面向偏振光传感器的移动机器人导航平台设计

摘要

移动机器人技术是一门涉及机械、电子、传感、控制等多学科的交叉课题。移动机器人在复杂环境下工作需要具有高精度的导航定位本领来提高其自身的组织和规划能力。本文根据课题需要自行搭建了轮式自主移动机器人平台，该平台采用偏振光传感器来实现导航功能。
　　 本文的移动机器人导航平台采用混合式结构设计，平台的主体结构由执行层和决策层组成。执行层采用一种四轮、差动转向的驱动结构，通过自行搭建的控制系统完成对该机构的运动控制。为提高系统的响应速度，执行层采用基于行为的控制结构设计。决策层是导航平台的控制核心，其主要功能包括：传感器信息的融合、决策算法的实现、控制指令的生成。决策层程序基于Visual C++编写。友好的人机交互界面，便于人工对移动机器人平台进行操作。决策层算法基于模糊控制技术设计。该技术不需要被控对象精确的数学模型，在非完整约束的移动机器人系统上有较好的应用。
　　 移动机器人航位推算系统中的方向信息非常重要，较小的方向误差可能引起较大的位置误差。基于光电编码盘的航位推算系统，其方向误差会随时间累积，因而不能长时间使用。本文使用新型的偏振光传感器与光电编码盘组合成航位推算系统，并将该系统用于移动机器人的室外导航。
　　 文中设计实验对所搭建的移动机器人导航平台进行性能测试，测试结果表明，本文搭建的导航平台性能优越，能较精准地完成导航任务。但是实验结果与设定的理论轨迹相比，仍然存在一定的误差，文中对实验误差进行统计分析，并对产生误差的主要因素进行了分析验证。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1选题依据及意义

1.2移动机器人技术的研究发展现状

1.3移动机器人导航技术的研究发展现状

1.3.1移动机器人导航方法概述

1.3.2移动机器人导航技术的发展趋势

1.4本文的主要研究内容

2导航平台整体设计

2.1移动机器人导航平台的体系结构

2.2平台导航原理

2.2.1偏振光传感器原理及其功能模型

2.2.2 DR系统导航原理

2.2.3 DR系统组成方案的选择

2.3导航平台控制策略

2.4本章小结

3导航平台执行层搭建

3.1导航平台执行层体系结构

3.1.1导航平台控制系统

3.1.2导航平台机械系统

3.2导航平台运动学分析

3.2.1导航平台运动学方程

3.2.2导航平台运动轨迹分析

3.3本章小结

4导航平台决策层设计

4.1导航平台决策系统

4.2模糊控制器设计

4.3模糊控制器的实现

4.4本章小结

5 导航实验结果及误差分析

5.1实验设计

5.1.1实验方法

5.1.2数据处理方法

5.2实验结果验证

5.3误差分析

5.4本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