【摘 要】
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有效且低成本的避障功能是衡量仓储物流AGV安全性、经济性的重要指标。针对仓储物流AGV的低成本避障问题,本文提出了一种仓储物流AGV识障与避障软硬件方案,主要研究内容如下:(1)根据仓储环境特点,确定了仓储物流AGV的驱动方式;根据仓储物流AGV的加速时间、最大车速、最大载重等要求,确定了电机及驱动器进行选型;根据仓储物流AGV的续航要求,确定了电池选型;根据仓储物流AGV的避障要求,确定了传感器
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有效且低成本的避障功能是衡量仓储物流AGV安全性、经济性的重要指标。针对仓储物流AGV的低成本避障问题,本文提出了一种仓储物流AGV识障与避障软硬件方案,主要研究内容如下:(1)根据仓储环境特点,确定了仓储物流AGV的驱动方式;根据仓储物流AGV的加速时间、最大车速、最大载重等要求,确定了电机及驱动器进行选型;根据仓储物流AGV的续航要求,确定了电池选型;根据仓储物流AGV的避障要求,确定了传感器方案及并分析了传感器的工作原理。(2)结合仓储物流低成本的要求,设计了一种“超声波+激光”双传感器融合的传感系统硬件方案,并提出了一种基于最近凸点位置自适应调整扫描角度的障碍物轮廓识别策略与方法。传感系统实现了两种传感器的优势互补,其硬件成本仅是激光雷达的20%,且通过障碍物识别策略与方法实现了激光雷达的轮廓识别功能。首先,根据AGV前方所需探测的范围确定了传感系统的布局方案并对超声波测距系统的探测区域进行了离散分析;其次,通过超声波测距系统估算出障碍物最近凸点的位置,根据最近凸点的位置计算出激光传感器所需的扫描角度;最后,将激光传感器的测距与AGV的运动路径结合从而获取一组障碍物轮廓点的距离,计算出的障碍物轮廓点的坐标。另外,本文用基于相对误差最小二乘法对传感器进行了标定,标定后的误差满足使用要求。(3)针对“先规划后平滑”的避障规划方法会改变原始路径的问题,将避障规划问题转化为最优控制问题来求解,在不改变原始路径的情况下实现了运动轨迹的优化与平滑。首先,实现了仓储物流AGV的运动约束、避碰约束、路径通道约束以及两点边界条件的量化,建立了优化问题的约束条件,并以最短避障时间为目标建立了目标函数。其次,基于直接配点法将最优控制问题离散成带约束的非线性规划问题,运用内点法对非线性规划问题进行寻优。最后,通过算例对运动轨迹的优化与平滑结果进行了考证。考证结果显示:在移动和静态障碍物的环境下,基于直接配点法的避障规划均可以成功规划出一条满足AGV运动约束的避障轨迹。(4)通过搭建实验环境对本文的识障和避障策略与方法进行了验证。在障碍物最近凸点的位置识别精度方面,以横、纵坐标平均误差建立评价指标;在障碍物轮廓识别精度方面,以尺寸或位置的识别值与相应的实际值之差的绝对值建立轮廓识别的精度评价指标;在避障运动轨迹规划与平滑方面,基于直接配点法可以在单个和多个静态障碍物环境下成功规划出一条避障轨迹且避障轨迹较为平滑,满足AGV的运动约束。综上,本文提出的仓储物流AGV识障与避障软硬件方案在满足低成本设计要求的同时,既能实现障碍物轮廓、位置的精确识别,又能完成动、静障碍物情况下的避障运动轨迹优化与平滑。
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