本發(fā)明涉及自動控制，具體地說，涉及一種基于移動agv激光通訊自動跟蹤對準系統(tǒng)。

背景技術：

1、一種基于移動agv激光通訊自動跟蹤對準系統(tǒng)旨在提高通訊保密性和保證移動過程中的通訊穩(wěn)定性，通過脈沖位置調(diào)制編碼和時間間隔測量技術實現(xiàn)高效激光通訊，控制發(fā)射器與接收器的自動對準角度，實現(xiàn)在移動目標位置變化后的通訊延續(xù)性和高精度對準。

2、現(xiàn)有的激光通訊自動跟蹤對準系統(tǒng)通常難以適應動態(tài)移動目標的快速變化，且由于復雜傳感器和控制系統(tǒng)的高成本，會導致系統(tǒng)部署成本高且穩(wěn)定性較低的問題。因此，設計一種基于移動agv激光通訊自動跟蹤對準系統(tǒng)。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于移動agv激光通訊自動跟蹤對準系統(tǒng)，以解決上述背景技術中提出的由于復雜傳感器和控制系統(tǒng)的高成本，會導致系統(tǒng)部署成本高且穩(wěn)定性較低的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明目的在于提供了一種基于移動agv激光通訊自動跟蹤對準系統(tǒng)，包括：

3、激光發(fā)射單元，所述激光發(fā)射單元使用脈沖位置調(diào)制編碼激光信號，并將編碼后激光信號傳輸至激光接收單元；

4、還包括激光接收單元，所述激光接收單元用于接收激光信號，并使用時間間隔測量技術解碼激光信號；

5、還包括對準檢測單元，所述對準檢測單元使用傳感器實時監(jiān)測激光發(fā)射器和接收器之間的對準狀態(tài)，得到對準誤差向量；

6、還包括控制單元，所述控制單元基于對準誤差向量，使用模糊自適應pid控制算法計算對準偏差，并生成對準偏差指令發(fā)送給機械調(diào)整裝置；

7、還包括機械調(diào)整裝置，所述機械調(diào)整裝置根據(jù)對準偏差指令，自動調(diào)整發(fā)射器位置和接收器的位置。

8、作為本技術方案的進一步改進，所述激光發(fā)射單元包括數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、信號編碼模塊和激光發(fā)射模塊；

9、其中，所述數(shù)據(jù)發(fā)送模塊將agv原始數(shù)據(jù)流傳輸?shù)郊す獍l(fā)射模塊，并準備進行編碼；

10、所述信號編碼模塊使用脈沖位置調(diào)制對agv原始數(shù)據(jù)流編碼為激光信號，具體如下：

11、；

12、其中，為時間窗口；為激光脈沖的幅度；為第個agv原始數(shù)據(jù)流二進制數(shù)據(jù)；為agv原始數(shù)據(jù)流二進制數(shù)據(jù)的總數(shù)；為時間；為dirac脈沖函數(shù)；表示第個時隙的中心位置；

13、所述激光發(fā)射模塊用于將編碼后的激光信號傳輸至激光接收單元。

14、作為本技術方案的進一步改進，所述激光接收單元接收編碼后的激光信號，并使用時間間隔測量技術解碼激光信號，得到agv原始數(shù)據(jù)流，具體步驟如下：

15、s2.1、在時刻接收激光信號，計算對應時隙編號：

16、；

17、s2.2、恢復對應時隙的第個agv原始數(shù)據(jù)流二進制數(shù)據(jù)，并接收agv原始數(shù)據(jù)流：

18、；

19、其中，是時隙寬度；為映射函數(shù)。

20、作為本技術方案的進一步改進，所述對準檢測單元包括角位移檢測模塊和偏轉(zhuǎn)角度檢測模塊；

21、其中，所述角位移檢測模塊監(jiān)測激光發(fā)射器和接收器之間在x-y平面上的位移偏差，計算得到激光發(fā)射器相對于接收器的角位移量；

22、所述偏轉(zhuǎn)角度檢測模塊通過傳感器監(jiān)測激光發(fā)射器和接收器的激光束偏差值。

23、作為本技術方案的進一步改進，所述角位移檢測模塊監(jiān)測激光發(fā)射器和接收器之間在x-y平面上的位移偏差，計算得到激光發(fā)射器相對于接收器的角位移量，具體方法步驟如下：

