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公司(sī)新聞

EKF在AGV係統中的工作原理(lǐ)是什麽

作者:聯集AGV 2025-01-15 1094

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

預測階段

  • 狀態(tài)預測:根據(jù)AGV小車的運動學模(mó)型,利用上(shàng)一時刻的狀態估計值(zhí)和(hé)控製輸入,預測當前時刻的狀態。例如,對於一個在平麵上運動的AGV小車,其(qí)運動(dòng)學模型可(kě)能包括位置、速(sù)度和方(fāng)向等狀態變量,通過上一時刻(kè)的位置、速度和方向,以及當前時刻的控製輸入(如速度指令、轉向指(zhǐ)令等),可(kě)以預測出當前時刻的位(wèi)置、速度和方向。

  • 協方差預測:考慮係統(tǒng)的過程噪聲,對狀態協方差矩陣進行預測,以反映狀態估計(jì)的不確定(dìng)性。過程噪聲通常是(shì)由於模型的不精確、外部幹擾等(děng)因(yīn)素引起的,通過預測協方差矩陣,可以量化這種不確定性(xìng),並在(zài)後續的更新階段中進行修正(zhèng)。

更(gèng)新階段

  • 觀測預(yù)測:根據預(yù)測的狀態值,利用觀測模型計算出觀測值的(de)預(yù)測值。觀測模型描述了觀測值與狀態變量之間的關係,例如,對於使用激光雷達進行定位的AGV小車,觀測模型可以根據(jù)預測的位置和方向,計算出激光雷(léi)達應該(gāi)觀測到的周圍環境的特征。

  • 計(jì)算(suàn)卡爾曼增益:根據觀測噪聲協方差矩陣和預測協方差矩陣,計算卡爾曼(màn)增益,用於權衡觀測(cè)值和預測值(zhí)的權重。卡爾曼增益的大小取決於觀測噪(zào)聲(shēng)和預測噪聲的相對大小,當觀測(cè)噪聲較小時,卡爾曼增益較大,觀測(cè)值的權重較大;當預測噪(zào)聲較小時,卡(kǎ)爾曼增益(yì)較(jiào)小,預測(cè)值的權重較大。

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

  • 協方差更新(xīn):根據卡(kǎ)爾(ěr)曼增益(yì)和觀測噪聲協(xié)方差矩陣,對(duì)狀態協方差矩陣進行更新,以反映更新後的狀(zhuàng)態估(gū)計的不確定性。更新後的協方差矩陣會變小,說明狀態(tài)估(gū)計的不確定性降低了(le)。

迭代過程

  • EKF通過不斷地重複預測和更新步驟,隨著時間的推移,逐步提高狀態估計的準確性。在每次迭代中,都會根據(jù)新(xīn)的觀測值對狀態估計進行修正,同時考慮係統的動態特性和觀測噪聲,從而實現對AGV小(xiǎo)車狀態的實時估計和跟蹤。

線性化處理

  • 由於AGV小車係統的運動(dòng)方程和觀測方(fāng)程往往是非線性的(de),EKF通過對非線性函(hán)數在估計(jì)值(zhí)附近進行泰勒級數展開(kāi),並忽略二階及以上的高階項,從而將非線性(xìng)問題近似為線性(xìng)問題,能夠在一定程(chéng)度上處理非線(xiàn)性問題,在非線(xiàn)性程度不是特別高的情況下,相比KF能夠得到(dào)更準確的狀態(tài)估計。


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