（信号与信息处理专业论文）基于地图的自动导向车路径优化.pdf

subject : path optimization of automatic guided vehicle based on map specialty : signal and information processing name : yuan yiqian (signature) instructor : hou yuanbin (signature) abstract automatic guided vehicle is the key equipment of modern logistics system, automatic guided vehicle domain involves two key technologies which are position orienting and obstacle avoidance path optimization. referring to position orienting, there are electromagnetic orientation, sonar guidance, laser guidance, inertial guidance and so on. in the domain of path obstacle-avoidance optimum algorithm can be divided into global optimization algorithms such as genetic algorithm, the ant colony algorithm, particle swarm algorithm, etc. local optimization algorithms are as the fuzzy control algorithm, artificial potential field method, etc. based on the introduction and analyzation to external and internal structures of automatic guided vehicle in xian university, regarding to weak problems of its strain and localization in static scene, a kind of automatic emergency obstacle-avoiding control method is put forward which uses fuzzy control and the joint of gyroscope and electronic compass. this method uses gyroscope and electronic compass for positioning by kalman filtering data fusion method, and designs emergency obstacle avoidance method with the fuzzy control algorithm. simulation result shows that this method can realize emergency obstacle avoidance of automatic guided vehicle. algorithms are studied deeply through analyzing the advantages and disadvantages of the the two algorithms. combining with the advantages of the two algorithms, a path optimization algorithm is put forward which fuses particle swarm algorithm and ant colony algorithm. this algorithm firstly establishes link chart as the motion space model. based on this,an improved ant system for the