基于多传感器的室内机器人组合定位算法研究
发布时间：2021-10-09 02:27
随着科学技术的快速发展,机器人在人们日常生活中的作用逐步提高。作为移动机器人完成各种任务的关键前提,对机器人定位的精度的需求也越来越高。在现有的导航系统中,虽然以全球定位系统（Global Positioning System,GPS）、北斗导航系统（BeiDou Navigation Satellite System,BDS）为主的全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）能够实现对机器人的定位,但在室内情况下,由于存在信号遮挡,GNSS无法满足移动机器人对室内高精度定位导航的需求,所以室内定位技术逐渐成为研究的热点。面向室内移动机器人组合定位,本文首先介绍了目前室内常用的几种定位技术,分析了目前室内定位技术主流传感器的优势和不足。通过分析可以看出,在现有导航定位技术中,DR（Dead Reckoning,DR）技术定位误差随时间累计,LiDAR（Light Detection And Ranging,LiDAR）每个时刻之间误差独立,不随时间累计。为了充分发挥两种传感器的优势,克服它们的不足,本文提出面向室内机器人DR/LiD...
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
正在进行消杀工作的医用机器人
济南大学硕士学位论文13长相乘，计算出每个时刻机器人行走的距离，在通过和上一时刻的不断累加，得出机器人当前时刻位置[48]。码盘由于其技术比较成熟，测速准确，在移动机器人领域应用广泛，常用的电机转速测量方法有测速发电机测速法、霍尔元件测速法和光电码盘测速法，其中光电码盘法应用广泛，本文使用的码盘也是使用了该方法光电码盘通常应用在移动机器人上，将光电码盘安装于电机轴上。增量式光电码盘的原理图如图2.3，光栅固定在转轴，车轮转动时，光栅随动，光电信号转换成脉冲信号。固定光栅然后可以通过单位时间内所测得的脉冲数求出转速量。根据测量时间、光电码盘的栅格数和脉冲数可以计算出当前的转速[49]。假设测量时间为t，光电码盘的栅格数为N，脉冲个数为m则该电机当前的转速Rev如式(2.2)。码盘虽然优点较多，但是也有一个致命的缺点，当车轮打滑时，测量误差会很大，又因为码盘是一种递推式的导航方法，误差会随着时间不断累积，最后会导致误差过大或者导航失效。RevmNt(2.2)图2.3增量式光电码盘原理图电子罗盘和传统指南针有相似之处，但又比传统指南针优势突出，现代电子罗盘由磁阻传感器和磁通门构成，利用地磁场来确定北极。比传统指南针有更好的抗扰性和抗冲击性，可广泛应用在辅助定位或导航，姿态检测等方面。而电子罗盘又分为平面和三维电子罗盘，本文使用的为平面电子罗盘，使用条件比较严格，需要将其置于平面上，如果出现非航向角波动也会导致航向角的测量值出现偏差[50]。
基于多传感器的室内机器人组合定位算法研究142.2.2航迹推算原理下面对航迹推算定位方法进行介绍。使用电子罗盘可以获得机器人航向角，码盘可以获得机器人速度，使用两种传感器通过航迹推算方法粗略的计算出机器人的参考位置[51,52]。假设已知移动机器人的初始位置为原点，以及初始航向角0。通过码盘和电子罗盘能够实时测量出机器人的移动速度1V和航向角1，采样时间T为0.15s。第一时刻位置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)通过前一时刻的x和y两个方向的位移与上一时刻的两个方向位置便可以求出任一时刻机器人位置，航迹推算示意图见图2.4。图2.4航迹推算示意图
本文编号：3425450
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
正在进行消杀工作的医用机器人
济南大学硕士学位论文13长相乘，计算出每个时刻机器人行走的距离，在通过和上一时刻的不断累加，得出机器人当前时刻位置[48]。码盘由于其技术比较成熟，测速准确，在移动机器人领域应用广泛，常用的电机转速测量方法有测速发电机测速法、霍尔元件测速法和光电码盘测速法，其中光电码盘法应用广泛，本文使用的码盘也是使用了该方法光电码盘通常应用在移动机器人上，将光电码盘安装于电机轴上。增量式光电码盘的原理图如图2.3，光栅固定在转轴，车轮转动时，光栅随动，光电信号转换成脉冲信号。固定光栅然后可以通过单位时间内所测得的脉冲数求出转速量。根据测量时间、光电码盘的栅格数和脉冲数可以计算出当前的转速[49]。假设测量时间为t，光电码盘的栅格数为N，脉冲个数为m则该电机当前的转速Rev如式(2.2)。码盘虽然优点较多，但是也有一个致命的缺点，当车轮打滑时，测量误差会很大，又因为码盘是一种递推式的导航方法，误差会随着时间不断累积，最后会导致误差过大或者导航失效。RevmNt(2.2)图2.3增量式光电码盘原理图电子罗盘和传统指南针有相似之处，但又比传统指南针优势突出，现代电子罗盘由磁阻传感器和磁通门构成，利用地磁场来确定北极。比传统指南针有更好的抗扰性和抗冲击性，可广泛应用在辅助定位或导航，姿态检测等方面。而电子罗盘又分为平面和三维电子罗盘，本文使用的为平面电子罗盘，使用条件比较严格，需要将其置于平面上，如果出现非航向角波动也会导致航向角的测量值出现偏差[50]。
基于多传感器的室内机器人组合定位算法研究142.2.2航迹推算原理下面对航迹推算定位方法进行介绍。使用电子罗盘可以获得机器人航向角，码盘可以获得机器人速度，使用两种传感器通过航迹推算方法粗略的计算出机器人的参考位置[51,52]。假设已知移动机器人的初始位置为原点，以及初始航向角0。通过码盘和电子罗盘能够实时测量出机器人的移动速度1V和航向角1，采样时间T为0.15s。第一时刻位置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)通过前一时刻的x和y两个方向的位移与上一时刻的两个方向位置便可以求出任一时刻机器人位置，航迹推算示意图见图2.4。图2.4航迹推算示意图
本文编号：3425450
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