(西安工程大學(xué) 電子信息學(xué)院，陜西 西安 710048)

紡織業(yè)作為傳統(tǒng)勞動(dòng)密集型行業(yè)的一個(gè)重要門類，面臨著向智能化生產(chǎn)深度轉(zhuǎn)型的任務(wù)。在勞動(dòng)力成本上升、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的條件下，國(guó)內(nèi)大多數(shù)仍處于低端生產(chǎn)階段的紡織企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)也必然要依靠智能化技術(shù)裝備的應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前，紡織業(yè)中機(jī)器人一般被用來(lái)實(shí)現(xiàn)工序切換或者物料補(bǔ)給[1]。為減少精梳棉車間內(nèi)棉卷由人工搬運(yùn)的用工量，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，企業(yè)在積極尋求棉卷自動(dòng)搬運(yùn)的解決方案[2-3]，一些企業(yè)開始采用傳統(tǒng)AGV(Automated Guided Vehicle,自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸)搬運(yùn)物料。但傳統(tǒng)AGV的導(dǎo)航方式都有一定局限性[4-6]。電磁導(dǎo)航需要在預(yù)先設(shè)定的行駛路徑埋設(shè)導(dǎo)引金屬線，不但需要設(shè)備成本，而且提高了場(chǎng)地成本[7-9]；視覺導(dǎo)航方案對(duì)光照和陰影敏感、運(yùn)算負(fù)荷大，實(shí)際應(yīng)用效果不佳[10-11]。激光雷達(dá)的導(dǎo)航精度高、技術(shù)成熟，能夠適應(yīng)多種現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境[12-15]。

精梳棉車間因設(shè)備眾多、人員走動(dòng)導(dǎo)致工作環(huán)境復(fù)雜。為適應(yīng)精梳棉車間的生產(chǎn)工序，同時(shí)降低布線以及車間場(chǎng)地等成本，本文采用避障技術(shù)、路徑規(guī)劃技術(shù)以及視覺二維碼識(shí)別定位技術(shù)，研制了無(wú)軌自主導(dǎo)航式精梳棉車間運(yùn)輸機(jī)器人。機(jī)器人在車間內(nèi)實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃以及避障，自主到達(dá)條并卷機(jī)前指定位置，等待條并卷機(jī)輸出棉卷后，自動(dòng)將棉卷搬運(yùn)到精梳棉機(jī)前預(yù)置位，代替人工實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用于生產(chǎn)工序棉卷搬運(yùn)。在運(yùn)輸工序中，移動(dòng)機(jī)器人本體需要在5 cm的誤差范圍內(nèi)精確定位于精梳棉機(jī)前，以確保棉卷能在精梳棉機(jī)的機(jī)械機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)安全、順利地被自動(dòng)放置到移動(dòng)機(jī)器人車體頂部，因此高精度的精梳棉機(jī)前定位是機(jī)器人完成棉卷運(yùn)輸任務(wù)的關(guān)鍵。

1 精梳棉車間生產(chǎn)工序簡(jiǎn)介

通常，精梳棉車間固定配備1臺(tái)條并卷聯(lián)合機(jī)與6臺(tái)精梳棉機(jī)。條并卷機(jī)每3 min輸出一個(gè)棉卷，一臺(tái)精梳棉機(jī)同時(shí)加工4個(gè)棉卷，因此要求車間里至少有2臺(tái)運(yùn)輸機(jī)器人。1臺(tái)運(yùn)輸機(jī)器人在條并卷機(jī)前等待輸出4個(gè)棉卷，共需要12 min，與此同時(shí)，另外1臺(tái)運(yùn)輸機(jī)器人要把上一批4個(gè)棉卷運(yùn)輸?shù)叫枰蘧淼木崦迿C(jī)處，并保證在當(dāng)前機(jī)器人離開時(shí)，回到條并卷機(jī)前。本棉卷自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)中，條并卷機(jī)為6臺(tái)精梳棉機(jī)供應(yīng)加工棉卷，因而可以作為系統(tǒng)的上層調(diào)度設(shè)備。

