發(fā)布時間：2021-03-01 08:15

　　隨著城市的擴張與發(fā)展,移動機器人的應(yīng)用場景愈加寬泛,在室內(nèi)環(huán)境中,準(zhǔn)確的定位信息是移動機器人自主工作的前提。目前,多傳感器融合是室內(nèi)定位主流的方案,由于慣導(dǎo)設(shè)備不易受外界環(huán)境干擾、能全自主運行,使得慣導(dǎo)設(shè)備成為多傳感器室內(nèi)定位算法常用的數(shù)據(jù)源。本文采用捷聯(lián)慣導(dǎo)算法（SINS）、航跡推算法和卡爾曼最優(yōu)線性平滑建立了一套組合定位系統(tǒng),其性能可靠,能夠滿足移動機器人室內(nèi)自主定位的要求。首先,提出了一種改進的捷聯(lián)慣導(dǎo)算法。傳統(tǒng)捷聯(lián)慣導(dǎo)算法只利用多子樣算法補償機器人運動時的不可交換誤差,多子樣算法由等效旋轉(zhuǎn)矢量方程（Bortz方程）近似推導(dǎo)而來,算法中存在原理性誤差。為了進一步提高精度,將陀螺儀的增量數(shù)據(jù)擬合成多項式形式,把其代入姿態(tài)陣微分方程中,對微分方程進行泰勒展開得到無不可交換誤差的姿態(tài)信息,抑制對系統(tǒng)定位精度影響最大的姿態(tài)誤差。然后利用三子樣算法優(yōu)化速度微分方程中的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)及劃槳效應(yīng)補償項,結(jié)合姿態(tài)信息和速度微分方程解算出速度信息,對速度信息積分處理獲得機器人的位置信息,以此推導(dǎo)出一種更高精度的改進捷聯(lián)慣導(dǎo)算法。然后,分析了航跡推算系統(tǒng)誤差方程,結(jié)合捷聯(lián)慣導(dǎo)和航跡推算兩子系統(tǒng)的特點,以系... 

【文章來源】：南昌大學(xué)江西省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１掃地機器人?圖１．２送餐機器人?圖１．３倉儲機器人??

?第１章緒論???司發(fā)布ｅｕｆｙ系列掃地機器人ＲｏｂｏＶａｃｌｌ．其搭載的多個紅外傳感器可實現(xiàn)機器人??的自主尋路，并具備防跌落和避障等基本功能。２０１９年美國Ｂｏｓｔｏｎ?Ｄｙｎａｍｉｃｓ公??司公布了旗下的四足機器人Ｓｐｏｔ，如圖１．４所示，該型機器人四足靈活可在極端??的情況下保持平衡，能自動避障前往指定地點，配合機械臂能完成開關(guān)門甚至跳??舞等動作。在Ｂｏｓｔｏｎ?Ｄｙｎａｍｉｃｓ公司旗下的另一款人型雙足機器人Ａｔｌａｓ，如圖１．５??所示，能保持穩(wěn)定站立的同時搬運貨物至指定位置，還可以完成立定跳遠、后空??翻、跨障礙奔跑等高難度動作，具有極強的機體協(xié)調(diào)能力。??…．一???……??圖１．４?Ｓｐｏｔ四足機器人?圖１．５?Ａｔｌａｓ人型雙足機器人??國內(nèi)的移動機器人起步較晚，但隨著機器人相關(guān)技術(shù)日趨成熟，它已被應(yīng)用??在科研及生活的諸多領(lǐng)域。２０１３年中國國家航天局研發(fā)的玉兔號月球探測車成??功登陸月球，這是國內(nèi)第一輛地外探測移動機器人，通過太陽能扳光照供電。它??配備有機械臂而且安裝有紅外光譜儀、阿爾法粒子光譜儀和全景相機，能利用導(dǎo)??航和避障系統(tǒng)完成路徑規(guī)劃和自主導(dǎo)航１９１。山東電力研宄所投入使用了國內(nèi)第一??臺應(yīng)用于變電站環(huán)境的巡檢機器人，機體搭載有移動系統(tǒng)和基站系統(tǒng)保證機器??人正常運行Ｉ１＇并借助視覺和超聲波傳感器數(shù)據(jù)實現(xiàn)機器人避障｜ｎｌ。清華大學(xué)研??發(fā)了一款護理機器人，可幫助臥病在床且行動不便的患者取藥。??服務(wù)型機器人在商業(yè)機器人中占主要成分�？莆炙辜瘓F旗下的清潔機器人??ＤＥＥＢ０Ｔ配置有下視傳感器、紅外傳感器、激光傳感器等多種類型傳感器，依??靠傳感器能完成避障

