本文關(guān)鍵詞：基于UWB定位的餐廳服務(wù)機(jī)器人研究

  更多相關(guān)文章： 輪式餐廳服務(wù)機(jī)器人 UWB定位 TOA STM32

【摘要】：近年來(lái),隨著機(jī)器人越來(lái)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(jī)器人得到了快速的發(fā)展,其中室內(nèi)自主移動(dòng)機(jī)器人成為了機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。實(shí)現(xiàn)室內(nèi)自主移動(dòng)機(jī)器人的關(guān)鍵點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)機(jī)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(jī)器人室內(nèi)定位信息,本文以餐廳服務(wù)機(jī)器人為對(duì)象,對(duì)室內(nèi)移動(dòng)定位技術(shù)進(jìn)行了深入研究,實(shí)現(xiàn)了服務(wù)機(jī)器人在室內(nèi)的移動(dòng)定位功能,使得機(jī)器人在餐廳的結(jié)構(gòu)化環(huán)境下能夠自主移動(dòng)到指定餐桌送餐,并自主返回。本文對(duì)移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)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(dòng)機(jī)器人的構(gòu)造和特征,分析了不同輪式移動(dòng)機(jī)器人的機(jī)械構(gòu)造以及優(yōu)缺點(diǎn)。建立了兩輪差速移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,并構(gòu)建了移動(dòng)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。2、對(duì)輪式移動(dòng)機(jī)器人的環(huán)境感知技術(shù)進(jìn)行了研究比較,通過(guò)對(duì)比目前市場(chǎng)上的不同傳感器,確定了本文輪式移動(dòng)機(jī)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(jī)器人外傳感器以及采用加速度計(jì)陀螺儀的機(jī)器人內(nèi)傳感器。3、深入研究了移動(dòng)機(jī)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(wú)線定位系統(tǒng)。此系統(tǒng)充分利用超寬帶信號(hào)的時(shí)間超分辨性、高穿透性等優(yōu)點(diǎn),采用基于接收信號(hào)時(shí)間法(TOA)來(lái)得到距離值,再通過(guò)圓周定位算法解算出移動(dòng)機(jī)器人的位置坐標(biāo),實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)機(jī)器人在餐廳內(nèi)的實(shí)時(shí)定位。由于通過(guò)接收時(shí)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(jìn)行優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了高精度的定位值。4、本文設(shè)計(jì)了上位機(jī)的定位系統(tǒng)以及機(jī)器人調(diào)度軟件,采用C++Bulider編寫(xiě)上位機(jī)軟件,通過(guò)WIFI與下位機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸通信,從而發(fā)布移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制以及任務(wù)指示。設(shè)計(jì)了基于STM32的下位機(jī)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。以STM32為核心的下位機(jī)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)的接收機(jī)器人外傳感器的信號(hào),以及機(jī)器人自身的位姿狀態(tài),反饋回上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制以及調(diào)度。本論文設(shè)計(jì)構(gòu)造了餐廳服務(wù)機(jī)器人的研究平臺(tái),通過(guò)對(duì)室內(nèi)定位技術(shù)等方面的研究,實(shí)現(xiàn)的定位算法經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,具有很高的可靠性和高精度,對(duì)室內(nèi)環(huán)境下移動(dòng)機(jī)器人的研究提供了一定的參考價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：輪式餐廳服務(wù)機(jī)器人 UWB定位 TOA STM32
【學(xué)位授予單位】：上海師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：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(guó)內(nèi)外室內(nèi)服務(wù)移動(dòng)機(jī)器人研究現(xiàn)狀9-13
• 1.2.1 國(guó)外室內(nèi)服務(wù)機(jī)器人研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)室內(nèi)服務(wù)機(jī)器人研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 室內(nèi)服務(wù)移動(dòng)機(jī)器人定位技術(shù)概述13-15
• 1.3.1 相對(duì)定位13-14
• 1.3.2 無(wú)線定位14-15
• 1.4 論文研究?jī)?nèi)容及組織結(jié)構(gòu)15-16
• 第2章 餐廳服務(wù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建16-30
• 2.1 餐廳服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)平臺(tái)16-18
• 2.1.1 送餐機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)概述17-18
• 2.1.2 餐廳服務(wù)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)18
• 2.2 餐廳服務(wù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模18-21
• 2.2.1 餐廳服務(wù)機(jī)器人坐標(biāo)系模型19-20
• 2.2.2 餐廳服務(wù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型20-21
• 2.3 輪式移動(dòng)機(jī)器人的軌跡跟蹤實(shí)驗(yàn)仿真21-26
• 2.3.1 問(wèn)題的描述21-22
• 2.3.2 控制律設(shè)計(jì)22-23
• 2.3.3 實(shí)驗(yàn)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(cè)傳感器26-27
• 2.4.2 超聲波傳感器27
• 2.4.3 里程計(jì)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(wú)線定位誤差來(lái)源37-39
• 3.3 基于卡爾曼濾波的TOA測(cè)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(shí)驗(yàn)仿真41-43
• 3.4 坐標(biāo)位置解算43-46
• 3.4.1 最小二乘法43-44
• 3.4.2 機(jī)器人行走實(shí)驗(yàn)44-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第4章 餐廳服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)47-58
• 4.1 餐廳服務(wù)機(jī)器人整體系統(tǒng)概述47-48
• 4.2 餐廳服務(wù)機(jī)器人軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)48-57
• 4.2.1 上位機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)48-49
• 4.2.2 上位位機(jī)軟件49-50
• 4.2.3 UDP和TCP50-51
• 4.2.4 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)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(lái)工作展望58-59
• 參考文獻(xiàn)59-62
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果62-63
• 致謝63

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：933507