fastest convergence which setting certain account of circulation is used to get a optimal path rapidly.then a kind of particle ants information communication method is used.renewing the pheromone, thereby optimal path is gotten. simulation result shows that, even in the complex environment, this algorithm can also have an optimization accurate effect as ant colony algorithm and rapid convergence advantage of particle swarm algorithm to plan a global optimal security obstacle-avoidance path. finally,the path optimization is used in the map database. the algorithm is practiced in the vehicle,and optimization control software is designed.the path optimization effect will be realized in the operation of the vehicle. keywords : robot, path planning,agv, ant colony algorithm, particle swarm algorithm thesis : application research 目 录 第 1 章 绪论 . 1 1.1 自动导向车的研究背景 . 1 1.1.1 轮式机器人概况 . 1 1.1.2 agv 的研究意义 . 2 1.2 自动导向车的发展现状和趋势 . 3 1.2.1 国外发展状况 . 3 1.2.2 国外技术发展趋势 . 3 1.2.3 国内发展现状 . 4 1.2.4 国内发展趋势 . 5 1.3 本文工作及结构安排 . 6 第 2 章 自动导向车硬件系统 . 7 2.1 agv 的硬件技术描述和分类 . 7 2.2 agv 的结构组成和相关硬件技术 . 7 2.2.1 agv 的结构 . 8 2.2.2 agv 的定位导向和避障系统 . 9 2.2.3 agv 的控制技术 . 10 2.3 小结 . 12 第 3 章 多传感器融合定位与避障 . 13 3.1 agv 的传感器研究 . 13 3.1.1 agv 数学电子罗盘的选择和参数操作 . 14 3.1.2 传感器定位导向测试 . 15 3.2 agv 定位设计 . 18 3.3 紧急避障设计 . 20 3.4 仿真结果与分析 . 23 3.5 小结 . 24 第 4 章 自动导向车路径优化核心算法设计 . 25 4.1 蚁群算法的研究 . 25 4.1.1 蚁群算法的基本原理 . 25 4.1.2 蚁群算法的程序及流程 . 27 4.1.3 蚁群算法特性分析 . 30 4.2 粒子群算法的研究 . 32 4.2.1 粒子群算法的基本原理 . 32 4.2.2 粒子群算法的原理和程序流程 . 32 4.2.3 粒子群算法的参数分析 . 35 目 录 4.2.4 两种算法的优缺点分析 . 35 4.3 基于粒子蚁群算法的自动导航车路径优化 . 37 4.3.1 环境描述与建模 . 38 4.3.2 修改的蚁群算法路径较优化 . 38 4.3.3 仿真研究 . 42 4.4 小结 . 44 第 5 章 自动导向车的软件系统设计与实验 . 45 5.1 软件的整体设计梗概 . 45 5.2 agv 软件编程环境 . 46 5.3 agv 的驱动控制系统软件设计 . 47 5.3.1 数据管理层设计 . 48 5.3.2 驱动程序层研究 . 48 5.3.3 控制执行层设计 . 52 5.4 agv 主体软件设计 . 55 5.5 实验结果 . 57 第 6 章 结论 . 59 6.1 总结 . 59 6.2 展望 . 59 参考文献 . .60 致 谢 . 