?＋?ｃｏｃＴ）ｘＶｅＴ?＋?ｇ?（２．２１）??ｄｔ?Ｔ??ｄＶ??上式即為比力方程，＃是平臺坐標(biāo)系中觀測到的速度矢量．，的變化率，??ａｔ?Ｔ??／為加速度計測量值，ｇ為重力加速度。??２．３．３捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)的工作原理??捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)（ＳＩＮＳ，?Ｓｔｒａｐｄｏｗｎ?Ｉｎｅｒｔｉａｌ?Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ?Ｓｙｓｔｅｍ）直接將陀螺儀和加??速度計固聯(lián)在載體上，兩者皆可得出增量數(shù)據(jù)。由于受外界因素干擾特別小，所??以捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)能有效實現(xiàn)載體的全自主定位效果，簡要算法框圖如圖２．１所示。??１??１??Ｉ?Ｉ????角速度?Ｉ?姿態(tài)更新?＾??｜１?１［???Ｉ?Ｉ??Ｉ?Ｉ??Ｉ，?，１??????Ｉ?加速度?ｉ＾?速度更新?一？位置更新??ＩＩ?１??????Ｉ?ＩＭＵ?Ｉ??圖２．１?ＳＩＮＳ簡要算法框圖??系統(tǒng)首先利用陀螺儀產(chǎn)生的角速度數(shù)據(jù)解算出載體的姿態(tài)矩陣，轉(zhuǎn)化為歐??拉角之后可完成載體目前狀態(tài)的可視化。利用角速度信息進行姿態(tài)更新的過程??中，需要考慮載體旋轉(zhuǎn)時的不可交換誤差，尤其在載體圓維運動時，會使得載體??１４??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]單目視覺慣性定位的IMU輔助跟蹤模型[J]. 王帥,潘樹國,黃礪梟,曾攀.  測繪通報. 2018(11)
[2]CE3玉兔號月球車APXS特征X射線能譜信息分析[J]. 劉菁華,王文華,陳圣波,周大鵬.  吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版). 2018(02)
[3]線性廣義系統(tǒng)的最優(yōu)和魯棒滿階平滑器[J]. 竇寅豐,孫書利,冉陳鍵.  控制理論與應(yīng)用. 2018(02)
[4]輪式移動機器人里程計系統(tǒng)誤差校核[J]. 貝旭穎,平雪良,高文研.  計算機應(yīng)用研究. 2018(09)
[5]一種求解姿態(tài)不可交換誤差補償系數(shù)的通用方法[J]. 嚴(yán)恭敏,楊小康,翁浚,秦永元.  宇航學(xué)報. 2017(07)
[6]基于GNSS/MIMU/DR的農(nóng)業(yè)機械組合導(dǎo)航定位方法[J]. 劉進一,杜岳峰,張碩,朱忠祥,毛恩榮,陳雨.  農(nóng)業(yè)機械學(xué)報. 2016(S1)
[7]高動態(tài)捷聯(lián)姿態(tài)測量的改進型圓錐誤差補償算法研究[J]. 王真,高鳳歧,高敏,高偉偉.  科學(xué)技術(shù)與工程. 2015(22)
[8]機載捷聯(lián)慣導(dǎo)數(shù)字仿真器的設(shè)計[J]. 徐景碩,王曉飛,張勝,羅恬穎.  兵工自動化. 2014(12)
[9]智能移動機器人控制系統(tǒng)設(shè)計研究[J]. 孫梅.  硅谷. 2014(16)
[10]里程計輔助的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)研究[J]. 白亮,嚴(yán)恭敏,朱啟舉,田榮軍.  彈箭與制導(dǎo)學(xué)報. 2013(06)

博士論文
[1]基于多傳感器融合的室內(nèi)機器人自主導(dǎo)航方法研究[D]. 張文.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2017
[2]復(fù)雜環(huán)境下不確定輪式移動機器人運動控制的研究[D]. 崔明月.重慶大學(xué) 2012
[3]激光雷達/慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)的一致性與最優(yōu)估計問題研究[D]. 章大勇.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2010

碩士論文
[1]服務(wù)機器人交互設(shè)計研究與應(yīng)用[D]. 邢妍.沈陽工業(yè)大學(xué) 2017
[2]融合激光測距儀和慣導(dǎo)信息的移動機器人室內(nèi)定位方法研究[D]. 閆浩月.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[3]基于多傳感器信息融合的移動機器人定位方法研究[D]. 吳顯.北京交通大學(xué) 2016
[4]光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對準(zhǔn)方法研究[D]. 王曉雪.哈爾濱工程大學(xué) 2016
[5]巡檢機器人UWB無線定位算法和導(dǎo)航控制系統(tǒng)的研究[D]. 曾健.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[6]基于ARM和DSP的微小型組合導(dǎo)航系統(tǒng)研究[D]. 王吉平.哈爾濱工程大學(xué) 2012



本文編號：3057204