本文關(guān)鍵詞：全向移動機(jī)器人慣性導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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【摘要】：慣性導(dǎo)航技術(shù)具有不受地域限制,不依賴于外部信號,可實(shí)時、高精度地輸出姿態(tài)和位置信息等特點(diǎn),已成為移動機(jī)器人自主定位與導(dǎo)航技術(shù)的研究熱點(diǎn)。將慣性元器件固聯(lián)在全向移動機(jī)器人或者自動引導(dǎo)車(AGV)上,可搭建捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng),該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、維護(hù)方便、精度較高,便于與其他導(dǎo)航方式組合,有著良好的應(yīng)用前景。本文以微慣性測量單元(MIMU)為基礎(chǔ),基于全向移動機(jī)器人平臺設(shè)計(jì)了慣性導(dǎo)航系統(tǒng),包括對MIMU進(jìn)行誤差建模研究及驗(yàn)證,設(shè)計(jì)擴(kuò)展卡爾曼濾波器(EKF)融合加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)的輸出,實(shí)現(xiàn)四元數(shù)狀態(tài)更新,從而解算全向移動機(jī)器人姿態(tài)信息并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證精度。首先,結(jié)合全向移動機(jī)器人的應(yīng)用環(huán)境及其自身特點(diǎn),完成了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)。以MIMU為核心,設(shè)計(jì)慣性導(dǎo)航硬件系統(tǒng),并完成MPU9250 I2C通信方案配置、GPS模塊配置、藍(lán)牙模塊配置等控制系統(tǒng)的軟件代碼實(shí)現(xiàn)。然后,分析MIMU的主要誤差來源,完成系統(tǒng)誤差建模；利用分立標(biāo)定法(靜態(tài)多位置標(biāo)定和角速率標(biāo)定)對加速度計(jì)進(jìn)行標(biāo)定：接著利用標(biāo)定后的加速度計(jì)信息完成陀螺儀的誤差標(biāo)定；綜合利用橢圓擬合法和分立標(biāo)定法完成對磁力計(jì)的標(biāo)定；并分別實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明標(biāo)定效果理想；針對地磁場不斷變化的情況,提出一種磁力計(jì)的快速標(biāo)定方法。最后,設(shè)計(jì)擴(kuò)展卡爾曼濾波器,實(shí)現(xiàn)四元數(shù)狀態(tài)更新后解算載體姿態(tài)信息并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證精度；對加速度計(jì)輸出進(jìn)行平滑處理,降低全向移動機(jī)器人運(yùn)動時的振動噪聲干擾；針對地磁場不斷變化的特點(diǎn),設(shè)計(jì)自校正程序,減小漂移誤差；進(jìn)行機(jī)器人靜態(tài)及動態(tài)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精度。
【關(guān)鍵詞】：全向移動機(jī)器人 慣性導(dǎo)航 誤差標(biāo)定 姿態(tài)解算 擴(kuò)展卡爾曼濾波
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展10-11
• 1.2.2 慣性儀表的發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航算法研究概況12
• 1.3 課題來源12-13
• 1.4 論文組織結(jié)構(gòu)13-15
• 第二章 捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)基本原理15-21
• 2.1 慣性導(dǎo)航中常用坐標(biāo)系15-16
• 2.2 姿態(tài)角的定義16
• 2.3 捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的工作原理16-19
• 2.3.1 歐拉角法17
• 2.3.2 方向余弦法17-18
• 2.3.3 四元數(shù)法18-19
• 2.3.4 歐拉角法、方向余弦法和四元數(shù)法的關(guān)系19
• 2.4 本章小結(jié)19-21
• 第三章 微型慣性導(dǎo)航系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)21-33
• 3.1 需求分析及方案設(shè)計(jì)21
• 3.2 關(guān)鍵元器件選型分析21-25
• 3.2.1 慣性元器件選型21-22
• 3.2.2 GPS模塊選型22-23
• 3.2.3 藍(lán)牙模塊選型23-24
• 3.2.4 MCU選型24-25
• 3.3 硬件電路設(shè)計(jì)25-27
• 3.3.1 微處理器外部電路設(shè)計(jì)25
• 3.3.2 MPU9250外部電路設(shè)計(jì)25-27
• 3.4 MPU9250軟件配置27-30
• 3.4.1 I2C通信方案27
• 3.4.2 I2C通信協(xié)議27-28
• 3.4.3 I2C通信過程28-29
• 3.4.4 寄存器配置及參數(shù)初始化29-30
• 3.5 GPS模塊配置30-32
• 3.5.1 NMEA-0183協(xié)議簡介30-31
• 3.5.2 SGPRMC協(xié)議解析31
• 3.5.3 u-center軟件配置GPS參數(shù)31-32
• 3.6 本章小結(jié)32-33
• 第四章 MIMU誤差建模研究33-47
• 4.1 誤差源分析33
• 4.2 誤差建模分析33-36
• 4.2.1 系統(tǒng)誤差建模33-35
• 4.2.2 陀螺儀誤差建模35-36
• 4.3 MPU9250標(biāo)定方法研究36-40
• 4.3.1 加速度計(jì)和磁力計(jì)標(biāo)量場校準(zhǔn)36-37
• 4.3.2 加速度計(jì)和磁力計(jì)轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)校準(zhǔn)37-38
• 4.3.3 陀螺儀重力場校準(zhǔn)38
• 4.3.4 陀螺儀轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)校準(zhǔn)38-39
• 4.3.5 磁力計(jì)橢圓擬合修正39-40
• 4.4 慣性器件誤差標(biāo)定40-45
• 4.4.1 磁力計(jì)橢球擬合標(biāo)定40-41
• 4.4.2 加速度計(jì)和磁力計(jì)標(biāo)量場校準(zhǔn)41-42
• 4.4.3 加速度計(jì)和磁力計(jì)轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)校準(zhǔn)42-43
• 4.4.4 陀螺儀重力場校準(zhǔn)校準(zhǔn)43-44
• 4.4.5 陀螺儀轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)校準(zhǔn)44-45
• 4.5 MPU9250標(biāo)定效果驗(yàn)證45-46
• 4.6 磁力計(jì)的快速標(biāo)定46
• 4.7 本章小結(jié)46-47
• 第五章 姿態(tài)解算算法研究47-56
• 5.1 卡爾曼濾波器47-48
• 5.2 擴(kuò)展卡爾曼濾波算法48-50
• 5.2.1 離散時間非線性動態(tài)系統(tǒng)描述48
• 5.2.2 擴(kuò)展Kalman濾波算法48-50
• 5.2.3 Q、R及P0對濾波器性能的影響50
• 5.3 姿態(tài)解算算法50-51
• 5.3.1 擴(kuò)展卡爾曼濾波器50-51
• 5.3.2 運(yùn)動噪聲抑制51
• 5.4 全向移動機(jī)器人平臺的靜態(tài)及動態(tài)實(shí)驗(yàn)51-55
• 5.4.1 實(shí)驗(yàn)對象51-52
• 5.4.2 軟件平臺52-53
• 5.4.3 磁力計(jì)上電自校正53
• 5.4.4 姿態(tài)角靜態(tài)漂移實(shí)驗(yàn)53-54
• 5.4.5 姿態(tài)角動態(tài)跟隨實(shí)驗(yàn)54-55
• 5.5 本章小結(jié)55-56
• 第六章 總結(jié)與展望56-57
• 6.1 總結(jié)56
• 6.2 展望56-57
• 致謝57-58
• 參考文獻(xiàn)58-61
• 作者簡介61

