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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。
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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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