本文關(guān)鍵詞：基于MEMS陀螺儀和加速度計(jì)的機(jī)器人定位系統(tǒng)研究

  更多相關(guān)文章： MEMS加速度計(jì) 陀螺儀 51單片機(jī) 機(jī)器人定位

【摘要】：近年來(lái),隨著移動(dòng)機(jī)器人研究的不斷深入和其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大,人們對(duì)于其定位與導(dǎo)航能力的需求日益增大,如何使移動(dòng)機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中準(zhǔn)確定位,從而使其能夠高質(zhì)量完成任務(wù),成為大家關(guān)心的一個(gè)問題。盡管專家學(xué)者們提出了許多定位技術(shù)的解決方案,如衛(wèi)星定位技術(shù)、無(wú)限局域網(wǎng)絡(luò)等等。但是受建設(shè)成本、定位時(shí)間、定位精度以及復(fù)雜環(huán)境等條件限制,相對(duì)完善的定位技術(shù)目前還無(wú)法很好地利用。相比于以上提到的被動(dòng)定位技術(shù),本課題研究了一種主動(dòng)定位技術(shù),即通過對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)加速度和角度的采集和計(jì)算來(lái)確定移動(dòng)機(jī)器人的位置。這對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人定位技術(shù)的研究領(lǐng)域是一個(gè)有益的補(bǔ)充和嘗試。傳統(tǒng)的定位系統(tǒng)大多是依靠采集碼盤產(chǎn)生的脈沖數(shù)進(jìn)行測(cè)距,再經(jīng)過運(yùn)算得到機(jī)器人的定位信息。這種定位方式在正常情況下是有效的,但是當(dāng)機(jī)器人處于非正常的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),比如移動(dòng)機(jī)器人遇到障礙輪子產(chǎn)生空轉(zhuǎn)時(shí),這種定位方法就會(huì)不可靠,造成定位系統(tǒng)錯(cuò)亂,甚至?xí)斐蓢?yán)重的后果。本研究致力于研究一種基于陀螺儀和加速度計(jì)的機(jī)器人定位系統(tǒng),該系統(tǒng)通過采集加速度傳感器的加速度信號(hào),經(jīng)過二次積分得到位移信號(hào),并結(jié)合MEMS陀螺儀測(cè)得的角度信號(hào),最終得到精確的定位信息,此方法有效避免了傳統(tǒng)的利用碼盤定位的不足,在移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)研究的領(lǐng)域是一個(gè)新的思路。本課題是基于MEMS陀螺儀和加速度計(jì)完成移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)的研究。本文在基于51單片機(jī)的開發(fā)平臺(tái)上對(duì)該定位系統(tǒng)進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建,并完成了軟件的編寫。對(duì)定位系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),分析了實(shí)驗(yàn)結(jié)果并提出了改進(jìn)方案。相比于GPS定位技術(shù)這類被動(dòng)定位技術(shù),本研究具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉的優(yōu)點(diǎn);相比于利用碼盤測(cè)距的定位技術(shù),本研究具有能有效防止輪式機(jī)器人遇到障礙、輪胎空轉(zhuǎn)引起的定位失效,能夠滿足在倉(cāng)庫(kù)、房間、機(jī)器人比賽場(chǎng)地等一系列有限范圍的場(chǎng)地或者是一些具有潛在危險(xiǎn)而不適合人類親自進(jìn)入的工作環(huán)境中的機(jī)器人定位需求。
【關(guān)鍵詞】：MEMS加速度計(jì) 陀螺儀 51單片機(jī) 機(jī)器人定位
【學(xué)位授予單位】：大連交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH824.4;TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-14
• 1.1 本課題的研究背景9-10
• 1.2 機(jī)器人定位技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀10-12
• 1.3 本課題的研究意義12-13
• 1.4 本文的主要內(nèi)容13-14
• 第二章 基于MEMS陀螺儀和加速度計(jì)的機(jī)器人定位系統(tǒng)的定位原理以及方案分析14-18
• 2.1 被動(dòng)式定位及主動(dòng)式定位的原理分析14-15
• 2.1.1 被動(dòng)式定位原理14-15
• 2.1.2 主動(dòng)式定位原理15
• 2.2 基于MEMS陀螺儀和加速度計(jì)的機(jī)器人定位系統(tǒng)的定位原理15-16
• 2.3 基于MEMS陀螺儀和加速度計(jì)的機(jī)器人定位系統(tǒng)的方案分析16-17
• 本章小結(jié)17-18
• 第三章 定位系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)18-33
• 3.1 定位系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)18
• 3.2 中央處理器18-22
• 3.3 信號(hào)采集模塊22-29
• 3.3.1 MEMS陀螺儀23-24
• 3.3.2 MEMS加速度計(jì)24-26
• 3.3.3 本系統(tǒng)所選用的MEMS陀螺儀和加速度計(jì)芯片MPU-605026-29
• 3.4 液晶顯示器29-30
• 3.5 電源電路30-31
• 3.6 定位系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建31-32
• 本章小結(jié)32-33
• 第四章 定位系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)33-45
• 4.1 定位系統(tǒng)軟件總體流程33
• 4.2 編程軟件介紹33-35
• 4.3 MPU6050的初始化35-36
• 4.4 LCD1602的初始化36-37
• 4.5 積分算法分析37-44
• 4.5.1 積分算法分析37-40
• 4.5.2 積分算法改進(jìn)40-44
• 本章小結(jié)44-45
• 第五章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析以及改進(jìn)方案45-53
• 5.1 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果45-50
• 5.1.1 沿x軸作直線運(yùn)動(dòng)45-47
• 5.1.2 與x軸成固定角度直線運(yùn)動(dòng)47-49
• 5.1.3 先沿x軸作直線運(yùn)動(dòng)，再與x軸成角度運(yùn)動(dòng)49-50
• 5.2 定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)性分析以及改進(jìn)方案50-51
• 5.2.1 定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)性分析50
• 5.2.2 定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)性改進(jìn)方案50-51
• 5.3 定位系統(tǒng)準(zhǔn)確性分析及誤差解決方案51-52
• 5.3.1 定位系統(tǒng)準(zhǔn)確性分析51
• 5.3.2 定位系統(tǒng)準(zhǔn)確性改進(jìn)方案51-52
• 本章小結(jié)52-53
• 結(jié)論與展望53-55
• 參考文獻(xiàn)55-57
• 附錄A 機(jī)器人定位系統(tǒng)程序代碼57-70
• 附錄B 硬件系統(tǒng)實(shí)物圖70-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文71-72
• 致謝72-73

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：838767