行控制模式等功能。并在实验室研制的设备上进行初步的测试分析。

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1 绪 论

1.1课题研究的背景和意义

1.2移动机器人发展现状

1.3移动机器人控制主要研究内容

1.4全向移动机器人的分类

1.5本文主要研究内容

2 全向AGV控制系统方案

2.1 引言

2.2 机构组成

2.3 控制系统的选择

2.4控制系统研究

2.5 控制系统硬件

2.6 本章小结

3 全局环境建模与路径规划

3.1引言

3.2定位

3.3激光扫描定位系统组成

3.4 激光定位原理

3.5 激光导航仪全局定位实现

3.6 全局环境模型实现

3.7 基于A*算法的路径规划

3.8本章小结

4 基于模糊控制的路径跟随方法研究

4.1 全向AGV运动学分析与仿真

4.2全向AGV路径跟随设计

4.3模糊控制器设计

4.4 本章小结

5 全向AGV软件设计与测试

5.1 引言

5.2 控制系统下位机软件开发

5.3 上位机软件设计

5.4全向AGV运动控制性能测试

5.5本章小结

6 结论与展望

6.1全文工作总结

6.2工作展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果目录