基于多傳感器的室內(nèi)機(jī)器人組合定位算法研究
發(fā)布時間：2021-10-09 02:27
隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,機(jī)器人在人們?nèi)粘Ｉ钪械淖饔弥鸩教岣摺Ｗ鳛橐苿訖C(jī)器人完成各種任務(wù)的關(guān)鍵前提,對機(jī)器人定位的精度的需求也越來越高。在現(xiàn)有的導(dǎo)航系統(tǒng)中,雖然以全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System,GPS）、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System,BDS）為主的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System,GNSS）能夠?qū)崿F(xiàn)對機(jī)器人的定位,但在室內(nèi)情況下,由于存在信號遮擋,GNSS無法滿足移動機(jī)器人對室內(nèi)高精度定位導(dǎo)航的需求,所以室內(nèi)定位技術(shù)逐漸成為研究的熱點(diǎn)。面向室內(nèi)移動機(jī)器人組合定位,本文首先介紹了目前室內(nèi)常用的幾種定位技術(shù),分析了目前室內(nèi)定位技術(shù)主流傳感器的優(yōu)勢和不足。通過分析可以看出,在現(xiàn)有導(dǎo)航定位技術(shù)中,DR（Dead Reckoning,DR）技術(shù)定位誤差隨時間累計,LiDAR（Light Detection And Ranging,LiDAR）每個時刻之間誤差獨(dú)立,不隨時間累計。為了充分發(fā)揮兩種傳感器的優(yōu)勢,克服它們的不足,本文提出面向室內(nèi)機(jī)器人DR/LiD...
【文章來源】：濟(jì)南大學(xué)山東省
【文章頁數(shù)】：74 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
正在進(jìn)行消殺工作的醫(yī)用機(jī)器人
濟(jì)南大學(xué)碩士學(xué)位論文13長相乘，計算出每個時刻機(jī)器人行走的距離，在通過和上一時刻的不斷累加，得出機(jī)器人當(dāng)前時刻位置[48]。碼盤由于其技術(shù)比較成熟，測速準(zhǔn)確，在移動機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，常用的電機(jī)轉(zhuǎn)速測量方法有測速發(fā)電機(jī)測速法、霍爾元件測速法和光電碼盤測速法，其中光電碼盤法應(yīng)用廣泛，本文使用的碼盤也是使用了該方法光電碼盤通常應(yīng)用在移動機(jī)器人上，將光電碼盤安裝于電機(jī)軸上。增量式光電碼盤的原理圖如圖2.3，光柵固定在轉(zhuǎn)軸，車輪轉(zhuǎn)動時，光柵隨動，光電信號轉(zhuǎn)換成脈沖信號。固定光柵然后可以通過單位時間內(nèi)所測得的脈沖數(shù)求出轉(zhuǎn)速量。根據(jù)測量時間、光電碼盤的柵格數(shù)和脈沖數(shù)可以計算出當(dāng)前的轉(zhuǎn)速[49]。假設(shè)測量時間為t，光電碼盤的柵格數(shù)為N，脈沖個數(shù)為m則該電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速Rev如式(2.2)。碼盤雖然優(yōu)點(diǎn)較多，但是也有一個致命的缺點(diǎn)，當(dāng)車輪打滑時，測量誤差會很大，又因為碼盤是一種遞推式的導(dǎo)航方法，誤差會隨著時間不斷累積，最后會導(dǎo)致誤差過大或者導(dǎo)航失效。RevmNt(2.2)圖2.3增量式光電碼盤原理圖電子羅盤和傳統(tǒng)指南針有相似之處，但又比傳統(tǒng)指南針優(yōu)勢突出，現(xiàn)代電子羅盤由磁阻傳感器和磁通門構(gòu)成，利用地磁場來確定北極。比傳統(tǒng)指南針有更好的抗擾性和抗沖擊性，可廣泛應(yīng)用在輔助定位或?qū)Ш�，姿態(tài)檢測等方面。而電子羅盤又分為平面和三維電子羅盤，本文使用的為平面電子羅盤，使用條件比較嚴(yán)格，需要將其置于平面上，如果出現(xiàn)非航向角波動也會導(dǎo)致航向角的測量值出現(xiàn)偏差[50]。
