本文關(guān)鍵詞：基于UWB定位的餐廳服務(wù)機器人研究

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【摘要】：近年來,隨著機器人越來越多的滲入到我們的生活中,具有自主感知決策和執(zhí)行功能的機器人得到了快速的發(fā)展,其中室內(nèi)自主移動機器人成為了機器人研究領(lǐng)域的熱點之一。實現(xiàn)室內(nèi)自主移動機器人的關(guān)鍵點在于實現(xiàn)機器人的定位,這也是最基本、最重要的任務(wù)。為了得到高精度、高可靠的機器人室內(nèi)定位信息,本文以餐廳服務(wù)機器人為對象,對室內(nèi)移動定位技術(shù)進行了深入研究,實現(xiàn)了服務(wù)機器人在室內(nèi)的移動定位功能,使得機器人在餐廳的結(jié)構(gòu)化環(huán)境下能夠自主移動到指定餐桌送餐,并自主返回。本文對移動機器人進行了系統(tǒng)性的整體研究,主要研究工作包括如下方面:1、基于輪式移動機器人的構(gòu)造和特征,分析了不同輪式移動機器人的機械構(gòu)造以及優(yōu)缺點。建立了兩輪差速移動機器人的運動學模型,并構(gòu)建了移動機器人的機械系統(tǒng)及實驗平臺。2、對輪式移動機器人的環(huán)境感知技術(shù)進行了研究比較,通過對比目前市場上的不同傳感器,確定了本文輪式移動機器人的傳感器系統(tǒng)。包括工業(yè)紅外障礙物傳感器、超聲波避障傳感器的機器人外傳感器以及采用加速度計陀螺儀的機器人內(nèi)傳感器。3、深入研究了移動機器人的室內(nèi)定位技術(shù),提出了一種基于超寬帶(UWB,Ultra-WideBand)技術(shù)的室內(nèi)無線定位系統(tǒng)。此系統(tǒng)充分利用超寬帶信號的時間超分辨性、高穿透性等優(yōu)點,采用基于接收信號時間法(TOA)來得到距離值,再通過圓周定位算法解算出移動機器人的位置坐標,實現(xiàn)了移動機器人在餐廳內(nèi)的實時定位。由于通過接收時間轉(zhuǎn)換得到的距離值存在一定的誤差,本文采用卡爾曼濾波進行優(yōu)化,實現(xiàn)了高精度的定位值。4、本文設(shè)計了上位機的定位系統(tǒng)以及機器人調(diào)度軟件,采用C++Bulider編寫上位機軟件,通過WIFI與下位機軟件進行數(shù)據(jù)傳輸通信,從而發(fā)布移動機器人的運動控制以及任務(wù)指示。設(shè)計了基于STM32的下位機機器人運動控制系統(tǒng)。以STM32為核心的下位機系統(tǒng)能夠?qū)崟r的接收機器人外傳感器的信號,以及機器人自身的位姿狀態(tài),反饋回上位機系統(tǒng)進行實時的控制以及調(diào)度。本論文設(shè)計構(gòu)造了餐廳服務(wù)機器人的研究平臺,通過對室內(nèi)定位技術(shù)等方面的研究,實現(xiàn)的定位算法經(jīng)過大量的實驗驗證,具有很高的可靠性和高精度,對室內(nèi)環(huán)境下移動機器人的研究提供了一定的參考價值。
【關(guān)鍵詞】：輪式餐廳服務(wù)機器人 UWB定位 TOA STM32
【學位授予單位】：上海師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242;TN925
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-16
• 1.1 課題研究背景及意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外室內(nèi)服務(wù)移動機器人研究現(xiàn)狀9-13
• 1.2.1 國外室內(nèi)服務(wù)機器人研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.2 國內(nèi)室內(nèi)服務(wù)機器人研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 室內(nèi)服務(wù)移動機器人定位技術(shù)概述13-15
• 1.3.1 相對定位13-14
• 1.3.2 無線定位14-15
• 1.4 論文研究內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)15-16
• 第2章 餐廳服務(wù)機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計及實驗平臺搭建16-30
• 2.1 餐廳服務(wù)機器人系統(tǒng)平臺16-18
• 2.1.1 送餐機器人的運動機構(gòu)概述17-18
• 2.1.2 餐廳服務(wù)機器人機械系統(tǒng)18
• 2.2 餐廳服務(wù)機器人運動學建模18-21
• 2.2.1 餐廳服務(wù)機器人坐標系模型19-20
• 2.2.2 餐廳服務(wù)機器人運動學模型20-21
• 2.3 輪式移動機器人的軌跡跟蹤實驗仿真21-26
• 2.3.1 問題的描述21-22
• 2.3.2 控制律設(shè)計22-23
• 2.3.3 實驗仿真結(jié)果23-26
• 2.4 傳感器系統(tǒng)26-29
• 2.4.1 障礙物檢測傳感器26-27
• 2.4.2 超聲波傳感器27
• 2.4.3 里程計及陀螺儀27-28
• 2.4.4 主控制電路板28-29
• 2.5 本章小結(jié)29-30
• 第3章 基于UWB的室內(nèi)定位研究30-47
• 3.1 引言30-31
• 3.2 UWB定位技術(shù)31-39
• 3.2.1 UWB技術(shù)概述31-33
• 3.2.2 UWB定位方法33-37
• 3.2.3 無線定位誤差來源37-39
• 3.3 基于卡爾曼濾波的TOA測距優(yōu)化39-43
• 3.3.1 卡爾曼濾波39-40
• 3.3.2 卡爾曼濾波基本方程40-41
• 3.3.3 實驗仿真41-43
• 3.4 坐標位置解算43-46
• 3.4.1 最小二乘法43-44
• 3.4.2 機器人行走實驗44-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第4章 餐廳服務(wù)機器人系統(tǒng)設(shè)計47-58
• 4.1 餐廳服務(wù)機器人整體系統(tǒng)概述47-48
• 4.2 餐廳服務(wù)機器人軟件系統(tǒng)設(shè)計48-57
• 4.2.1 上位機軟件系統(tǒng)設(shè)計48-49
• 4.2.2 上位位機軟件49-50
• 4.2.3 UDP和TCP50-51
• 4.2.4 下位機軟件設(shè)計51-57
• 4.3 本章總結(jié)57-58
• 第5章 總結(jié)與展望58-59
• 5.1 本文工作總結(jié)58
• 5.2 未來工作展望58-59
• 參考文獻59-62
• 攻讀學位期間取得的研究成果62-63
• 致謝63

【參考文獻】

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本文編號：933507