64 第 1 章 绪论 1 第 1 章 绪论 随着科技的发展，机器人学作为一门新兴学科得到了快速的发展。作为机器人一个 重要分支，移动机器人是一门涉及到计算机、自动控制、人工智能、电子技术和机械工 程等多个学科的综合性学科1。在机器人众多应用领域中，物流业成为了机器人的一个 重要应用领域，促进了机器人的发展。当今经济处于飞速发展时期，经济本质就是流动 问题。物流的最直接的含义是物质实体从供给者向需求者的物理性移动。物流既存在于 流通领域，也存在于生产领域，可以说是无处不在。从而物流产业已被认为是国民经济 发展的命脉和基础产业，其发展程度是衡量一国现代化程度和综合国力的重要标志2。 自动导向车（automatic guided vhicle）简称 agv，是一种自动化物料搬运移动机 器人,它具有自动化程度高、应用灵活、安全可靠、无人操作、施工简单及维修方便等诸 多优点，因而广泛应用于汽车制造业、烟草行业、工程机械行业、机场等物资运输场所， 它对于提高生产自动化程度和生产效率有着重要意义3。 为了更全面的了解自动导向车的发展， 本章系统而详细得介绍自动导向车的研究背 景和国内外发展现状。 1.1 自动导向车的研究背景和研究意义 agv 属于轮式移动机器人，是以电池为动力源的一种无人自动操纵行驶的工业车 辆。轮式机器人是集多学科的光机电信息为一体的高技术系统工程。agv 作为成型的 一种轮式机器人的研究分支，agv 具有很多方面的研究意义4。 1.1.1 轮式机器人概况 国外移动机器人的研究开展较早， 始于 20 世纪 60 年代末期。 斯坦福研究院在 1966 年至 1972 年中开发出了名为 shakey 的移动机器人。目的是研究应用人工智能技术， 在复杂环境下机器人系统的自主推理、规划和控制。它装有视觉、距离和碰撞传感器， 图像处理和任务规划有远程计算机进行处理，二者间由无线电通信连接。 轮式机器人作为一个人类科技的主体发展方向，近百年的时间，完全可以分为二个 阶段：第一个阶段是“示教再现型”，机器人只能根据事先编好的程序来工作，这时它就 是一种搬运的工具，不懂得如何处理外界的信息。只是用人来控制，就像遥控玩具车一 样。第二个阶段“感觉型”。就是给轮式机器人增加了各种传感器。来采集外部信号。好 像有了感觉神经，具有了触觉、视觉、听觉、力觉等各方面的功能，这使得它可以根据 外界的不同信息做出相应的反馈。当今重要的研究方向是作为未来发展的第三个阶段， “智能型”。而且日趋完善。机器人不仅具有多种技能，能够感知外面的世界，而且它还 西安科技大学硕士学位论文 2 能够不断自我学习，用自己的思维来决策该做什么和怎样去运动。怎么样找出最优路线 和识别障碍物。 轮式机器人的发展可谓十分迅速。 应用的领域已经非常广泛， 为了适应于各个领域， 无论是自动导向车的驱动形式、车体模型、控制算法还是引导介质，都经历了一个逐步 的发展过程。从技术的发展看，主要是从固定线路向可调整线路、从简单车载单元向复 杂系统计算机控制、从原始的段定点期通讯到先进的实时通讯、从落后的现场控制到先 进的远程图形监控等方向发展；从应用领域的发展看，民用上大多讲究低端，能够大批 量装配且维修费低廉， 主要是从较为集中的机械制造、 加工、 装配生产线向自动化生产、 物料搬运、物品仓储、商品配送等行业发展5。 1.1.2 agv 的研究意义 agv 是现代物流系统的关键设备，它对于提高生产自动化程度和生产效率有着重 要意义6。 目前,agv 欧洲以激光导向技术为主流,美国以惯性导向技术为主流。我国 agv 至 今尚未形成有规模的产业化，因而未能普遍推广，其主要原因就是价格居高不下。主要 应进行多品种、多领域、低成本的 agv 开发。低成本 agv 的实现途径是：推出低成 本的机型，如惯性导向技术，元器件的国产化，软件的国产化等。 总体上，agv 涉及到定位导向和车避障路径规划两种关键技术： 其一， agv 的定位的核心技术是自动导向技术。 agv 的导向技术可分为激光导向、 惯性导向、图像识别导向、gps/gis 导向。这些都与航空、航天、航海、导弹等军工相 关或相近。这些技术有相当的技术难度、高度和深度。所以从世界 agv 主流技术的发 展趋势来看，军用气动、电动、磁浮陀螺组成的惯性平台,其价格、寿命、可靠性令民用 产品敬而远之。至今，压电晶体陀螺的价格只需一千美元,寿命可达 10 年免维护，一个 rfid标签也只需几十美分， 惯性导向与标签相结合的技术有较大应用前景。 所以对agv 系统引导技术的研究意义重大，惯性引导技术发展前途人所共见。