為了準(zhǔn)確識(shí)別每一臺(tái)設(shè)備，每臺(tái)設(shè)備前均配置搭載機(jī)位信息的二維碼。棉卷運(yùn)輸移動(dòng)機(jī)器人接受上位機(jī)調(diào)度指令，自主運(yùn)行到條并卷機(jī)前，掃描二維碼，并停到指定位置，給條并卷機(jī)發(fā)送信號(hào)。條并卷機(jī)每生產(chǎn)1個(gè)棉卷的同時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)滿4個(gè)棉卷，發(fā)送信號(hào)給運(yùn)輸機(jī)器人，運(yùn)輸機(jī)器人根據(jù)調(diào)度指令，通過(guò)自主規(guī)劃合理的路徑到達(dá)精梳棉機(jī)處，通過(guò)掃描二維碼確認(rèn)機(jī)臺(tái)以及位置信息，調(diào)整在精梳棉機(jī)前的精確位置，以便工人操縱精梳棉機(jī)上的相應(yīng)機(jī)構(gòu)，將運(yùn)輸機(jī)器人裝載的4個(gè)棉卷放到精梳棉機(jī)上料處。卸料后的運(yùn)輸機(jī)器人自主規(guī)劃路徑，回到條并卷機(jī)前開始下一輪搬運(yùn)。

2 棉卷自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本棉卷自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)的硬件由監(jiān)控調(diào)度顯示平臺(tái)、生產(chǎn)設(shè)備以及運(yùn)輸移動(dòng)機(jī)器人三部分組成，如圖1所示。調(diào)度顯示設(shè)備采用原條并卷機(jī)自帶的簡(jiǎn)易電腦及其顯示屏，其帶有無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，可接收6臺(tái)精梳棉機(jī)發(fā)送的棉卷需求信號(hào)并顯示。工人閱讀信息后，按下對(duì)應(yīng)機(jī)臺(tái)號(hào)的按鈕，無(wú)線發(fā)送模塊將機(jī)臺(tái)號(hào)數(shù)據(jù)發(fā)送出去，運(yùn)輸機(jī)器人接收數(shù)據(jù)信息后，將棉卷運(yùn)輸?shù)綄?duì)應(yīng)的精梳棉機(jī)臺(tái)處。

圖1 運(yùn)輸系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

2.1 運(yùn)輸移動(dòng)機(jī)器人

運(yùn)輸移動(dòng)機(jī)器人(以下簡(jiǎn)稱機(jī)器人)主要由主控制器系統(tǒng)模塊、傳感器模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊構(gòu)成。圖2為運(yùn)輸機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 運(yùn)輸機(jī)器人結(jié)構(gòu)圖

機(jī)器人搭載的Hokuyo URG-10LX激光傳感器，具有0.5°高角度分辨率，180°測(cè)量范圍，40 ms掃描時(shí)間，能夠滿足構(gòu)建柵格地圖的精度要求。機(jī)器人底盤的兩個(gè)差分驅(qū)動(dòng)輪上加裝增量光電編碼器，采用頻率/周期法檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可實(shí)時(shí)反饋機(jī)器人位姿信息。機(jī)器人底部搭載單目相機(jī)，用于掃描精梳棉機(jī)位的二維碼信息。傳感器模塊將采集到的環(huán)境信息通過(guò)以太網(wǎng)和RS458傳遞給核心控制模塊。

主控核心系統(tǒng)模塊由頂層控制器樹莓派和底層控制器STM32主板組成。樹莓派配備四核CPU處理器以及512 MB內(nèi)存，可滿足機(jī)器人對(duì)運(yùn)算性能的需求，安裝Ubuntu Mate操作系統(tǒng)，便于程序的二次開發(fā)與維護(hù)。STM32主板負(fù)責(zé)將頂層控制器傳來(lái)的指令進(jìn)行判斷解析，轉(zhuǎn)化為對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的PWM控制信號(hào)，進(jìn)而控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)樹，莓派與STM32主板通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。

