基于UWB的AGV定位系统研究与设计

摘要

定位技术是AGV(Automated Guided Vehicle)应用技术的焦点，可以说是AGV得以应用于全时段完全自主工作的关键技术。只有知道了自身的位置、物料与障碍物的位置，AGV才能进行安全有效的自主运动。目前，AGV多采用磁条导引、激光导引等技术进行定位，对环境配置的要求较高，无法适应复杂多变的物流仓库生产环境。而UWB（Ultra-Wideband）作为一种革命性的无线通讯技术，除了定位精确、数据传输高速之外，还具有无需载波、抗多径干扰的特点，已受到国内外学者的广泛关注。近年来，UWB技术变得愈来愈普及，其相关设备的制作成本也愈来愈低廉。
　　本文在这样的背景下，研究与设计了基于UWB的AGV定位系统，该系统不仅可以在静态定位与动态定位两方面同时满足定位精确的基本要求而且在有障碍物遮挡的NLOS环境下仍能定位，并可以达到较高的定位精度。论文的主要工作内容如下:
　　(1)对基于UWB的定位技术的定义、特点、原理进行了分析，讲述了利用无线的方式进行定位的技术中常用到的TOA、TDOA、AOA与RSSI等方法，对基于TDOA方法的Fang式、Taylor算法原理进行了详细介绍。针对Fang式算法在非视距误差的影响下定位精度下降明显的情况，提出了抗NLOS误差的Fang-Taylor联合算法，并结合定位性能的评价指标，用仿真验证了其有效性。
　　(2)对AGV定位系统所需的上位机程序进行了设计，先是对程序进行需求分析，之后针对其需要的串口数据读取功能、科学计算功能、数据保存功能和可视化操作功能运用C＃.net技术与Matlab混合编程分模块进行了开发。之后对实际验证所需的AGV测试平台进行了设计，分析了AGV轮系结构的原理与应用，介绍了其各组成模块的功能与参数，为UWB定位系统性能的实际验证提供了载体。
　　(3)对实际验证的环境进行了布局，介绍了各设备的参数与位置坐标。在实际验证过程中，先对各基站的测距误差进行了拟合修正，并在测试平台上对UWB定位系统做了静态定位测试，对使用优化前后定位算法的结果进行了分析。之后通过实际测得参数，对AGV的动态定位算法进行了补偿，并在测试平台上做了动态定位实验，同样对定位结果做了分析探讨。最后对基于UWB的定位方式设计了导引的流程模式。
　　通过上述的理论研究与具体设计，实现了AGV高精度、高柔性的定位需求。实验表明，在动态与静态的场景下定位精度均能达到厘米级，在NLOS误差影响下也能达到较高的定位精度，满足AGV正常行驶与定位需求。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．1．1 课题研究目的意义

1．1．2 课题来源

1．2 国内外研究现状

1．2．1 室内定位发展现状

1．2．2 UWB定位发展现状

1．3 主要研究内容

第2章 UWB定位技术及理论概述

2．1 UWB定位系统介绍

2．1．1 UWB技术定义

2．1．2 UWB技术特点

2．1．3 UWB定位系统原理

2．2 定位性能评价指标

2．3 无线定位方法概述

2．4 无线定位算法概述

2．4．1 Fang算法

2．4．2 Taylor算法

2．5 本章小结

第3章 AGV定位系统设计

3．1 改进定位算法设计

3．1．1 Fang-Taylor联合算法设计

3．1．2 定位算法性能仿真

3．2 上位机定位系统设计

3．2．1 UWB定位模块介绍

3．2．2 上位机功能需求分析

3．2．3 上位机定位程序设计

3．3 AGV测试平台设计

3．3．1 AGV轮系结构布局设计

3．3．2 AGV组成模块与参数设计

3．4 本章小结

第4章 系统验证与分析

4．1 实验环境布局

4．2 静态定位实验

4．1．1 测距误差拟合修正

4．1．2 静态定位结果与分析

4．3 动态定位实验

4．3．1 动态定位滞后补偿

4．3．2 动态定位结果与分析

4．4 定位导引模式分析

4．5 本章小结

5．1 研究结论

5．2 不足与展望

参考文献

致谢

附录