在研究惯性引导技术 基础上，本文提出了结合运用陀螺仪、超声波和电子罗盘多传感器融合引导 agv。 其二，在基础硬件架构准确定位和控制的基础上，软件方面的路径寻优算法在提高 机器人智能方面，变得尤为重要。优化算法可分为全局优化算法和局部优化算法。本实 验室导向车作为运载移动机器人，运用场合多在静态场景，应用于静态场景中的全局路 径优化算法相对于应用于动态场景中的全局，其稳定性和有效性都是相对较高。所以本 文着重研究全局优化算法，提出了一种粒子群算法和蚁群算法融合的路径优化算法。 第 1 章 绪论 3 1.2 自动导向车的发展现状和趋势 1.2.1 国外发展状况 agv 在国外出现的很早，发展历史也比较长。1913 年美国福特汽车公司将有轨引 导的 agv 代替输送机用于底盘装配上。1953 年美国 barrett electric 公司制造了世界上 第一台采用埋线电磁感应方式跟踪路径的自动导向车。直到 20 世纪 60 年代和 70 年代 初，agv 仍采用这种导向方式。1955 年，在英国首先出现了把 agv 系统用于实用的 生产线上。1959 年，在美国首次出现了把 agv 用于自动化仓库中。1973 年瑞典 volvo 公司在 kalmar 轿车厂和 skovde 发动机厂都采用了上百台 agv 进行装配 作业。1982 年，德国出现了世界上第一台无人叉车。1983 年，欧洲安装了 330 台各种 形式的 agv 系统，而使用的 agv 则多达 3900 多台。到了 1990 年，瑞典 ndc 公司 开发了第四代 agv 控制系统激光导向系统。 2000 年比利时 egmin 公司推出了激光导 向与惯性导向、 激光测角与测距相结合的导向控制技术。 到目前为止全世界已拥有 agv 系统 15000 多个，约 100000 辆 agv 车。同年海尔集团投产运行的开发区立体仓库中, 用9台agv组成了一个柔性的库内自动搬运系统,成功地完成了每天23 400件出入库货 物和零部件的搬运任务。2008 年以日本为代表的简易型 agv 技术作为主流，或只能称 其为 agc（automated guided cart），该技术追求的是简单实用，极力让用户在最短的 时间内收回投资成本，这类 agv 在日本和台湾企业应用十分广泛，从数量上看，日本 生产的大多数 agv 属于此类产品（agc）。2010 年以欧美国家为代表的全自动 agv 技术成为主流，这类技术追求 agv 的自动化，几乎完全不需要人工的干预，路径规划 和生产流程复杂多变，能够运用在几乎所有的搬运场合。 1.2.2 国外技术发展趋势 目前，国外对 agv 的研究进入了智能化和多样化发展阶段，其关键技术研究的趋 势主要集中在以下两个方面： 1) 导向和定位技术 日本松下电器产业公司 2002 年研制的家庭用吸尘机器人。该机器人可以根据房间 的形状、地板状况、垃圾量进行自动扫除，具有避开墙壁、炉子等障碍及热源的安全功 能，可边自动行走进行清扫。工作时，首先会沿房间四周走一圈记忆房间形状。然后， 会在避开障碍物的同时开始往复运动，清洁工作完成后会自动停止。该机器人配备有多 达 50 个传感器。从而成为自动导航机器人进入了人类生活的里程碑，在单一传感器技 术精度壁垒的情况下，为进一步提高轮式机器人的智能水平和适应能力，多种传感器的 使用及多传感器融合算法成为了研究的前沿方向7。 西安科技大学硕士学位论文 4 2) 控制算法 在 agv 领域，路径优化算法分为传统优化算法和仿生优化算法。传统优化算法如： 模糊控制算法，人工势场法等等。仿生算法从被提出开始，在路径优化领域就显示了强 大的生命力，众多仿生算法被提出，例如：遗传算法(genetic algorithm)简称 ga，是由 美国 michigan 大学的 john h. holland 教授创建的；蚁群优化算法（ant colony optimization）简称 aco，由意大利学者 m.dorigo 等人于 1991 年首先提出；粒子群优 化算法 （particle swarm optimization） 简称 pso， 在 1995 年首先由 kennedy j 和 eber-hart rc 提出。 