移動(dòng)機(jī)器人底盤搭載左右兩個(gè)差分主動(dòng)輪，輔以兩個(gè)前后萬(wàn)向從動(dòng)輪，方便控制。為增加機(jī)器人運(yùn)輸棉卷的驅(qū)動(dòng)力和靈活性，驅(qū)動(dòng)差動(dòng)輪采用轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大的伺服電機(jī)，減速箱的減速比采用1∶90。

2.2 條并卷機(jī)無(wú)線通信模塊

條并卷機(jī)將棉條加工成棉卷，其本身配備了功能簡(jiǎn)單的電腦作為調(diào)度設(shè)備并實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。為原配電腦配置通信模塊，以無(wú)線通信方式與機(jī)器人通信。車間工人根據(jù)各精梳棉機(jī)加工進(jìn)度，將最需要棉卷的精梳棉機(jī)的臺(tái)號(hào)數(shù)在人機(jī)界面上確定，此臺(tái)號(hào)數(shù)通過(guò)通信模塊傳遞給條并卷機(jī)前的機(jī)器人，機(jī)器人接收滿4個(gè)棉卷之后，自動(dòng)規(guī)劃路徑，前往該精梳棉機(jī)處，通過(guò)掃描精梳棉機(jī)前二維碼識(shí)別機(jī)臺(tái)并完成精確定位。本系統(tǒng)采用WiFi無(wú)線模塊與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)兩者數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸及信息通知功能。

3 棉卷自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)軟件

棉卷自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)由調(diào)度層、生產(chǎn)層、運(yùn)輸層3個(gè)層次構(gòu)成，如圖3所示。

圖3 棉卷自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

調(diào)度層軟件的功能由安裝于條并卷機(jī)上的電腦來(lái)實(shí)現(xiàn)?？筛鶕?jù)機(jī)器人上傳的信息，確定機(jī)前運(yùn)輸機(jī)器人裝載物料的進(jìn)程以及下一步機(jī)器人的工作任務(wù)，調(diào)控移動(dòng)機(jī)器人前往需要棉卷的精梳棉機(jī)前完成運(yùn)輸任務(wù)。生產(chǎn)層應(yīng)用條并卷機(jī)輸出棉卷的信號(hào)，采用時(shí)間延時(shí)控制移動(dòng)機(jī)器人在條并卷機(jī)前的動(dòng)作，完成裝貨任務(wù)；精梳棉機(jī)軟件用于統(tǒng)計(jì)不同工位的精梳機(jī)生產(chǎn)狀態(tài)，并允許手動(dòng)向中央級(jí)上報(bào)需求任務(wù)。運(yùn)輸層則實(shí)現(xiàn)基于ROS的地圖構(gòu)建、路徑規(guī)劃、導(dǎo)航以及二維碼定位等功能，是機(jī)器人自主運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵。

3.1 基于ROS的環(huán)境地圖構(gòu)建

機(jī)器人通過(guò)配置的激光傳感器對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行感知,獲取環(huán)境信息數(shù)據(jù),并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和融合,將這些數(shù)據(jù)映射到環(huán)境地圖中去構(gòu)成局部環(huán)境地圖。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)工作環(huán)境的感知,最終構(gòu)建出完整的二維環(huán)境地圖，為機(jī)器人實(shí)時(shí)的路徑規(guī)劃提供全局環(huán)境信息。

本文在ROS中使用Gmapping 算法來(lái)構(gòu)建車間地圖，如圖4所示。通過(guò)在ROS中編寫節(jié)點(diǎn)功能包代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)構(gòu)圖功能。Gmapping節(jié)點(diǎn)訂閱激光掃描信息、里程計(jì)信息和坐標(biāo)變換信息，并結(jié)合靜態(tài)坐標(biāo)信息實(shí)時(shí)輸出車間地圖。

圖4 ROS地圖創(chuàng)建框架

在構(gòu)建地圖中，機(jī)器人使用激光傳感器節(jié)點(diǎn)與里程計(jì)節(jié)點(diǎn)采集車間環(huán)境特征點(diǎn)信息，Gmapping節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)處理傳感器數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)發(fā)布、訂閱主題實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，以確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新與同步性。機(jī)器人的軌跡可由里程計(jì)數(shù)據(jù)以及激光傳感器觀測(cè)信息解出，通過(guò)已知機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡和激光傳感器獲取車間環(huán)境下的全局地圖。