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 趙晗;汪立新;趙曦晶;沈強(qiáng);;基于間隔子樣旋轉(zhuǎn)矢量的SINS圓錐誤差補(bǔ)償[J];壓電與聲光;2015年01期

2 王興松;;Mecanum輪全方位移動機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用[J];機(jī)械制造與自動化;2014年03期

3 龍禮;張合;;三軸地磁傳感器誤差的自適應(yīng)校正方法[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2013年01期

4 謝啟源;陸宇平;喬兵;李淵;;一種基于橢球約束和Procrustes分析的磁矢量傳感器校正算法[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2012年12期

5 李勇;劉文怡;李杰;張曉明;蔣竅;;基于橢球擬合的三軸磁傳感器誤差補(bǔ)償方法[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2012年07期

6 賴際舟;呂品;張玲;劉建業(yè);;旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)中的圓錐誤差分析及其補(bǔ)償[J];南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2012年02期

7 陸辰;李榮冰;劉建業(yè);杭義軍;;微型航姿系統(tǒng)中三軸MEMS加速度計(jì)組合誤差建模方法[J];測試技術(shù)學(xué)報(bào);2011年01期

8 胡士峰;馬建倉;孟凡路;;基于MEMS傳感器的微慣性導(dǎo)航系統(tǒng)研究[J];計(jì)算機(jī)測量與控制;2009年05期

9 鮑其蓮;吳周潔;;低成本捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對準(zhǔn)方法[J];中國慣性技術(shù)學(xué)報(bào);2008年05期

10 祝燕華;劉建業(yè);錢偉行;賴際舟;;低成本捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的靜基座快速精對準(zhǔn)方法[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);2008年05期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張強(qiáng);船載衛(wèi)星天線測姿系統(tǒng)初始對準(zhǔn)技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2008年

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本文編號：899380