基于MIMU的相对定位技术研究+MATLAB仿真(6)
时间:2017-01-18 18:20 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
由于研究的机器人属于小型机器人，GPS虽然实时定位效果好，但其定位精度一般以米为数量级，而且在室内，机器人很难每时每刻接收到准确的GPS定位信息，很容易丢失信息或者产生错误，因此GPS定位不予考虑。 课题的研究是基于MIMU的相对定位系统，因此将基于MIMU的航迹推算作为导航系统，又由航迹推算的特点可知，随着时间的推移，航迹推算系统的误差是一个发散的过程。如果不进行补偿或者补偿方法不当，则对机器人的定位精度会越来越差。所以选择基于光电编码器的测距法进行组合导航，以提高导航精度。 但是测距法与航迹推算法都属于相对定位技术，虽然组合导航减小了单独导航的误差，但随着时间的增加，误差还是会累积，因此选择路标作为辅助导航。 所以，本课题研究的主要技术路线是，选择基于MIMU/光电编码器的组合导航，并借助于路标点进行适当的修正，以得到定位精度的要求。 2.6 本章小结 本章介绍相对定位与绝对定位的概念，阐述相对定位中，航迹推算与测距法的原理与特点，以及绝对定位中，GPS与基于路标定位的原理与特点。分析课题研究内容与研究要求，最后选择基于MIMU/光电编码器的组合导航，并借助于路标点进行修正的技术路线。 3 基于MIMU/光电编码器的组合导航系统 3.1 引言 上一章中，已经得出使用基于MIMU/光电编码器的组合导航技术路线，并论述了其优越性。这一章，具体阐述论文研究的定位方案。 先分别阐明基于MIMU和基于光电编码器的定位原理。然后阐述基于MIMU/光电编码器的组合定位方案，介绍卡尔曼滤波算法的原理，核心是设计基于卡尔曼滤波算法的组合滤波器。 3.2 基于MIMU的机器人导航系统 本研究使用的移动机器人，其运动状况如图3.1所示。 图3.1机器人运动状况示意图 机器人的实际运动是十分复杂的，例如实际地面不可能完全水平，高低不平是无法避免的，但是如果考虑地面的实际情况，运动的研究就会复杂很多，因此，本研究中简化了运动模型，假设地面完全水平。 为了确定移动机器人在平面中的位置，我们给机器人建立了两个坐标系，图中 为世界坐标系， 为它的局部坐标系。两坐标系之间的角度差由 给定， 为机器人前进方向。 在X，Y方向上各安装一个微型加速度计，通过对多款MEMS加速度计的比较，按照满足性能要求的同时减小系统体积和成本的原则，本文选用Hitachi Metals公司的H48C三轴加速度计模组，用以测量X,Y轴方向上的加速度 和 ，H48C是一款基于MEMS技术和COMSIC技术的集加速度传感器和信号放大处理电路于一体的加速度测量器件。它具有以下特点：可同时感应三个方向的加速度；具有补偿校正功能；低功耗；抗冲击性强；体积很小(4.8×4.8×1.5mm)。 在垂直于XY平面上的Z轴上安装微型陀螺仪，本文选用ADI公司ADXR300陀螺，ADXR300陀螺是一款单轴角速率陀螺。它具有以下特点：振动抑制的带宽大；抗冲击性强；体积小(7×7×3mm)；具有高精度的电压基准输出。用它来测量移动机器人航向角 的变化。 由测量得到的 ， ， ，以及已知的初始时刻位置，即可根据航位推算得到每个时刻移动机器人的位置。其运动学方程为： 其中下标“m”表示，这些量是由MIMU测量得出的。 计算得到的 ， ， 分别为世界坐标系中，沿X，Y轴的速度以及偏向角的转速。根据航迹推算原理可知，计算移动机器人在世界坐标系中的X,Y轴上坐标，以及航向角的公式如下： （3.2） (责任编辑：qin) |