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视觉AGV的导引系统研究

作 者: 刘忠强
导 师: 孟文俊
学 校: 太原科技大学
专 业: 车辆工程
关键词: AGV 图像处理 路径跟踪 滑模控制 粒子群算法
分类号: TP391.41
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要


随着现代物流运输行业的迅速发展,越来越多的物流装备也应运而生和发展壮大。AGV作为一种无人操作的智能化物流设备,已被广泛应用到国民经济中涉及物流转运的各行各业。它是融入了机械、计算机技术、控制理论、智能技术、电子学等学科技术的综合智能车辆。自诞生以来,AGV就以其高度智能化、柔性化的特点,引起了国内外许多学者的关注和研究。本文的研究对象是视觉导引AGV,并重点研究了其导引系统。视觉AGV的导引原理是通过视觉系统识别工作环境中预先设置的导引路标,以获取小车与路径的偏差来控制AGV沿着导引路径准确行驶。从工作过程看,导引系统可分为视觉系统、控制系统和驱动系统三部分。具体来说,视觉系统负责获取和处理图像,驱动系统负责小车的行驶和转向,控制系统则是根据路径参数调整小车的行驶状态。对此,本文主要从三个方面进行了研究:(1)在图像处理方面,通过对采集的路径图像每步处理方法进行分析和最优选择,以获得准确的路径中心线,提取出准确的参数,同时也使图像处理达到实时性要求。(2)在运动控制方面,分别对粒子群优化算法和滑模控制方法进行了研究。针对滑模控制的抖振影响,文中提出了一种用免疫粒子群算法优化滑模控制律参数的方法。最后,将优化后的滑模变结构控制方法作为AGV路径跟踪控制策略,并分别对其在直线、曲线和圆周三种路径下进行了仿真,以验证该控制策略的有效性。(3)在硬件设计方面,分别对控制系统、视觉图像处理系统和驱动系统进行了分析和硬件选型。为了使导引系统尽量满足实时性要求,文中设计了一种基于微处理器ARM和数字信号处理器DSP架构的嵌入式控制系统。

全文目录


中文摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-20
  1.1 研究背景及意义  10-11
  1.2 国内外 AGV 研究现状  11-12
    1.2.1 国外研究现状  11
    1.2.2 国内研究现状  11-12
  1.3 AGV 总体结构介绍  12-15
  1.4 AGV 导引方式及特点  15-17
  1.5 本文主要研究内容  17-20
第二章 视觉图像处理算法  20-32
  2.1 引言  20
  2.2 图像滤波  20-23
    2.2.1 图像灰度化  20-22
    2.2.2 图像滤波  22-23
  2.3 图像二值化  23-25
    2.3.1 图像二值化简介  23-24
    2.3.2 Otsu 阀值分割算法  24-25
  2.4 图像细化  25-26
  2.5 路径参数提取  26-30
    2.5.1 Hough 变换基本原理  26-28
    2.5.2 极坐标系下的 Hough 变换  28-29
    2.5.3 路径参数的提取  29-30
  2.6 本章小结  30-32
第三章 免疫粒子群算法  32-46
  3.1 引言  32
  3.2 粒子群算法  32-35
    3.2.1 粒子群算法简介  32
    3.2.2 粒子群算法基本原理  32-33
    3.2.3 目标函数的选择  33
    3.2.4 算法流程  33-34
    3.2.5 粒子群算法参数选取  34-35
    3.2.6 粒子群算法收敛性分析  35
  3.3 粒子群算法存在的问题  35-36
  3.4 免疫粒子群算法  36-41
    3.4.1 免疫机理简介  36-37
    3.4.2 免疫粒子群算法原理  37-39
    3.4.3 算法收敛性分析  39-40
    3.4.4 算法流程  40-41
  3.5 算法验证  41-44
  3.6 本章小结  44-46
第四章 AGV 运动控制策略  46-76
  4.1 引言  46
  4.2 滑模变结构控制简介  46-47
    4.2.1 变结构控制简介  46-47
    4.2.2 滑模变结构控制系统抖振问题  47
  4.3 离散系统滑模变结构控制  47-50
    4.3.1 离散系统滑模控制的描述  48
    4.3.2 准滑动模态的特性  48-49
    4.3.3 离散滑动模态的到达条件  49
    4.3.4 离散滑模控制的不变性  49-50
  4.4 AGV 运动学模型  50-52
  4.5 离散滑模控制律设计  52-54
    4.5.1 趋近律选取  52
    4.5.2 离散滑模控制律设计  52-53
    4.5.3 离散滑模控制系统的抖振分析  53-54
  4.6 免疫粒子群算法优化的离散滑模控制系统设计  54-55
    4.6.1 目标函数设计  54
    4.6.2 免疫粒子群算法优化的离散滑模控制器设计  54-55
  4.7 仿真分析  55-74
    4.7.1 直线路径跟踪  55-62
    4.7.2 曲线路径跟踪  62-68
    4.7.3 圆周路径跟踪  68-74
  4.8 本章小结  74-76
第五章 AGV 导引系统硬件设计  76-90
  5.1 引言  76
  5.2 控制系统硬件设计  76-80
    5.2.1 控制系统硬件架构简介  76-77
    5.2.2 硬件选型  77-79
    5.2.3 I2C 总线简介  79
    5.2.4 控制系统硬件设计  79-80
  5.3 视觉图像系统硬件设计  80-82
    5.3.1 CCD 图像传感器原理  80-81
    5.3.2 CCD 摄像机选型  81-82
    5.3.3 基于 DSP 的视觉图像处理系统硬件设计  82
  5.4 驱动系统硬件设计  82-88
    5.4.1 直流电机的 PWM 调速原理  83-84
    5.4.2 硬件选型  84-87
    5.4.3 驱动系统硬件设计  87-88
  5.5 本章小结  88-90
第六章 结论与展望  90-92
  6.1 结论  90
  6.2 展望  90-92
参考文献  92-96
致谢  96-98
攻读学位期间发表的学术论文目录  98-99

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理(信息加工) > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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