基于道路信息的户外移动机器人定位技术的研究

摘要

全球定位系统（GPS）是如今被广泛使用的户外移动机器人定位方法。然而，由于卫星信号容易受天气、建筑物遮挡等外界环境的影响，有时不能提供理想的定位效果。利用激光扫描仪、视觉传感器进行户外移动机器人定位是如今的研究热点。然而这些定位方法通常有着计算量大、容易受外部环境影响和价格昂贵等缺点。
　　为了解决上述定位方法存在的问题，本文提出一种基于道路信息的户外移动机器人定位方法。通过地理信息系统来提取道路信息，运用坐标转换算法和机器人地形倾斜模型（RTI）对提取的道路信息做处理得到道路的地图。当机器人行驶在道路上时，通过传感器实时测得机器人的姿态、速度和GPS数据，通过粒子滤波器融合上述数据和道路地图，从而得到机器人的位置。
　　本文介绍了实验平台的搭建。设计了IMU模块，用来测量机器人的姿态。同时由于Android智能手机的广泛使用和备受好评，本文选择了Android手机来开发客户端，接收传感器数据，实时运行本文的定位算法并在地图上显示机器人的位置。
　　本文设计了三个实验来验证定位算法。三次实验分别选取了不同类型和长度的道路。实验一主要是用来验证定位算法的性能，分析了算法的定位误差和初始误差对定位的影响；实验二是用来验证定位算法在长距离、不同道路类型下依然可以使机器人准确定位；实验三的路径包括了次干道、支路、隧道和城市峡谷等道路类型，主要用来验证算法在复杂的城市道路环境中的表现。本文对实验结果作了细致的分析，证明了算法可应用于长距离定位和复杂的城市道路情况，并得到理想的定位效果。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章绪 论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

1.4本文结构

第2章道路信息提取与处理

2.1道路信息的提取

2.2道路信息的处理

2.3本章小结

第3章移动机器人定位算法

3.1粒子滤波算法

3.2基于粒子滤波的定位算法

3.3本章小结

第4章实验平台搭建

4.1机器人平台

4.2 IMU模块设计

4.3蓝牙通信模块

4.4测速单元

4.5 Android客户端开发

4.6本章小结

第5章实验设计与结果分析

5.1实验设计

5.2实验结果分析

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

声明

致谢