目前， 众多专家对仿生算法进行融合改进并做出很多研究成果： 2009 年 dreo.j 等将群体智能概念引入到蚁群优化（aco）算法中，增加了对困难的优化问题进行处理 的可能性8； 2010 年 santos,lu s 提出了一种基于元启发式的蚁群优化算法， 修改了各组 分的蚁群启发方式， 特别是那些与之关联的“初始种群”、 “蚂蚁决策规则”和“局部搜索程 序”， 并应用到七个测试标准测试的网络规划生产圆弧路径问题9; 2011 年 tsai chi-yang 等提出了一种基于粒子群优化的新算法，选择性再生粒子群优化(srpso)。它包含了两 个新的特点即不平衡参数的设置及粒子更新操作，并应用到数据聚类的问题上10。从此 看出，各类智能算法都被改进且应用到各种领域，得到了急速的发展。 1.2.3 国内发展现状 我国自动导向车技术起步相比国外来说要晚五十年，但具有技术引进优势，发展迅 速。现在，国内发展趋势为：冲破国际技术壁垒，降低 agv 技术成本，加快 agv 技 术的推广应用。在从国外引进方面：1980 年上海石化总厂为涤纶长丝作业从曰本大福 公司引进了国内第一套 agv； 1996 年玉溪卷烟厂引进韩国三星 52 辆电磁导引 agv。 自九十年代后，由于引进成本较高和我国技术趋于成熟，我国剧烈减少 agv 国外引进 量。其实，在 60 年代，北京起重运输机械研究所、清华大学、中国科学院沈阳自动化 所、大连组合机床研究所和国防科技大学等都在进行不同类型的 agv 的研制并小批投 入生产。虽然技术较为落后，但是走出国产 agv 的第一步。在 1975 年，北京起重运输 机械研究所设计出我国第一台能够双向无线电通信的 agv， 从而使得 agv 能够系统协 作运行。在 1988 年，原邮电部北京邮政科学技术研究所研制了邮政枢纽 agv，走出了 agv 走入邮政这一重要物流领域第一步。在 1991 年，沈阳自动化所为沈阳金杯汽车厂 生产了 6 台 agv 用于装配线上，成为了能够用于实际生产中的成熟 agv 技术先导。 清华大学独自研制的“自由路径自动导向 agv”属于固定路径导引的类型，在路径跟踪 研究方面具有较高的水平把我国 agv 技术又推近国际水平。1996 年度将搬运型 agv 系统技术出口韩国三星公司，实现了首次高科技出口。21 世纪后，agv 技术已经趋于 成熟，我国越来越多的工厂、科研机构采用 agv 为汽车装配、大型军械仓库、自动化 仓储系统服务国内研究动态11-13。 第 1 章 绪论 5 总体来说，虽然我国 agv 技术发展较为迅速，在 agv 某些技术领域我国能达到 国际水平，但是目前 agv 应用在中国还处于起步阶段市场需求量不大，而且主要应用 领域与国外有很大不同。国内烟草行业由于利润丰厚，是 agv 应用最早、最多的领域， 约占 agv 销售总量的 50%左右。金融行业包括金库、印钞厂、造币厂等由于保密，系 统严密等特殊环境也开始应用 agv，而且呈现增长势头。汽车装配、邮政报刊分拣输 送、大型军械仓库、自动化仓库系统都实现了 agv 的实用化。到目前，中国科学院沈 阳分院成功开发的自动导向车（agv）和自动导向系统（agvs）主要用于汽车等生产 线，实现动态装配，可提高装配线的自动化水平，在中国汽车生产总线上首次使用具有 自主版权的 agv 产品和系统。沈阳金杯客车有限公司总装车间有 9 台 agv 构成的发 动机、后桥、油箱装配夫环线，已经投入生产运行两年。该 agv 具有自动动态跟踪、 提升、定位、装配功能，以达国际先进水平。且获得多项专利，如双举升载人自动装配 导向车、双倍行程举升装置等。运用该产品及系统技术可大大提高总装生产线动态装配 的自动化程度，减少设备投资及提高生产效率。以金杯客车制造有限公司的 9 台 agv 应用工程为例，据估算，一台 agv 国产价格要比进口的便宜 20 万元人民币，应用工程 系统的设计调试技术费的差额更大。到目前为止，绝大多数商业化 agv 均采用磁导航 方式和激光导航，虽这些导航技术已成熟，但其成本高，改造和维护困难。而越来越受 到人们注的惯性导航技术随着压电晶体陀螺的价格下调，惯性导引与 rfid 标签相结合 的技术有较大应用前景。 1.2.4 国内技术发展趋势 理想的 agv 是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于 一体的综合系统。我国也对轮式机器人进行了广泛的研究，但因起步较晚，较局限于理 论性研究14。 目前的主要研究内容包括有： 1) 轮式机器人的智能导向和定位技术研究： 导向和定位系统结构设计、多传感器信息融合导向和定位方法研究、传感器技术研 究、模糊逻辑的推理方法用于移动机器人导向的研究等等。