24、s3.1.1、設激光發(fā)射器的初始位置為，接收器的當前位置為；

25、s3.1.2、計算激光發(fā)射器和接收器在x方向相對位移和y方向相對位移：

26、；

27、；

28、s3.1.3、根據(jù)激光發(fā)射器和接收器在x方向相對位移和y方向相對位移計算激光發(fā)射器和接收器的相對角度偏移量：

29、；

30、其中，為激光發(fā)射器和接收器在x方向相對位移；為激光發(fā)射器和接收器在y方向相對位移；為激光發(fā)射器和接收器的相對角度偏移量。

31、作為本技術方案的進一步改進，所述偏轉(zhuǎn)角度檢測模塊通過傳感器監(jiān)測激光發(fā)射器和接收器的激光束偏差值，具體方法步驟如下：

32、s3.2.1、通過傳感器監(jiān)測接收器垂直角度為和水平角度為，激光束的垂直基準角度為和水平垂直基準角度為；

33、s3.2.2、計算激光發(fā)射器和接收器的激光束垂直角度偏差和激光束水平角度偏差：

34、；

35、；

36、其中，為激光發(fā)射器和接收器的垂直角度偏差；為激光發(fā)射器和接收器的水平角度偏差；

37、s3.2.3、整合激光發(fā)射器和接收器在x方向相對位移、y方向相對位移、激光發(fā)射器和接收器的激光束垂直角度偏差和激光束水平角度偏差，構成對準誤差向量：

38、；

39、；

40、；

41、；

42、其中，等于，表示激光發(fā)射器和接收器在x方向相對位移；等于，表示激光發(fā)射器和接收器在y方向相對位移；表示激光束垂直角度偏差和激光束水平角度偏差的組合誤差。

43、作為本技術方案的進一步改進，所述控制單元包括誤差計算模塊和指令生成模塊；

44、其中，所述誤差計算模塊用于計算激光發(fā)射器和接收器的相對角度偏移量和伺服電機位移量；

45、所述指令生成模塊用于根據(jù)相對角度偏移量和伺服電機位移量，并使用模糊自適應pid控制算法生成對準偏差指令發(fā)送給機械調(diào)整裝置。

46、作為本技術方案的進一步改進，所述誤差計算模塊計算激光發(fā)射器和接收器的相對角度偏移量和伺服電機位移量，具體方法步驟如下：

47、s4.1.1、根據(jù)激光發(fā)射器和接收器在x方向相對位移和y方向相對位移計算激光發(fā)射器和接收器的相對角度偏移量：

48、；

49、其中，為激光發(fā)射器和接收器的相對角度偏移量；

50、s4.1.2、基于相對角度偏移量和伺服電機桿長，計算伺服電機位移量：

51、；

52、其中，為伺服電機位移量。

53、作為本技術方案的進一步改進，所述模糊自適應pid控制算法是通過對比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)的自適應調(diào)整，優(yōu)化控制伺服電機的轉(zhuǎn)動量；

54、所述指令生成模塊根據(jù)相對角度偏移量和伺服電機位移量，并使用模糊自適應pid控制算法生成對準偏差指令發(fā)送給機械調(diào)整裝置，具體步驟方法如下：

55、s4.2.1、將對準誤差向量和伺服電機位移量輸入模糊自適應pid控制算法，得到對準誤差向量的輸入誤差：

56、；

57、；

58、；

59、其中，為x方向相對位移的輸入誤差；為y方向相對位移的輸入誤差；為組合誤差的輸入誤差；為對準誤差向量中x方向上的相對位移誤差；為對準誤差向量中y方向上的相對位移誤差；為對準誤差向量中的角度組合誤差；

