基于MEMS陀螺仪和加速度计的机器人定位系统研究

发布时间：2017-09-12 18:16

  本文关键词：基于MEMS陀螺仪和加速度计的机器人定位系统研究

  更多相关文章： MEMS加速度计 陀螺仪 51单片机 机器人定位

【摘要】：近年来,随着移动机器人研究的不断深入和其应用领域的不断扩大,人们对于其定位与导航能力的需求日益增大,如何使移动机器人在复杂环境中准确定位,从而使其能够高质量完成任务,成为大家关心的一个问题。尽管专家学者们提出了许多定位技术的解决方案,如卫星定位技术、无限局域网络等等。但是受建设成本、定位时间、定位精度以及复杂环境等条件限制,相对完善的定位技术目前还无法很好地利用。相比于以上提到的被动定位技术,本课题研究了一种主动定位技术,即通过对机器人运动加速度和角度的采集和计算来确定移动机器人的位置。这对于移动机器人定位技术的研究领域是一个有益的补充和尝试。传统的定位系统大多是依靠采集码盘产生的脉冲数进行测距,再经过运算得到机器人的定位信息。这种定位方式在正常情况下是有效的,但是当机器人处于非正常的运动状态,比如移动机器人遇到障碍轮子产生空转时,这种定位方法就会不可靠,造成定位系统错乱,甚至会造成严重的后果。本研究致力于研究一种基于陀螺仪和加速度计的机器人定位系统,该系统通过采集加速度传感器的加速度信号,经过二次积分得到位移信号,并结合MEMS陀螺仪测得的角度信号,最终得到精确的定位信息,此方法有效避免了传统的利用码盘定位的不足,在移动机器人定位系统研究的领域是一个新的思路。本课题是基于MEMS陀螺仪和加速度计完成移动机器人定位系统的研究。本文在基于51单片机的开发平台上对该定位系统进行了硬件设计和实验平台的搭建,并完成了软件的编写。对定位系统进行了实验,分析了实验结果并提出了改进方案。相比于GPS定位技术这类被动定位技术,本研究具有结构简单、成本低廉的优点;相比于利用码盘测距的定位技术,本研究具有能有效防止轮式机器人遇到障碍、轮胎空转引起的定位失效,能够满足在仓库、房间、机器人比赛场地等一系列有限范围的场地或者是一些具有潜在危险而不适合人类亲自进入的工作环境中的机器人定位需求。
【关键词】：MEMS加速度计 陀螺仪 51单片机 机器人定位
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH824.4;TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 本课题的研究背景9-10
• 1.2 机器人定位技术的国内外发展现状10-12
• 1.3 本课题的研究意义12-13
• 1.4 本文的主要内容13-14
• 第二章 基于MEMS陀螺仪和加速度计的机器人定位系统的定位原理以及方案分析14-18
• 2.1 被动式定位及主动式定位的原理分析14-15
• 2.1.1 被动式定位原理14-15
• 2.1.2 主动式定位原理15
• 2.2 基于MEMS陀螺仪和加速度计的机器人定位系统的定位原理15-16
• 2.3 基于MEMS陀螺仪和加速度计的机器人定位系统的方案分析16-17
• 本章小结17-18
• 第三章 定位系统硬件部分设计18-33
• 3.1 定位系统总体结构18
• 3.2 中央处理器18-22
• 3.3 信号采集模块22-29
• 3.3.1 MEMS陀螺仪23-24
• 3.3.2 MEMS加速度计24-26
• 3.3.3 本系统所选用的MEMS陀螺仪和加速度计芯片MPU-605026-29
• 3.4 液晶显示器29-30
• 3.5 电源电路30-31
• 3.6 定位系统实验平台的搭建31-32
• 本章小结32-33
• 第四章 定位系统软件部分设计33-45
• 4.1 定位系统软件总体流程33
• 4.2 编程软件介绍33-35
• 4.3 MPU6050的初始化35-36
• 4.4 LCD1602的初始化36-37
• 4.5 积分算法分析37-44
• 4.5.1 积分算法分析37-40
• 4.5.2 积分算法改进40-44
• 本章小结44-45
• 第五章 实验结果分析以及改进方案45-53
• 5.1 系统实验结果45-50
• 5.1.1 沿x轴作直线运动45-47
• 5.1.2 与x轴成固定角度直线运动47-49
• 5.1.3 先沿x轴作直线运动，再与x轴成角度运动49-50
• 5.2 定位系统实时性分析以及改进方案50-51
• 5.2.1 定位系统实时性分析50
• 5.2.2 定位系统实时性改进方案50-51
• 5.3 定位系统准确性分析及误差解决方案51-52
• 5.3.1 定位系统准确性分析51
• 5.3.2 定位系统准确性改进方案51-52
• 本章小结52-53
• 结论与展望53-55
• 参考文献55-57
• 附录A 机器人定位系统程序代码57-70
• 附录B 硬件系统实物图70-71
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文71-72
• 致谢72-73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 张士钰;孙永荣;陈武;沈雪松;;低成本MEMS加速度计在组合车辆导航中的应用研究[J];电子测量技术;2009年11期

2 刘延杰,孙立宁,蔡鹤皋,裴润;谐波驱动并联机器人的加速度反馈抑振控制[J];哈尔滨工业大学学报;2004年03期

3 张斌;方新秋;邹永m:;尉瑞;程远伟;;基于陀螺仪和里程计的无人工作面采煤机自主定位系统[J];矿山机械;2010年09期

4 赵翔;杜普选;李虎;杨浩淼;;基于MEMS加速度计和陀螺仪的姿态检测系统[J];铁路计算机应用;2012年03期

5 王广民;;用加速度计的积分遥测量计算弹道参数及轨道要素[J];中国空间科学技术;1990年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王鸿鹏;复杂环境下轮式自主移动机器人定位与运动控制研究[D];南开大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 段丙涛;基于惯性传感器的机器人运动轨迹研究及实现[D];电子科技大学;2012年

2 韩利华;基于惯性导航和视觉传感器信息融合的移动机器人定位研究[D];长安大学;2012年

，

本文编号：838767