3.2 路徑規(guī)劃

針對(duì)精梳棉車間環(huán)境相對(duì)固定、存在堆放雜物和人員構(gòu)成動(dòng)態(tài)障礙物的情況，采用全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃融合的混合路徑規(guī)劃算法，使機(jī)器人在趨近目的地的同時(shí)能夠躲避障礙物，提高運(yùn)輸任務(wù)的安全性。

本文混合路徑規(guī)劃的算法主要包含全局路徑規(guī)劃、局部路徑規(guī)劃、決策模塊以及路徑跟蹤4個(gè)部分。全局路徑規(guī)劃算法基于車間環(huán)境,考慮到車間環(huán)境的經(jīng)濟(jì)成本,機(jī)器人采用最短路徑作為最優(yōu)路徑,通過(guò)A*算法在環(huán)境地圖內(nèi)搜索得到最優(yōu)路徑。

局部路徑規(guī)劃采用人工勢(shì)場(chǎng)法，人工勢(shì)場(chǎng)法將車間環(huán)境抽象成勢(shì)場(chǎng)模型，目標(biāo)點(diǎn)對(duì)機(jī)器人產(chǎn)生引力勢(shì)場(chǎng)，障礙物對(duì)機(jī)器人產(chǎn)生斥力勢(shì)場(chǎng)，通過(guò)兩個(gè)勢(shì)場(chǎng)合力引導(dǎo)機(jī)器人向目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。

混合路徑規(guī)劃設(shè)計(jì)的具體步驟為：

① 構(gòu)建精梳棉車間環(huán)境的柵格地圖。

② 使用A*算法搜索出全局最優(yōu)路徑節(jié)點(diǎn)序列，并對(duì)相鄰序列節(jié)點(diǎn)內(nèi)障礙物做決策判斷。若存在障礙物轉(zhuǎn)至步驟③，否則轉(zhuǎn)至步驟④。

③ 障礙物是否可繞行，若是則通過(guò)人工勢(shì)場(chǎng)法進(jìn)行局部路徑規(guī)劃；否則更新鄰接矩陣并轉(zhuǎn)至步驟②。

④ 判斷路徑跟蹤是否為目標(biāo)點(diǎn)，若是則路徑規(guī)劃任務(wù)結(jié)束，輸出最優(yōu)路徑；否則進(jìn)入步驟②。

應(yīng)用混合路徑規(guī)劃算法，機(jī)器人在復(fù)雜的車間環(huán)境中自主到達(dá)精梳棉機(jī)前預(yù)置位。

3.3 自主導(dǎo)航定位

機(jī)器人采用自適應(yīng)蒙特卡羅定位算法(Adaptive Monte Carlo Localization)實(shí)現(xiàn)定位功能，通過(guò)實(shí)時(shí)采集的激光掃描信號(hào)，應(yīng)用地圖數(shù)據(jù)、坐標(biāo)變換數(shù)據(jù)、里程計(jì)數(shù)據(jù)和初始位置數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算出機(jī)器人行進(jìn)過(guò)程中的位姿。為提高代碼的復(fù)用率和易開發(fā)性，所有功能均以節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而封裝成功能包。

導(dǎo)航功能通過(guò)在ROS中配置Amcl與Move_base功能包實(shí)現(xiàn)。導(dǎo)航定位的節(jié)點(diǎn)關(guān)系如圖5所示。概率定位節(jié)點(diǎn)/amcl是整個(gè)定位算法的核心，根據(jù)需求調(diào)整其粒子數(shù)、粒子權(quán)重判定等參數(shù)。該節(jié)點(diǎn)訂閱激光節(jié)點(diǎn)/scan、地圖節(jié)點(diǎn)/map、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)/tf和初始位姿節(jié)點(diǎn)/initialpose的信息，通過(guò)粒子濾波后，估計(jì)出概率最大的位姿消息。地圖服務(wù)節(jié)點(diǎn)/map_server發(fā)布消息到地圖節(jié)點(diǎn)/map加載構(gòu)建出的車間地圖。