基于多傳感器的室內(nèi)機(jī)器人組合定位算法研究142.2.2航跡推算原理下面對航跡推算定位方法進(jìn)行介紹。使用電子羅盤可以獲得機(jī)器人航向角，碼盤可以獲得機(jī)器人速度，使用兩種傳感器通過航跡推算方法粗略的計算出機(jī)器人的參考位置[51,52]。假設(shè)已知移動機(jī)器人的初始位置為原點(diǎn)，以及初始航向角0。通過碼盤和電子羅盤能夠?qū)崟r測量出機(jī)器人的移動速度1V和航向角1，采樣時間T為0.15s。第一時刻位置11,xyPP可由式(2.5)(2.6)得出。110sinxSVT(2.3)110cosySVT(2.4)101=+xxxPPS(2.5)101=+yyyPPS(2.6)通過前一時刻的x和y兩個方向的位移與上一時刻的兩個方向位置便可以求出任一時刻機(jī)器人位置，航跡推算示意圖見圖2.4。圖2.4航跡推算示意圖
本文編號：3425450
【文章來源】：濟(jì)南大學(xué)山東省
【文章頁數(shù)】：74 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
正在進(jìn)行消殺工作的醫(yī)用機(jī)器人
濟(jì)南大學(xué)碩士學(xué)位論文13長相乘，計算出每個時刻機(jī)器人行走的距離，在通過和上一時刻的不斷累加，得出機(jī)器人當(dāng)前時刻位置[48]。碼盤由于其技術(shù)比較成熟，測速準(zhǔn)確，在移動機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，常用的電機(jī)轉(zhuǎn)速測量方法有測速發(fā)電機(jī)測速法、霍爾元件測速法和光電碼盤測速法，其中光電碼盤法應(yīng)用廣泛，本文使用的碼盤也是使用了該方法光電碼盤通常應(yīng)用在移動機(jī)器人上，將光電碼盤安裝于電機(jī)軸上。增量式光電碼盤的原理圖如圖2.3，光柵固定在轉(zhuǎn)軸，車輪轉(zhuǎn)動時，光柵隨動，光電信號轉(zhuǎn)換成脈沖信號。固定光柵然后可以通過單位時間內(nèi)所測得的脈沖數(shù)求出轉(zhuǎn)速量。根據(jù)測量時間、光電碼盤的柵格數(shù)和脈沖數(shù)可以計算出當(dāng)前的轉(zhuǎn)速[49]。假設(shè)測量時間為t，光電碼盤的柵格數(shù)為N，脈沖個數(shù)為m則該電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速Rev如式(2.2)。碼盤雖然優(yōu)點(diǎn)較多，但是也有一個致命的缺點(diǎn)，當(dāng)車輪打滑時，測量誤差會很大，又因為碼盤是一種遞推式的導(dǎo)航方法，誤差會隨著時間不斷累積，最后會導(dǎo)致誤差過大或者導(dǎo)航失效。RevmNt(2.2)圖2.3增量式光電碼盤原理圖電子羅盤和傳統(tǒng)指南針有相似之處，但又比傳統(tǒng)指南針優(yōu)勢突出，現(xiàn)代電子羅盤由磁阻傳感器和磁通門構(gòu)成，利用地磁場來確定北極。比傳統(tǒng)指南針有更好的抗擾性和抗沖擊性，可廣泛應(yīng)用在輔助定位或?qū)Ш�，姿態(tài)檢測等方面。而電子羅盤又分為平面和三維電子羅盤，本文使用的為平面電子羅盤，使用條件比較嚴(yán)格，需要將其置于平面上，如果出現(xiàn)非航向角波動也會導(dǎo)致航向角的測量值出現(xiàn)偏差[50]。
基于多傳感器的室內(nèi)機(jī)器人組合定位算法研究142.2.2航跡推算原理下面對航跡推算定位方法進(jìn)行介紹。使用電子羅盤可以獲得機(jī)器人航向角，碼盤可以獲得機(jī)器人速度，使用兩種傳感器通過航跡推算方法粗略的計算出機(jī)器人的參考位置[51,52]。假設(shè)已知移動機(jī)器人的初始位置為原點(diǎn)，以及初始航向角0。通過碼盤和電子羅盤能夠?qū)崟r測量出機(jī)器人的移動速度1V和航向角1，采樣時間T為0.15s。第一時刻位置11,xyPP可由式(2.5)(2.6)得出。110sinxSVT(2.3)110cosySVT(2.4)101=+xxxPPS(2.5)101=+yyyPPS(2.6)通過前一時刻的x和y兩個方向的位移與上一時刻的兩個方向位置便可以求出任一時刻機(jī)器人位置，航跡推算示意圖見圖2.4。圖2.4航跡推算示意圖
本文編號：3425450
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