60、伺服電機位移量的輸入誤差：

61、；

62、其中，為伺服電機位移量誤差；

63、s4.2.2、根據(jù)準誤差向量的輸入誤差和伺服電機位移量誤差，計算模糊自適應pid控制算法的比例控制項為：

64、；

65、；

66、；

67、；

68、其中，為x方向相對位移的比例控制項；為y方向相對位移的比例控制項；為組合誤差的比例控制項；為伺服電機位移量的比例控制項；

69、為x方向相對位移的比例控制；為y方向相對位移的比例控制；為組合誤差的比例控制；為伺服電機位移量的比例控制；

70、s4.2.3、計算對準誤差向量的積分控制項：

71、；

72、；

73、；

74、伺服電機位移量的積分控制項：

75、；

76、其中，為x方向相對位移的積分控制項；為y方向相對位移的積分控制項；為組合誤差的積分控制項；為伺服電機位移量的積分控制項；

77、為x方向相對位移的積分控制；為y方向相對位移的積分控制；為組合誤差的積分控制；為伺服電機位移量的積分控制；

78、s4.2.4、計算對準誤差向量的微分控制項：

79、；

80、；

81、；

82、伺服電機位移量的微分控制項：

83、；

84、其中，為x方向相對位移的微分控制項；為y方向相對位移的微分控制項；為組合誤差的微分控制項；為伺服電機位移量的微分控制項；

85、為x方向相對位移的微分控制；為y方向相對位移的微分控制；為組合誤差的微分控制；為伺服電機位移量的微分控制；

86、s4.2.5、通過模糊自適應調(diào)節(jié)函數(shù)根據(jù)對準誤差向量和伺服電機位移量的大小以及變化率動態(tài)調(diào)整各控制項；模糊自適應調(diào)節(jié)函數(shù)具體如下：

87、；

88、其中，包括在時間的、、和；包括在時間的、、和；包括在時間的、、和；

89、s4.2.6、根據(jù)模糊自適應調(diào)節(jié)函數(shù)動態(tài)調(diào)整各控制項，得到對準誤差向量最終控制輸出：

90、；

91、；

92、；

93、伺服電機位移量最終控制輸出：

94、；

95、其中，為x方向相對位移最終控制輸出；為y方向相對位移最終控制輸出；為組合誤差最終控制輸出；為伺服電機位移量最終控制輸出；

96、s4.2.7、根據(jù)對準誤差向量最終控制輸出和伺服電機位移量最終控制輸出，生成對準偏差指令，并發(fā)送給機械調(diào)整裝置，具體如下：

97、；

98、其中，為對準偏差指令。

99、作為本技術方案的進一步改進，所述機械調(diào)整裝置根據(jù)對準偏差指令，自動調(diào)整發(fā)射器位置和接收器的位置，具體步驟如下：

100、s5.1、根據(jù)對準偏差指令的x方向相對位移最終控制輸出，調(diào)整伺服電機位移量x方向角度；

101、s5.2、根據(jù)對準偏差指令的y方向相對位移最終控制輸出，調(diào)整伺服電機位移量y方向角度；

102、s5.3、根據(jù)對準偏差指令的伺服電機位移量最終控制輸出，調(diào)整發(fā)射器和接收器之間的距離。

103、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果：

104、1、該一種基于移動agv激光通訊自動跟蹤對準系統(tǒng)中，基于脈沖位置調(diào)制編碼和時間間隔測量技術，可以實現(xiàn)高效的激光通訊傳輸與解碼，在移動agv的運行過程中保持數(shù)據(jù)的準確傳輸和接收。

105、2、該一種基于移動agv激光通訊自動跟蹤對準系統(tǒng)中，通過模糊自適應pid控制算法結合對準誤差向量和伺服電機位移量，實現(xiàn)激光發(fā)射器與接收器的自動高精度對準調(diào)整，確保移動過程中激光通訊的穩(wěn)定性與持續(xù)性。