多传感器信息融合技术是其 中的一个重要趋势，众多专家对其进行研究，比如：王檀彬,陈无畏等针对在视觉导航标 志线跟踪的智能车辆上加超声波传感器进行避障， 提出了用 d-s 证据理论和模糊处理的 方法对多个超声波传感器的信息进行融合，包括了超声系统的建模和信息的融合15；柯 常忠,张勇波综合考虑自动引导车(agv)视觉导引控制的技术要求和特点，实现 agv 视 觉导引控制的计算机图像处理系统 16。 2) 系统控制软件算法研究： 主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建 西安科技大学硕士学位论文 6 模和规划、 群体行为控制等方面进行研究。 仿生算法刚被提出， 就体现了强大的生命力， 使得目前机器人研究进入一个崭新领域。众多专家提出了很多积极的研究成果，比如： 2009 年，曹有辉等针对粒子群算法在优化过程中容易发生“早熟”收敛，使优化陷入局部 极小值。所以通过引入模拟退火算法、“交叉算子”和“变异算子”结合粒子群算法，提出 一种新的改进粒子群优化算法来解决 agv 全局路径规划问题17。罗德相等提出基于粒 子群的人工鱼群混合优化算法， 该算法综合利用人工鱼群算法的良好全局收敛性和粒子 群算法的局部快速收敛性、易实现性等优点，克服人工鱼群算法收敛速度慢及粒子群算 法后期全局收敛差的缺点，发挥了两者的优越性，并成功应用于求解具有变量边界约束 的非线性的复杂函数优化问题和求解复杂化学方程根的问题18。 李克东等针对移动机器 人规避障碍和寻找最优路径问题，提出了在全局路径规划中，用改进蚁群算法规划初步 全局优化路径；局部避障规划是在跟踪全局优化路径的过程中，通过基于滚动窗口的环 探测和碰撞预测，对动态障碍物实施有效的局部避碰策略，从而是机器人能够安全顺利 的到达目标19。 1.3 本文工作及结构安排 第一章： 阅读大量的移动机器人和自动导向车的相关知识领域的中英文资料及参考 文献，偏重研究多传感器技术和控制算法理论，概括自动导向车国内外发展状况与发展 趋势，阐述了自动导向车发展和研究的重要意义。 第二章：主要分析研究了自动导向车的结构组成、本论文的实验平台以及车在实际 中的应用。着重阐述本文应用的传感器部件的产品性能和参数原理。 第三章：在分析自动导向车的一般组成和自动导向车的方位确定问题的基础上，提 出了一种基于模糊控制并且联合运用陀螺仪和电子罗盘的基层自动紧急避障控制方法， 并进行仿真实验。 第四章：在对蚁群算法和粒子群算法两种路径优化算法进行分析比较的基础上，提 出了一种粒子群算法和蚁群算法融合运用到路径规划中的方法，并做了仿真实验。 第五章：利用 vc+编程环境编程，设计了导向车的控制软件及其控制界面，分别 为地图存储读取程序、地图数学模型建立程序、导向车控制软件等。使车在运动时实现 路径优化中的避障功能。 第七章：总结了本文的主要研究成果，并提出了后续研究方向。 第 2 章 自动导向车硬件系统 7 第 2 章 自动导向车硬件系统 该自动导向车属于西安科技大学机电与信息学科群实验室。机器人路径规划实验完 全建立在自动导向车实体的基础上。 首先介绍自动导向车的外形、 内部结构及使用说明。 然后分析并阐述导向车的导向介质。最后以导向车在立体仓库中的应用为例，说明导向 车在实际中的应用。 2.1 agv 的硬件技术描述和分类 根据不同的分类标准，agv 可分为很多种。下面就简述几种不同的分类方法： 按其导向方式 电磁导向： 在地面沿预先设定的行驶路径埋设电线,当高频电流流经导线时,导线周围 产生电磁场进行方向引导;激光导向： 在 agv 上安装可旋转的激光扫描器,同时在运行路 径沿途的墙壁或支柱上安装有高反光性反射板的激光定位标志进行引导；视觉导向： agv 行驶过程中,通过 ccd 摄像机和传感器动态获取车辆周围环境图像信息并与已经 建立的数据库进行比较,从而确定当前位置并对下一步行驶做出决策； 等等。 本文实验车 辆为惯性导向方式，通过陀螺仪测量惯性差角进行方向引导19。 按用途和结构 承载式：其自身具有载货能力；牵引式：自动拖车又称自动牵引车,自身不具有承载 能力,主要用于牵引运载车辆的运行,类似于火车的车头；叉车式：装载时可用发动机进 行货物装载；等等。本文实验车辆为装载式车辆。 按驱动方式 双轮驱动：如正常车辆一般；差速驱动：可以进行速度调整；全方向驱动：车辆安 装万向轮几个轮子都可以进行驱动。本文实验车辆属于全方向驱动。 2.2 agv 的结构组成和相关硬件技术 本文研究的对象是自动导向车， 研究的目的是路径优化算法基于随机地图的具体实 现。