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基于SOPC的视觉AGV伺服控制系统研究

作　者: 经坤
导　师: 詹跃东
学　校: 昆明理工大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 视觉AGV SOPC FPGA 伺服控制模糊控制
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

自动导引小车(Automatic Guided Vehicle,即AGV),是自主式移动机器人技术的典型应用,是自动化物流输送系统和柔性制造系统的关键设备,其应用越来越广泛。在AGV的导引技术中,视觉导引方式是具有较大的研究价值和发展潜力。现行的视觉AGV图像处理主要都是利用图像采集卡在PC机上完成,未能实现真正意义上的自主控制。采用的控制器和驱动器主要是单片机、ARM等嵌入式硬件设备,难于满足视觉AGV的智能控制要求。本论文采用大规模、高密度的FPGA和Altrea公司的SOPC(片上可编程系统)嵌入式解决方案来实现视觉AGV伺服控制系统,并且用基于视觉AGV的自主式系统研究的RP6试验车和Cyclone EP1C6Q240C8芯片的开发板进行试验。首先,本论文对视觉AGV伺服控制系统的图像特征提取技术及算法进行了研究,讨论了几种图像分割方法,针对AGV导引图像的特点,选用基于HSI颜色模型的阈值化分割法,并论述边缘、中心线提取与偏差获取的方法。其次,用图像检测系统检测到AGV的位置偏差量和角度偏差量,并采用了模糊控制的控制策略。针对视觉AGV的控制要求提出利用FPGA实现模糊控制器的具体方案,并在QuartusⅡ5.0中成功实现了模糊控制器的设计,且在Modelsim6.0中对模糊控制器进行功能仿真。最后,对AGV伺服控制系统的驱动系统部分进行了设计。针对RP6实验车的特点,设计必要的数字逻辑模块,并根据AGV差速驱动控制原理设计AGV调速控制器。在上述的设计的基础上,用SOPC Builder建立视觉AGV伺服控制系统的驱动系统的硬件部分,用NiosⅡIDE集成环境设计AGV驱动程序,并用Modelsim6.0软件对驱动系统的功能设计进行了仿真分析。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-9
第一章绪论  9-19
  1.1 引言  9-10
  1.2 国内外自动导向小车发展的历史和现状  10-13
  1.3 AGV导引技术简介  13-14
    1.3.1 目前已实际应用的导引技术简介  13
    1.3.2 图像识别导引技术  13-14
  1.4 视觉AGV 伺服控制和FPGA简介  14-16
    1.4.1 视觉AGV伺服控制系统简介  14-15
    1.4.2 EDA技术概况  15
    1.4.3 FPGA简介  15-16
  1.5 本文的研究内容与意义  16-19
    1.5.1 本文的研究内容  16-17
    1.5.2 本文的研究意义  17-19
第二章视觉AGV伺服控制系统图像特征偏差检测  19-37
  2.1 图像处理的基本过程和内容  19
  2.2 图像预处理  19-21
  2.3 图像分割  21-32
    2.3.1 基于边缘检测的图像分割方法  21-23
    2.3.2 基于区域的图像分割方法  23-28
    3.3.3 彩色图像分割  28-32
  2.4 边缘、中心线提取与偏差获取  32-36
    2.4.1 偏差的获取  32-35
    2.4.2 偏差的获取  35-36
  2.5 本章小结  36-37
第三章视觉AGV伺服控制系统控制器及其设计  37-52
  3.1 模糊控制原理和视觉AGV模糊控制器设计过程  37-43
    3.1.1 模糊控制原理  37-38
    3.1.2 视觉AGV模糊控制器设计过程  38-43
  3.2 视觉AGV模糊控制器的FPGA实现  43-47
    3.2.1 输入输出模糊量以及控制规则的存储  43-45
    3.2.2 输入量模糊化  45
    3.2.3 模糊推理  45-47
    3.2.4 解模糊  47
  3.3 视觉AGV模糊控制逻辑结构设计与试验验证  47-51
    3.3.1 AGV模糊控制逻辑结构设计  47-49
    3.3.2 AGV模糊控制器Modelsim仿真测试  49-51
  3.4 本章小结  51-52
第四章视觉AGV伺服控制驱动系统及SOPC实现  52-69
  4.1 SOPC技术简介  52-53
  4.2. 差速驱动系统设计  53-67
    4.2.1. AGV差速驱动原理  53-56
    4.2.2. PWM控制技术的基本原理  56-57
    4.2.3 视觉AGV调速控制系统PWM模块的FPGA实现  57-62
    4.2.4. AGV调速系统驱动电路系统设计  62-64
    4.2.5 光电编码数字逻辑模块的设计  64-67
  4.3 AGV调速系统控制设计  67-68
    4.3.1 直流电机调速系统  67
    4.3.2 AGV调速系统设计  67-68
  4.4 本章小结  68-69
第五章视觉AGV伺服控制硬件构建与软件设计  69-80
  5.1 视觉导引AGV总体结构简介  69-71
    5.1.1 AGV视觉导引硬件体系结构  69-70
    5.1.2 NiosⅡ嵌入式处理器及其开发流程简介  70-71
  5.2 AGV伺服控制系统硬件平台  71-78
    5.2.1 AGV伺服控制系统硬件简介  71-72
    5.2.2 AGV驱动系统SOPC硬件设计  72-75
    5.2.3 AGV驱动系统NiosⅡ软件设计  75-78
  5.3 视觉AGV伺服控制系统驱动系统逻辑仿真验证  78-79
  5.4 本章小结  79-80
第六章总结与展望  80-82
  6.1 研究内容总结  80-81
  6.2 存在的问题和展望  81-82
致谢  82-83
参考文献  83-87
附录攻读硕士学位期间发表的论文  87

基于SOPC的视觉AGV伺服控制系统研究

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