基于MEMS技术的吊钩运动姿态传感器研究

发布时间：2017-08-06 08:12

  本文关键词：基于MEMS技术的吊钩运动姿态传感器研究

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【摘要】：随着我国经济的不断发展,基础设施建设不断扩大,汽车起重机行业得到了巨大的发展,如何检测重物在吊运过程中的加速度、速度和位置等信息,进而预防摆动,提高工作效率,是该行业内亟待解决的热点问题。基于MEMS技术的惯性导航系统具有体积小、功耗低等优点,在许多领域得到了应用,本文从理论与实际两方面,对惯性导航技术在汽车起重机吊钩运动姿态检测中的应用,进行了分析与研究。 本文阐述了MEMS惯性导航技术的发展与现状,论述了对汽车起重机吊钩运动姿态进行检测的必要性；针对汽车起重机吊钩这一特定系统,进行了建模,对其运动状态进行了分析,确定了需要测量的物理参量。阐述了惯性导航系统的基本原理,根据四元数理论建立微分方程,并由此计算姿态矩阵,从而求得姿态角。 MEMS陀螺仪和MEMS加速度计作为惯性导航系统的主要传感器件,它们的精度直接影响整个系统的精度；针对MEMS陀螺的漂移问题,引入MEMS磁性传感器对偏航角进行校正,通过多传感器数据融合算法,提高了姿态角检测精度。针对吊钩的位置检测问题,本文提出了通过检测吊绳的摆角,间接计算得到吊钩位置方案。 最后,基于意法半导体(ST)公司的STEVAL-MKI062V2惯性传感模块构建实物实验平台,完成了整个系统软件的编写与调试,验证了方案的可行性；实验结果表明：本文设计的基于MEMS技术的运动姿态传感器,可以用于汽车起重机吊钩的运动姿态检测。
【关键词】：吊钩姿态 MEMS器件 惯性导航 磁性传感器 NEMO平台
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH213.6;TP212
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 课题背景8-10
• 1.1.1 汽车起重机吊钩运动姿态检测的意义8-9
• 1.1.2 惯性导航技术在吊钩运动姿态检测中的作用9-10
• 1.2 国内外研究现状10-16
• 1.2.1 MEMS技术的研究现状10-11
• 1.2.2 MEMS惯性导航的研究现状11-14
• 1.2.3 吊钩运动姿态检测技术的研究现状14-16
• 1.3 本课题研究的主要内容16-18
• 2 汽车起重机吊钩运动姿态分析18-28
• 2.1 汽车起重机系统简介18-19
• 2.2 汽车起重机运动状态分析19-21
• 2.3 吊钩运动姿态测量方案21-25
• 2.3.1 吊钩摆角测量21-23
• 2.3.2 吊钩旋转角测量23-24
• 2.3.3 吊钩位置计算24-25
• 2.4 吊钩运动姿态传感器原理25-27
• 2.5 本章小结27-28
• 3 基于MEMS惯性导航技术的吊钩运动姿态检测28-40
• 3.1 捷联惯导系统的基本原理28-29
• 3.2 坐标系的选取与转换29-33
• 3.2.1 导航坐标系定义29-31
• 3.2.2 坐标系变换31-33
• 3.3 姿态角解算33-36
• 3.3.1 欧拉法33-34
• 3.3.2 方向余弦法34
• 3.3.3 四元数法34-36
• 3.4 检测系统初始化36-37
• 3.5 信号处理与滤波37-39
• 3.6 本章小结39-40
• 4 吊钩运动姿态传感器实物实验研究40-54
• 4.1 运动姿态传感器硬件实现40-46
• 4.1.1 处理器41-43
• 4.1.2 陀螺仪43-44
• 4.1.3 加速度计和磁强计44-46
• 4.2 运动姿态传感器软件设计46-49
• 4.2.1 开发环境46-48
• 4.2.2 算法设计48-49
• 4.2.3 上位机界面49
• 4.3 吊钩运动姿态传感器实物实验49-53
• 4.3.1 实验方案49-50
• 4.3.2 姿态测量系统的初始对准50-51
• 4.3.3 姿态角测量51-52
• 4.3.4 偏航角测量52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 结论54-55
• 参考文献55-59
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况59-60
• 致谢60-61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：629034