单舵轮AGV叉车的激光雷达定位与路径跟踪

作者：姚铭; 段金昊; 邵珠峰^*; 苑韶伦; 苏云州

来源：清华大学学报, 2024, 64(01): 117-129.

DOI：10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.21.022

• 自动引导车(AGV)叉车
• 激光雷达定位
• 路径跟踪
• 比例积分(PI)控制
• Bézier曲线

自动引导车(automated guided vehicle, AGV)叉车是工业领域重要的物料运输装备，其定位精度和路径跟踪精度是提高物料运输效率、工厂自动化及智能化水平的重要基础。该文以医药行业室内结构化环境下的单舵轮AGV叉车为对象，利用基于密度的有噪声空间聚类(density-based spatial clustering of applications with noise, DBSCAN)算法和快速迭代最近点(fast iterative closest point, FICP)算法实现了基于反光柱的激光雷达导航定位，并提出了基于距离的异常点剔除规则，保证定位结果的稳定性及算法的鲁棒性。利用Kalman滤波算法，融合激光雷达、角度传感器和惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)的定位数据，提升了定位精度。对于AGV叉车的路径跟踪问题，建立了比例积分(proportional-integral,PI)控制器，设计了基于三阶Bézier曲线的圆弧路径，并对Bézier曲线的参数进行了优化，避免了曲率突变，提高了路径跟踪精度。实验结果表明，基于DBSCAN和FICP算法的激光雷达定位算法能够实现±3 mm的定位精度，实现了AGV叉车的准确定位；基于Bézier曲线改进后的圆弧路径跟踪误差降低了72%,直线和圆弧路径动态跟踪精度控制在25 mm以内，工作站点的重复定位精度达±12 mm,达到了预期设计要求。

• 单位
  北京诚益通控制工程科技股份有限公司; 摩擦学国家重点实验室; 清华大学