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公司新聞(wén)

EKF在AGV係(xì)統中的工作原理是什麽

作者:聯集AGV 2025-01-15 1092

EKF(擴展卡爾曼濾波器)在(zài)AGV小車(自動導引車)係統中的(de)工作(zuò)原理主要分為(wéi)以下幾個步驟:

預(yù)測階段

  • 狀(zhuàng)態預(yù)測:根據AGV小車的運(yùn)動學模(mó)型,利用上一時刻的狀態估計值和控製輸入,預(yù)測(cè)當前時刻的狀態。例(lì)如,對於一個在平麵上運動的AGV小車,其運(yùn)動學模型(xíng)可能包括位置、速度(dù)和方(fāng)向等狀態(tài)變量,通過上(shàng)一時刻的位置、速度和方向,以及當前時刻的控製輸入(如(rú)速度指令、轉(zhuǎn)向指令等),可(kě)以預測出當前時(shí)刻的位置、速度(dù)和方向。

  • 協方差預測:考慮係統的過程噪聲,對狀態協方差(chà)矩陣(zhèn)進行預測,以反映狀態估計的不確定性。過程噪聲通常是由於模型的不精確、外部幹擾等因素(sù)引起(qǐ)的,通過預測協方差矩陣,可以量化這種不確定性,並在後續的更新(xīn)階段中(zhōng)進行修正。

更新階段

  • 觀測預測(cè):根據預測的狀態值,利用觀測模(mó)型計算(suàn)出觀測值的預測值。觀測模型描述了觀測值與狀態變量之(zhī)間的關係,例如,對於使用激(jī)光雷(léi)達進行定位的AGV小車,觀測模型可以根據預測的(de)位置和方向,計算(suàn)出激光(guāng)雷(léi)達應該觀測到的周(zhōu)圍環境的特征。

  • 計算卡爾曼增益:根據觀測噪聲協方差矩陣和預測協方差矩陣(zhèn),計算卡(kǎ)爾曼增(zēng)益,用於權衡觀(guān)測值和預測值的權重。卡(kǎ)爾曼增益的(de)大小取決於觀測噪聲和預測噪聲的(de)相對大小,當(dāng)觀測噪(zào)聲較小時,卡爾曼增益較大,觀測值的權重較大;當預測噪聲較(jiào)小時,卡爾曼增益較小,預(yù)測值的權重較大。

  • 狀態更新(xīn):將觀測值與觀測預測值(zhí)的差值乘以卡爾曼增益,得到狀態更新量,將其加到預測的狀態值上,得到當前時刻的狀態估計值。這樣可以利用觀測值對預測的狀態進行修正,提高狀態估計的準確性。

  • 協方差更(gèng)新:根據卡爾曼增益和觀測噪聲協方差(chà)矩陣,對狀態協方差矩陣進行(háng)更新,以反映更新後的(de)狀態估計的不確定性。更新後的協方(fāng)差矩陣會變小,說明狀態估計的不確定性降(jiàng)低了。

迭代過程

  • EKF通過不斷地重複預測和更新步驟,隨著時間的(de)推移(yí),逐步提高狀態(tài)估計的準確性。在(zài)每次迭代中,都會根據新的觀測值對狀態估(gū)計進行修正(zhèng),同時考慮(lǜ)係(xì)統的動態特性和觀測噪(zào)聲,從而實現對AGV小車狀態(tài)的實時估計和跟蹤。

線性化處理

  • 由於AGV小車係統的運動方程(chéng)和觀測方程往(wǎng)往是非線性的,EKF通過對非線性(xìng)函數在估(gū)計值附近進行泰勒級數(shù)展開,並忽略二階及以上(shàng)的高階項,從而將非線性問題近似為線性問題,能夠在一(yī)定程度上處理(lǐ)非線性問題,在非線性程度不是(shì)特別高的情況下,相比KF能夠得到更(gèng)準(zhǔn)確的狀態估計。


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