AGV视觉导航技术与路径规划

摘要

随着我国经济的迅速发展,工业的自动化程度越来越高。自动引导小车(AGV)作为现代生产物流系统的重要组成部分,以其智能化程度高、运行可靠、工作效率高、方便灵活等优点获得了广泛的应用。采用视觉引导的AGV与其它传统的引导方式相比,具有柔性好、鲁棒性强、抗干扰、对多工位和分支线路容易识别等特点,应用前景非常广阔。在整个AGV系统中先进可靠的导航和路径规划技术是提高其工作效率和安全性的关键,所以本文从AGV的关键技术入手,分别对视觉导航控制和路径规划进行分析研究。
　　主要内容有:
　　(1)建立自动引导小车的运动学模型和小车控制系统的状态方程,为视觉导航和控制器的设计打下数学基础。并根据AGV的组成和工作原理设计软硬件系统;
　　(2)建立自动引导小车的摄像机模型,重点对导航图像的处理算法进行研究。采用中值滤波算法对导航图像去噪,利用拉普拉斯高斯算子对图像进行分割并仿真验证。在导引线的识别方面对比分析最小二乘法、模板匹配法和Hough变换法的优劣,并用模糊控制器进行参数反馈提高引导线识别质量的稳定性;
　　(3)设计自动引导小车的导航控制器,利用建立好的小车状态方程对目前AGV常用的最优控制器进行仿真,提出最优控制等常规控制存在的不足。考虑到自动引导小车的实际情况,引出模糊控制的概念并根据小车的运动规律设计出模糊控制器,经仿真实验证明了模糊控制器相比常规控制器能够在大偏差情况下迅速纠偏,实现了小车在复杂情况下对路标的跟踪;
　　(4)根据人工势场法的基本思想,建立传统势场法的数学模型,分析其存在的问题并优化斥力场函数。在现有的研究基础之上提出切向斥力的概念,经仿真验证该方法成功的解决了传统势场法存在的问题,取得了良好的效果。

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第一章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 AGV的发展状况和应用

1.3 AGV的关键技术

1.4 本论文的主要研究内容

第二章 自动引导小车数学模型和系统结构

2.1 自动引导小车运动学模型

2.2 小车控制系统的状态方程

2.3 自动引导小车系统结构

2.4 本章小结

第三章 自动引导小车视觉导航

3.1 实时图像处理系统的组成

3.2 坐标变换及摄像机模型

3.3 图像滤波

3.4 图像分割

3.5 引导线识别

3.6 引导线识别质量的自适应优化

3.7 本章小结

第四章 自动引导小车视觉引导控制器设计

4.1 自动引导车最优控制器的设计

4.2 自动引导车模糊控制器的设计

4.3 本章小结

第五章 自动引导小车路径规划

5.1 人工势场法基本思想

5.2 势场法模型及目标不可达问题

5.3 人工势场法的优化

5.4 基于切向斥力法的路径规划仿真

5.5 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