物联网环境下的移动机器人定位与控制

发布时间：2017-04-01 21:07

  本文关键词：物联网环境下的移动机器人定位与控制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：移动机器人作为一种具有高度自主能力的智能系统,能够代替人类执行各种高难度的任务,在现代社会得到了越来越广泛的应用。尤其在物联网时代,移动机器人技术与物联网技术的结合,实现了物联网与机器人的优势互补,为物联网和移动机器人的发展与应用带来了新的挑战与机遇。论文主要针对物联网环境下移动机器人的定位以及轨迹跟踪控制问题展开研究,具体研究内容和成果如下:首先,对移动机器人的运动学与动力学特性进行了分析,建立了移动机器人在理想条件下和存在滑动条件下的运动学模型和动力学模型。其次,对物联网定位技术和算法进行了介绍,在物联网无线定位技术基础上,设计了移动机器人的定位系统,并给出了基于传感器测量数据置信度的自适应联邦滤波算法,对定位系统进行数据融合处理,实现了对移动机器人的精确定位。然后,分别对理想和存在滑动条件下移动机器人的轨迹跟踪算法进行研究。在理想条件下,应用干扰观测器对系统不确定量进行估计,并设计了快速终端滑模轨迹跟踪控制器,实现了移动机器人对期望轨迹的有限时间跟踪。在存在滑动的情况下,设计了基于干扰观测器的移动机器人轨迹跟踪控制律,消除了滑动的影响,实现了移动机器人的高精度轨迹跟踪。最后,搭建了物联网环境下移动机器人硬件系统,对物联网环境下的控制器、传感器系统、运动控制台等部分进行了具体设计,并通过实验对所设计移动机器人系统的有效性进行了验证。
【关键词】：移动机器人 物联网 定位 联邦滤波 轨迹跟踪 滑模控制 干扰观测器
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.44;TN929.5;TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注释表12-14
• 第一章 绪论14-24
• 1.1 研究意义及背景14-16
• 1.2 国内外研究现状16-23
• 1.2.1 轨迹跟踪控制研究现状17-19
• 1.2.2 机器人定位技术研究现状19-20
• 1.2.3 物联网技术与物联网定位技术研究现状20-23
• 1.3 论文研究的主要内容23-24
• 第二章 移动机器人的数学模型24-33
• 2.1 引言24
• 2.2 移动机器人的建模分析24-26
• 2.2.1 坐标系统24-25
• 2.2.2 移动机器人的非完整性分析25-26
• 2.3 移动机器人的运动学模型26-30
• 2.3.1 理想条件下的运动学模型26-28
• 2.3.2 非理想条件下的运动学模型28-30
• 2.4 移动机器人的动力学模型30-32
• 2.4.1 理想条件下移动机器人的动力学模型30-31
• 2.4.2 非理想条件下移动机器人的动力学模型31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 物联网环境下的移动机器人定位33-60
• 3.1 引言33
• 3.2 物联网定位技术33-39
• 3.2.1 无线定位技术与定位原理33-36
• 3.2.2 无线定位算法36-39
• 3.3 基于物联网的移动机器人定位系统设计39-49
• 3.3.1 定位系统总体设计39-40
• 3.3.2 UWB定位模块设计40-42
• 3.3.3 扫描匹配定位设计42-45
• 3.3.4 基于里程计的定位设计45-46
• 3.3.5 实验分析46-49
• 3.4 基于联邦滤波的移动机器人室内定位方法49-56
• 3.4.1 联邦滤波器原理49-51
• 3.4.2 基于可信度的联邦滤波器设计51-56
• 3.5 仿真与分析56-59
• 3.6 本章小结59-60
• 第四章 移动机器人轨迹跟踪控制60-80
• 4.1 引言60
• 4.2 理想条件下移动机器人的轨迹跟踪控制60-69
• 4.2.1 干扰观测器设计62
• 4.2.2 快速终端滑模控制器设计62-65
• 4.2.3 仿真分析65-69
• 4.3 滑动存在条件下移动机器人的轨迹跟踪控制69-79
• 4.3.1 终端滑模干扰观测器设计69-71
• 4.3.2 轨迹跟踪控制器设计71-75
• 4.3.3 仿真分析75-79
• 4.4 本章小结79-80
• 第五章 移动机器人软硬件系统设计80-107
• 5.1 引言80
• 5.2 系统总体设计80-82
• 5.2.1 物联网实验环境搭建80-81
• 5.2.2 硬件系统总体设计81-82
• 5.3 硬件系统具体设计82-95
• 5.3.1 控制器82-84
• 5.3.2 电源模块设计84-85
• 5.3.3 传感器系统设计85-92
• 5.3.4 电机驱动模块设计92-94
• 5.3.5 无线通信模块设计94-95
• 5.4 移动机器人控制程序设计95-97
• 5.5 控制台软件设计97-102
• 5.5.1 串口设置和通信流程设计97-100
• 5.5.2 移动机器人状态信息显示程序设计100-102
• 5.6 实验结果102-106
• 5.7 本章小结106-107
• 第六章 总结与展望107-109
• 6.1 论文工作总结107
• 6.2 展望107-109
• 参考文献109-116
• 致谢116-117
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文117

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本文编号：281287