圖5 ROS中導(dǎo)航定位節(jié)點(diǎn)關(guān)系圖

Move_base框架中綜合了構(gòu)建完整的精梳棉車間地圖、定位系統(tǒng)、傳感器及里程計(jì)數(shù)據(jù)。全局代價(jià)地圖節(jié)點(diǎn)/global_costmap與局部代價(jià)地圖節(jié)點(diǎn)/local_costmap存儲(chǔ)車間環(huán)境障礙信息，分別用于全局路徑規(guī)劃和實(shí)時(shí)避障。全局規(guī)劃器節(jié)點(diǎn)/global_planner中聲明全局路徑規(guī)劃算法，用于規(guī)劃全局路徑。局部規(guī)劃器節(jié)點(diǎn)/local_planner聲明局部路徑規(guī)劃算法，根據(jù)機(jī)器人規(guī)格配置速度與加速度閾值參數(shù)，用于規(guī)劃當(dāng)前位置到精梳棉機(jī)前的全局路徑，并將速度信息發(fā)布給機(jī)器人。

3.4 機(jī)前二維碼精確定位

二維碼圖像是一種特定的幾何圖形，用于儲(chǔ)存精梳棉機(jī)機(jī)位信息的數(shù)字信號(hào)，機(jī)位信息以字符串“00000001”格式儲(chǔ)存，X、Y軸坐標(biāo)信息分別由前后4位數(shù)值表示。當(dāng)機(jī)器人自主導(dǎo)航到達(dá)精梳棉機(jī)與條并卷機(jī)前二維碼處后，底部搭載的單目相機(jī)解析二維碼中包含的位置信息作為全局環(huán)境的一個(gè)標(biāo)識(shí)，首先對(duì)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，確定圖像坐標(biāo)系相對(duì)世界坐標(biāo)系位置；再通過(guò)位置探測(cè)圖形得到二維碼區(qū)域在圖像中的位置，對(duì)二維碼輪廓進(jìn)行面積與比例過(guò)濾得到角點(diǎn)定位，由于二維碼中心位于對(duì)角角點(diǎn)位置的中心線上，從而建立二維碼中心在圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；最后通過(guò)坐標(biāo)變換即可獲得機(jī)器人在全局環(huán)境下的位姿信息。如圖6所示。

在圖像坐標(biāo)系下，二維碼中心與相機(jī)視野中心在u、v方向的偏移為du、dv，由于相機(jī)焦距存在，相機(jī)內(nèi)參矩陣A可逆，因此可求出相機(jī)中心對(duì)于二維碼中心

圖6 坐標(biāo)系關(guān)系示意圖

在世界坐標(biāo)系下的偏移值為

(1)

單目相機(jī)安裝在機(jī)器人底部中心，因此相機(jī)中心與機(jī)器人中心近似重合，(dx,dy)為機(jī)器人中心相對(duì)于二維碼中心在世界坐標(biāo)系下的偏移值。通過(guò)二維碼在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(x1,y1)可得到運(yùn)輸機(jī)器人在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(x2,y2)：

x2=x1-dx
y2=y1-dx

(2)

因此，通過(guò)機(jī)器人在世界坐標(biāo)系下的位置與方向角，確定機(jī)器人在車間內(nèi)的位置，進(jìn)而與光電編碼器反饋的機(jī)器人位置進(jìn)行融合修正，得到修正后的位置定位估計(jì)，進(jìn)一步提高機(jī)器人在機(jī)前的定位精度。

4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

在本文所設(shè)計(jì)的自主運(yùn)輸系統(tǒng)中，機(jī)器人自主規(guī)劃路徑功能以及精梳棉機(jī)前精確定位的精度是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，實(shí)驗(yàn)著重在上述兩個(gè)方面進(jìn)行。為減少人為因素造成的誤差，增加定位實(shí)驗(yàn)的隨機(jī)性，實(shí)驗(yàn)中，在隨機(jī)選取的機(jī)器人運(yùn)輸路線中的4個(gè)精梳棉機(jī)位前放置輔助定位坐標(biāo)紙。機(jī)器人底盤上4個(gè)邊界點(diǎn)作為相對(duì)參考點(diǎn)。機(jī)器人到達(dá)每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)后，使用信號(hào)筆將邊界點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記記錄。

