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EKF在(zài)AGV係統中(zhōng)的工作原理是什麽

作者:聯(lián)集AGV 2025-01-15 1095

EKF(擴展卡爾曼濾(lǜ)波器)在AGV小車(自動導引(yǐn)車)係統中的工作原(yuán)理主要分為以下幾個步(bù)驟:

預測階段

  • 狀態預測:根據(jù)AGV小車的運動學模型,利用上一時(shí)刻的狀(zhuàng)態估計值和控製輸入,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)運動學模型可能包括位置、速度(dù)和方向等狀態變(biàn)量,通過上一時刻的位置、速度和方向,以及當前時刻的控製輸入(如速度指令、轉向指令等),可以預測出(chū)當前時刻的位(wèi)置、速度和方向(xiàng)。

  • 協方差預測(cè):考慮係統的過程噪聲,對(duì)狀(zhuàng)態(tài)協方差矩(jǔ)陣進行預測,以反映狀態估計的不確(què)定性(xìng)。過程噪聲(shēng)通常(cháng)是由於模型的不精確、外(wài)部幹擾(rǎo)等因素引起的,通過預測(cè)協方差矩陣,可以量化這種(zhǒng)不確定性,並在後續的更新階段中進行修正。

更新階段

  • 觀測預測:根據預測的(de)狀態值,利用觀測(cè)模型計算(suàn)出觀測值的預測值。觀測模型描(miáo)述了觀測值與狀態變量之(zhī)間的關(guān)係,例如,對於使(shǐ)用激光雷達進(jìn)行定位的(de)AGV小車,觀測模型可以根據預測的位(wèi)置和方向,計算出激光雷達應該觀測到的周圍(wéi)環境的特征。

  • 計算(suàn)卡爾(ěr)曼增益:根據觀測噪聲協方差矩陣和(hé)預測協方(fāng)差(chà)矩陣,計算卡(kǎ)爾曼增益,用於權衡觀測值和預測(cè)值的(de)權重。卡爾曼增益的大小取決於觀(guān)測(cè)噪聲和預測噪聲的相(xiàng)對大小,當觀測噪聲較小時,卡爾曼增益(yì)較(jiào)大,觀測值的權重較大;當預測噪聲較小時,卡爾曼增益(yì)較小(xiǎo),預測值的權重較大。

  • 狀態更新(xīn):將觀測值與觀測預測值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(zhí)上,得到當前時(shí)刻的(de)狀態估計值。這樣(yàng)可以(yǐ)利用觀測值對預測的狀(zhuàng)態進行修(xiū)正,提高狀態估計的準確性。

  • 協方差更新:根據卡爾曼增益(yì)和觀測噪聲協方差矩陣(zhèn),對狀(zhuàng)態協方差矩陣進行更新,以反映更新後(hòu)的狀態估計的(de)不確定性。更(gèng)新後的協方差矩陣會變小,說明狀態估計的不確定性降低了。

迭代過程

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

線性(xìng)化處(chù)理

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


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