结合RFID定位的视觉导引AGV控制方法研究

摘要

随着工业4.0的提出，现代制造业对物料运输提出了更高的要求，智能运输越发成为提高制造业生产效率的重中之重。AGV系统广泛应用于现代制造业中，传统AGV主要依靠固定磁导线导引搬运物料，运动柔性较差，难以满足复杂工况的需求。近年来，随着计算机与各种传感器硬件性能的提升，适应性更强的视觉导引AGV小车成为物流智能装备研究的热点。本文以现代制造车间的运输系统为小车工作场景，对AGV的视觉导引识别控制和PID控制系统进行了研究，概括如下： 首先，在视觉导引识别部分，设计出提取AGV小车相对于道路导引标识线的导航角度偏差与距离偏差的算法流程。主要包括：分块图像与Otsu图像分割算法相结合的阈值分割方法，提高了道路复杂环境下导引标识线的图像分割效果；图像细化算法、Hough直线检测及直线拟合的导航偏差参数提取算法，提高了导航偏差参数的精确度；无需摄像机标定的投影畸变矫正算法，简化了单目视觉导航AGV实现流程。 其次，在视觉导航AGV的路径跟踪控制部分，建立了两轮差速驱动型AGV小车的运动学模型，并基于此模型建立了通过导航角度偏差和距离偏差与AGV小车行进速度的数学模型，得出AGV小车路径跟踪控制的系统状态方程；设计了基于粒子群算法优化的AGV路径跟踪PID控制器，提高了PID控制器的系统性能。 再次，利用RFID稳定性强、抗干扰的特性实现了AGV小车的全局定位与工位、停车点的精确定点停车。在道路导引标识线下铺设RFID卡片，通过车载阅读器读取卡片存储的位置数据信息，实现AGV的全局定位；在工位与停车点的图像标识处安装RFID卡片，通过RFID识别卡片结合图像识别、光电编码器实现AGV小车的精确定点停车。 最后，搭建了AGV实验平台并进行了AGV小车的路径跟踪行走实验与RFID辅助定位实验，并达到了预期效果。实验结果验证了本文提出的导航方式的可行性与视觉导引参数提取的准确性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 本文研究背景及意义

1.2 国内外发展概述与研究现状

1.2.1 AGV国内外发展概述

1.2.2 视觉导航国内外研究现状

1.3 导航方式分类

1.4 主要研究内容与论文结构

1.4.1 主要研究内容

1.4.2 论文结构

第2章 视觉导引AGV系统总体设计

2.1 视觉导引AGV系统导航方式分析

2.2 AGV小车系统结构

2.2.1 车体结构

2.2.2 感知系统

2.2.3 控制系统

2.2.4 驱动系统

2.2.5 通信系统

2.3 本章小结

第3章 图像处理技术的视觉导引算法研究

3.1 AGV路径检测系统综述

3.2 AGV导引偏差参数提取算法设计

3.2.1 导引标识线图像预处理算法研究

3.2.2 导引标识线的图像分割算法研究

3.2.3 基于数学形态学的导引标识线处理算法研究

3.2.4 导引标识线的导引偏差参数提取算法研究

3.3 透视畸变矫正算法研究

3.3.1 摄像机模型

3.2.2 透视畸变矫正算法推导

3.4 本章小结

第4章 AGV路径跟踪控制器设计

4.1 PID控制基本原理

4.2 粒子群算法理论

4.3 AGV运动控制模型

4.3.1 AGV的运动学模型

4.3.2 AGV的控制系统模型

4.4 基于粒子群算法的PID控制器设计

4.4.1 基于粒子群算法的PID控制器参数优化设计

4.4.2 PID控制算法参数整定优化仿真

4.5 本章小结

第5章 RFID全局定位与站点识别

5.1 RFID概述

5.2 基于RFID的AGV定位识别系统设计

5.2.1 RFID系统配置

5.2.2 阅读器安装与标签布局位置

5.2.3 RFID 阅读器软件实现

5.2.4 站点识别与定点停车流程

5.3 本章小结

第6章系统测试与结果分析

6.1 AGV实验平台搭建

6.2 AGV跟踪路径标识线实验

6.3基于RFID的辅助定位实验与分析

6.4 本章小结

总结与展望

研究工作总结

需要进一步研究的问题

致谢

参考文献

攻读学位期间获得的科研成果