概而言之，肝膽病變患者接受1.5T磁共振SWI序列診斷，因?yàn)椴∽儾煌虼薙WI序列也會(huì)出現(xiàn)不同的特點(diǎn)，SWI序列在肝臟病變之中由一定的診斷，值得推廣。

4.1 導(dǎo)航避障測(cè)試

在構(gòu)建車間地圖的過(guò)程中，由于障礙物的存在以及激光雷達(dá)的測(cè)距范圍等因素，需要手動(dòng)遙控引導(dǎo)機(jī)器人遍歷精梳棉車間，確保地圖的完整性。

圖7為在樹莓派Rviz可視化界面中車間地圖構(gòu)建的整體效果，構(gòu)建的地圖能夠清晰地呈現(xiàn)車間物體以及環(huán)境中障礙物的特征信息。

圖7 完整的車間地圖構(gòu)建效果

導(dǎo)航功能通過(guò)調(diào)用Navigation功能包來(lái)實(shí)現(xiàn)。效果如圖8所示。其中藍(lán)色為實(shí)際規(guī)劃路徑，綠色為障礙目標(biāo)物。

圖8 機(jī)器人實(shí)際規(guī)劃效果

從圖8中可以看出，在實(shí)際的車間環(huán)境中，本文所提出的路徑規(guī)劃算法能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人的自主導(dǎo)航功能，使機(jī)器人能有效地對(duì)障礙物進(jìn)行判斷與避障，并選擇合理的路徑向前運(yùn)動(dòng)。

4.2 定位測(cè)試數(shù)據(jù)

當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人向前運(yùn)動(dòng)至精梳棉機(jī)前二維碼處，采用Opencv中的Libdecodeqr 庫(kù)對(duì)二維碼進(jìn)行輪廓發(fā)現(xiàn)并檢測(cè)角點(diǎn)定位，如圖9所示。機(jī)器人獲取二維碼位置信息并重新調(diào)整在精梳棉機(jī)前的位姿。

圖9 二維碼角點(diǎn)定位圖

考慮到車間安全要求，在低速情況下(<1m/s)考察重復(fù)定位的精度。通過(guò)多次對(duì)比測(cè)試平均位置誤差，單一采用編碼器機(jī)前定位誤差大，而輔助二維碼定位可以修正編碼器的累積誤差，定位精度得到了提高，相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖10。

圖10 機(jī)前定位位置誤差對(duì)比

在此基礎(chǔ)上對(duì)二維碼輔助定位的性能做出評(píng)估，分別計(jì)算機(jī)器人邊界點(diǎn)的位置與航向偏差的平均絕對(duì)誤差(MAE)，相關(guān)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)如表1所示。

表1 導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)

由表1可知，該控制系統(tǒng)能夠保證棉卷搬運(yùn)機(jī)器人具有較高的定位精度，位置與航向偏差平均絕對(duì)誤差數(shù)值分別小于5 cm和0.8，標(biāo)準(zhǔn)差(SD)分別小于5 cm和0.7，完全滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文研制了基于樹莓派與STM32微控制器的自主棉卷運(yùn)輸機(jī)器人系統(tǒng)，軟件設(shè)計(jì)采用ROS開源系統(tǒng)，各功能模塊相互獨(dú)立，代碼編寫簡(jiǎn)便，便于后期維護(hù)與開發(fā)，基于二維碼的定位方法實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)設(shè)備前的精確定位。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所述機(jī)器人系統(tǒng)自主實(shí)現(xiàn)棉卷搬運(yùn)的有效性。本系統(tǒng)對(duì)提高其他生產(chǎn)車間的生產(chǎn)自動(dòng)化程度具有一定借鑒意義。