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

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【摘要】：定位技術(shù)是AGV(Automated Guided Vehicle)應用技術(shù)的焦點,可以說是AGV得以應用于全時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才能進行安全有效的自主運動。目前,AGV多采用磁條導引、激光導引等技術(shù)進行定位,對環(huán)境配置的要求較高,無法適應復雜多變的物流倉庫生產(chǎn)環(huán)境。而UWB(Ultra-Wideband)作為一種革命性的無線通訊技術(shù),除了定位精確、數(shù)據(jù)傳輸高速之外,還具有無需載波、抗多徑干擾的特點,已受到國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注。近年來,UWB技術(shù)變得愈來愈普及,其相關(guān)設(shè)備的制作成本也愈來愈低廉。本文在這樣的背景下,研究與設(shè)計了基于UWB的AGV定位系統(tǒng),該系統(tǒng)不僅可以在靜態(tài)定位與動態(tài)定位兩方面同時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,并可以達到較高的定位精度。論文的主要工作內(nèi)容如下:(1)對基于UWB的定位技術(shù)的定義、特點、原理進行了分析,講述了利用無線的方式進行定位的技術(shù)中常用到的TOA、TDOA、AOA與RSSI等方法,對基于TDOA方法的Fang式、Taylor算法原理進行了詳細介紹。針對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)合定位性能的評價指標,用仿真驗證了其有效性。(2)對AGV定位系統(tǒng)所需的上位機程序進行了設(shè)計,先是對程序進行需求分析,之后針對其需要的串口數(shù)據(jù)讀取功能、科學計算功能、數(shù)據(jù)保存功能和可視化操作功能運用C#.net技術(shù)與Matlab混合編程分模塊進行了開發(fā)。之后對實際驗證所需的AGV測試平臺進行了設(shè)計,分析了 AGV輪系結(jié)構(gòu)的原理與應用,介紹了其各組成模塊的功能與參數(shù),為UWB定位系統(tǒng)性能的實際驗證提供了載體。(3)對實際驗證的環(huán)境進行了布局,介紹了各設(shè)備的參數(shù)與位置坐標。在實際驗證過程中,先對各基站的測距誤差進行了擬合修正,并在測試平臺上對UWB定位系統(tǒng)做了靜態(tài)定位測試,對使用優(yōu)化前后定位算法的結(jié)果進行了分析。之后通過實際測得參數(shù),對AGV的動態(tài)定位算法進行了補償,并在測試平臺上做了動態(tài)定位實驗,同樣對定位結(jié)果做了分析探討。最后對基于UWB的定位方式設(shè)計了導引的流程模式。通過上述的理論研究與具體設(shè)計,實現(xiàn)了AGV高精度、高柔性的定位需求。實驗表明,在動態(tài)與靜態(tài)的場景下定位精度均能達到厘米級,在NLOS誤差影響下也能達到較高的定位精度,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.
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP242;TN925

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