轮式移动机器人惯性定位系统的研发

【摘要】随着智能技术以及基于MEMS传感器的发展,轮式移动机器人广泛应用于危险的、未知的室内环境的救援,比如有火情的办公楼,或是只有楼层平面图的环境中。由于这些环境常常面临缺少GPS或是其他无线信号的衰减导致定位精度的下降等问题,而惯性定位技术是惯性导航原理在室内环境的应用,具有自主性强、环境适应性好等优点,能够实现移动机器人在未知室内环境下的定位导航。惯性定位系统的核心技术是基于MEMS的惯性传感器的数据处理和融合。本文主要研发的内容是基于DSP的轮式移动机器人惯性定位系统的研发,采用卡尔曼滤波算法对里程计和惯性传感器的数据进行融合,实现了机器人的惯性定位。本文的主要研发内容如下：1.惯性定位系统的总体设计首先介绍了轮式移动机器人的结构,接着介绍惯性定位的移动机器人的工作原理,然后介绍惯性定位系统的功能要求和性能要求,最后介绍惯性定位系统的体系结构。2.惯性定位系统的硬件设计根据惯性定位系统的设计功能和性能要求,对系统的器件进行选型。根据所选择的器件对系统的各个部分进行外围接口电路的设计,包括DSP最小系统设计、惯性传感器的接口电路设计、低纹波稳压电源电路设计等。为了保证电路设计符合系统性能指标,最后对整个硬件系统进行测试。3.惯性定位系统的软件设计首先分析移动机器人的运动学模型,接着介绍系统的数据采集功能,然后介绍基于卡尔曼滤波算法的多传感器数据融合,对移动机器人进行定位计算,最后介绍系统的数据发送。4.惯性定位系统的仿真及调试分析首先对电子罗盘的校正功能进行调试,接着对陀螺仪的数据输出进行滤波处理。通过具体的实验对运行的效果进行分析,找出问题并提出改进的方法。最后介绍惯性定位实验。本文根据移动机器人惯性定位系统的体系结构和设计要求,对系统的各个部分进行硬件和软件上的设计,经过大量的实验和调试,实现了轮式机器人的惯性定位,满足惯性定位系统的要求。
【作者】张唐烁；
【导师】张祺；
【作者基本信息】广东工业大学，控制理论与控制工程，2014，硕士
【关键词】移动机器人；惯性传感器；惯性定位；卡尔曼滤波算法；定位计算；

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