技术路线是在深入研究陀螺仪、电子罗盘和超声波传感器等基础结构的基础上，运 用 vc+语言，实现随机地图软件的设计，有效的融合粒子群算法和蚁群算法并运用在 路径优化中。其中基础结构论述着重介绍传感器部件参数性能及其原理。 西安科技大学硕士学位论文 8 2.2.1 agv 的结构 图 2.1 自动导向车（agv）实物图 图 2.2 agv 内部结构图 本文研究的 agv 由车体、蓄电和充电系统、驱动装置、车载计算机、超声波传感 器和车体定位系统等组成。实物图如图 2.1 和 2.2 所示。 agv 在结构上类似于有人驾驶车，只不过它的行驶是在车载微电脑的控制下完成 的。对目的地和道路的选择是通过编程或由上位机的控制来实现的。agv 的结构框图 如图 2.3 所示。 工控机 一体化运动 控制卡 usb无线网卡 车载显示器 usb数据采集 卡 电子罗盘 陀螺仪 超声波传感 器 光电开关 图 2.3 agv 的结构框图 （1）车体 车体由车架和相应的机械电器结构如减速器、电机、车轮等所组成，它是 agv 的 基础部分。本文研究的运载车采用了四万向轮作为运动机构，它可以在平面上无需转弯 向任何一个方向快速移动。车体的四个方向部分还各安装安全挡圈，超声波传感器和接 第 2 章 自动导向车硬件系统 9 近开关。 （2）蓄电和充电 agv 采用 48v 直流工业蓄电池电能为动力。蓄电池供电应达到额定的安培值，一般应 保证 8h 以上的工作需要。 （3）驱动装置 驱动 agv 运行并具有速度控制和制动能力的子系统称为驱动装置。运载车由车轮、 减速器、制动器、电机及速度控制器等部分组成。 （4）车载计算机 它类似于机器人控制器，用以对 agv 进行监控或发出指示命令。 （5）超声波传感器和接近开关 agv 的运行中，安全问题是一个十分重要的问题。既要实现对 agv 的保护，又要 实现对人，或对其它地面设备的保护。运用超声波传感器进行障碍探测，根据所接触反 射回来的超声波可测出障碍物之间距离。当此距离小于某一特定值时，接近开关作用使 运载车向远离障碍物的方向前进，实现避障功能。 （6）车体定位系统 agv 采用电子罗盘、微陀螺仪以及光电编码器综合定位，可以较准确的进行定位， 有效减少误差。agv 的定位精度主要取决于 agv 的导向定位技术。本 agv 主要采 用惯性导向技术进行 agv 自动导向定位。它具有技术先进，灵活性强，便于组合及柔 性极好的特点。 2.2.2 agv 的定位导向和避障系统 agv 导向技术是多样化和多元化的，因为自动导向车的性能应该能适应更复杂的 工作环境。agv 的导向方式有很多，目前，以采用的主要传感器为分类原则：电磁感 应技术、红外检测技术、超声检测技术、光反射检测技术、惯性导向技术、视觉传感技 术，电子罗盘技术等。 其中应用时间最早的电磁导向方式发展的较为成熟，它具有实用、价廉、可靠性高 等诸多优点，但是也有维修价格高，对场所要求高等诸多缺点。在地面沿预先设定的行 驶路径埋设电线,当高频电流流经导线时,导线周围产生电磁场,agv上左右对称安装有2 个电磁感应器,它们所接收的电磁信号的强度差异可以反映 agv 偏离路径的程度。其中 电磁感应器是其传感器部件。 相比之下视觉导向技术对场所要求不高，但是它们存在着价格昂贵适合高端领域、 技术尚不成熟等缺点。该方式在车载计算机中设置有 agv 欲行驶路径周围环境的图像 数据库。 agv 行驶过程中,通过 ccd 摄像机和传感器动态获取车辆周围环境图像信息并 与数据库进行比较,从而确定当前位置并对下一步行驶做出决策。 其中， 摄像头是其传感 西安科技大学硕士学位论文 10 器部件， 高额的摄像头配置价格和信息采集费用使其不能在民用上得到更广泛的应用和 发展。 本文所用的实验车辆，具有超声波传感器、陀螺仪和电子罗盘技术的硬件支撑，涉 及到以下三个方面的技术： 超声避障检测技术 移动机器人的避障技术发展较为迅速，避障方法主要有超声波传避障、视觉避障、 红外传感器避障、激光避障、微波雷达避障等。目前，在低成本领域超声波避障因实现 方便、 计算简单、 易于做到实时控制和在测量精度方面能达到实用的要求,因此成为常用 的避障方法。 超声测距一般采用渡越时间法。通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回 波的时间,在已知超声波声速的前提下,可计算出其距离21。 惯性导向技术 陀螺仪是