全区域覆盖自主移动机器人数字化环境的建立与定位系统的研究

摘要

本文以全区域覆盖自主移动机器人为研究对象，着重研究其三维数字化环境建立的关键技术与方法。对环境信息的获取，文中采用光电编码器—三轴罗盘组合定位系统获取环境边界信息和障碍物边界信息；选用LMS激光扫描仪获取环境中障碍物空间信息。在分析了组合定位系统的累积误差的基础上，提出了基于合作信标的激光全局定位的修正方法，并通过实验验证了该方法具有较高的精度与可行性。对环境信息的处理，鉴于存储空间和处理速度的考虑，文中采用串口通信方式由上位机处理，生成了环境地图数据库。基于工作区域中的三维地形数据点，文中采用双三次B样条函数插值法，应用Matlab软件仿真得出拟合数字地形面。并将建立的数字地图应用于机器人全区域覆盖的导航，给出了边界判别算法。最后，作者根据机器人的实际运行，进行了专门的软硬件设计。

目录

文摘

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1绪论

1.1引言

1.2移动机器人国内外研究现状与发展趋势

1.3移动机器人环境识别及其关键技术

1.3.1移动机器人的定位技术

1.3.2移动机器人探测环境的传感器技术

1.3.3移动机器人的多传感器信息融合技术

1.4本课题的来源、研究背景及意义

1.5本课题主要研究内容

2全区域覆盖自主移动机器人数字化环境信息的获取

2.1引言

2.2数字化环境建立的定位技术与定位传感器的研究与选择

2.3数字化环境信息获取的方案概述

2.3.1坐标系的定义与变换

2.3.2光电编码器—三轴罗盘组合定位原理

2.4工作区域数字化环境信息的获取

2.4.1三维工作区域主边界信息的获取

2.4.2三维工作区域障碍物信息的获取

2.4.3三维工作区域信息的获取

2.5组合定位系统的误差分析与修正

2.5.1三轴罗盘的误差修正

2.5.2基于合作信标探测的光电编码器的累积误差修正

本章小结

3数字化环境信息的处理与基于环境信息的导航

3.1引言

3.2环境信息处理方案概述

3.3数字环境地图数据库的生成

3.3.1数字环境地图数据库的数据存储结构

3.3.2环境地图数据库的生成

3.4基于双三次B样条插值的数字环境地形面的构造

3.5基于数字化环境地图的导航

本章小结

4数字化环境建立的软、硬件设计

4.1引言

4.2硬件电路设计

4.2.1硬件总体结构

4.2.2光电编码器倍频鉴相电路

4.2.3三轴罗盘信号处理电路

4.2.4 LMS接口电路

4.2.5 DSP与PC机之间的串行通信

4.3软件程序设计

4.3.1系统主程序设计

4.3.2三维环境地图信息生成程序

4.3.3串口通信中断子程序

4.3.4三维环境地图信息处理子程序

4.3.5三维环境边界识别子程序

本章小结

5结论

致谢

参考文献