本文關(guān)鍵詞：基于UWB的AGV定位系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)　出處：《山東大學(xué)》2017年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：定位技術(shù)是AGV(Automated Guided Vehicle)應(yīng)用技術(shù)的焦點(diǎn),可以說(shuō)是AGV得以應(yīng)用于全時(shí)段完全自主工作的關(guān)鍵技術(shù)。只有知道了自身的位置、物料與障礙物的位置,AGV才能進(jìn)行安全有效的自主運(yùn)動(dòng)。目前,AGV多采用磁條導(dǎo)引、激光導(dǎo)引等技術(shù)進(jìn)行定位,對(duì)環(huán)境配置的要求較高,無(wú)法適應(yīng)復(fù)雜多變的物流倉(cāng)庫(kù)生產(chǎn)環(huán)境。而UWB(Ultra-Wideband)作為一種革命性的無(wú)線通訊技術(shù),除了定位精確、數(shù)據(jù)傳輸高速之外,還具有無(wú)需載波、抗多徑干擾的特點(diǎn),已受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。近年來(lái),UWB技術(shù)變得愈來(lái)愈普及,其相關(guān)設(shè)備的制作成本也愈來(lái)愈低廉。本文在這樣的背景下,研究與設(shè)計(jì)了基于UWB的AGV定位系統(tǒng),該系統(tǒng)不僅可以在靜態(tài)定位與動(dòng)態(tài)定位兩方面同時(shí)滿足定位精確的基本要求而且在有障礙物遮擋的NLOS環(huán)境下仍能定位,并可以達(dá)到較高的定位精度。論文的主要工作內(nèi)容如下:(1)對(duì)基于UWB的定位技術(shù)的定義、特點(diǎn)、原理進(jìn)行了分析,講述了利用無(wú)線的方式進(jìn)行定位的技術(shù)中常用到的TOA、TDOA、AOA與RSSI等方法,對(duì)基于TDOA方法的Fang式、Taylor算法原理進(jìn)行了詳細(xì)介紹。針對(duì)Fang式算法在非視距誤差的影響下定位精度下降明顯的情況,提出了抗NLOS誤差的Fang-Taylor聯(lián)合算法,并結(jié)合定位性能的評(píng)價(jià)指標(biāo),用仿真驗(yàn)證了其有效性。(2)對(duì)AGV定位系統(tǒng)所需的上位機(jī)程序進(jìn)行了設(shè)計(jì),先是對(duì)程序進(jìn)行需求分析,之后針對(duì)其需要的串口數(shù)據(jù)讀取功能、科學(xué)計(jì)算功能、數(shù)據(jù)保存功能和可視化操作功能運(yùn)用C#.net技術(shù)與Matlab混合編程分模塊進(jìn)行了開(kāi)發(fā)。之后對(duì)實(shí)際驗(yàn)證所需的AGV測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行了設(shè)計(jì),分析了 AGV輪系結(jié)構(gòu)的原理與應(yīng)用,介紹了其各組成模塊的功能與參數(shù),為UWB定位系統(tǒng)性能的實(shí)際驗(yàn)證提供了載體。(3)對(duì)實(shí)際驗(yàn)證的環(huán)境進(jìn)行了布局,介紹了各設(shè)備的參數(shù)與位置坐標(biāo)。在實(shí)際驗(yàn)證過(guò)程中,先對(duì)各基站的測(cè)距誤差進(jìn)行了擬合修正,并在測(cè)試平臺(tái)上對(duì)UWB定位系統(tǒng)做了靜態(tài)定位測(cè)試,對(duì)使用優(yōu)化前后定位算法的結(jié)果進(jìn)行了分析。之后通過(guò)實(shí)際測(cè)得參數(shù),對(duì)AGV的動(dòng)態(tài)定位算法進(jìn)行了補(bǔ)償,并在測(cè)試平臺(tái)上做了動(dòng)態(tài)定位實(shí)驗(yàn),同樣對(duì)定位結(jié)果做了分析探討。最后對(duì)基于UWB的定位方式設(shè)計(jì)了導(dǎo)引的流程模式。通過(guò)上述的理論研究與具體設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了AGV高精度、高柔性的定位需求。實(shí)驗(yàn)表明,在動(dòng)態(tài)與靜態(tài)的場(chǎng)景下定位精度均能達(dá)到厘米級(jí),在NLOS誤差影響下也能達(dá)到較高的定位精度,滿足AGV正常行駛與定位需求。
[Abstract]:Location technology is the focus of AGV(Automated Guided vehicle application technology. It can be said that it is the key technology that AGV can be applied to complete autonomous work in the whole time period. Only when we know the position of material and obstacle can we carry out safe and effective autonomous movement. In AGV, magnetic stripe guidance, laser guidance and other technologies are used to locate the position, which requires higher environmental configuration. It can not adapt to the complex and changeable production environment of logistics warehouse. As a revolutionary wireless communication technology, UWBU Ultra-Wideband is not only accurate location, but also high speed of data transmission. It also has the characteristics of no carrier and anti-multipath interference, which has been widely concerned by scholars at home and abroad. In recent years, UWB technology has become more and more popular. The production cost of the related equipment is becoming cheaper and cheaper. Under this background, this paper studies and designs the AGV positioning system based on UWB. The system can not only meet the basic requirements of positioning accuracy in both static and dynamic positioning, but also can locate in NLOS environment with obstacles. The main work of this paper is as follows: 1) the definition, characteristics and principle of positioning technology based on UWB are analyzed. This paper describes the methods of RSSI and RSSI, which are often used in the technology of wireless positioning, and gives the Fang formula based on TDOA method. The principle of Taylor algorithm is introduced in detail. Aiming at the situation that the positioning accuracy of Fang algorithm decreases obviously under the influence of non-line-of-sight error. A joint Fang-Taylor algorithm against NLOS error is proposed, and the evaluation index of location performance is combined. The effectiveness of the program is verified by simulation. (2) the upper computer program for AGV positioning system is designed. Firstly, the requirements of the program are analyzed, and then the serial port data reading function is analyzed. Scientific computing function. The data saving function and visual operation function are developed by using C#.net technology and Matlab mixed programming sub-module. After that, the AGV test platform needed for practical verification is designed. The principle and application of AGV gear train structure are analyzed, and the functions and parameters of each component module are introduced. This paper provides a carrier for the actual verification of the performance of UWB positioning system. It provides the layout of the environment for the actual verification, and introduces the parameters and position coordinates of each equipment. First, the ranging error of each base station is modified, and the static positioning test of UWB positioning system is done on the test platform. After analyzing the results of using the optimized positioning algorithm, the dynamic positioning algorithm of AGV is compensated by the actual parameters, and the dynamic localization experiment is done on the test platform. At last, the guiding flow pattern is designed based on UWB. Through the theoretical research and specific design, the high precision of AGV is realized. The experimental results show that the positioning accuracy can reach centimeter level in both dynamic and static scenes, and the positioning accuracy can be achieved under the influence of NLOS error. To meet the AGV normal driving and positioning requirements.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TP242;TN925

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