基于无线网络的室内移动机器人定位导航方法研究

摘要

目前，可用于移动机器人的导航方式很多，但由于惯性导航系统的定位误差会累积，一般只用作短期定位；其他约束导航系统如磁导航、视觉导航等在进行导航时，需要设置一些特殊的标识，限制了其应用。为提高移动机器人的运动灵活性，从根本上实现自主导航，本课题开发了一种适用于室内移动机器人的、对其工作环境要求低的无线网络定位导航系统。系统以STC12C5616AD单片机为核心处理器，完成了整个系统软、硬件的设计。具体工作如下：
　　 首先介绍了移动机器人定位导航技术的意义、方法以及国内外发展现状。在分析和总结了现有导航定位方法原理的基础上，根据超声波的测距原理，采用三点定位方法，设计了一套以STC12C5616AD单片机为控制核心，以nRF24L01为无线收发芯片的室内移动机器人无线网络定位导航系统。系统主要包括：发射单元模块，定位单元模块、无线通信模块和上位机。安装于移动机器人上的发射单元模块以发射出的超声波为主要测距手段，同时发射红外光辅助测量；定位单元模块用以实现对超声波和红外光的接收，并根据所接收的信号完成发射单元模块与定位单元模块之间距离的计算、显示及补偿；无线通信模块完成上位机与下位机间数据的传输：定位单元模块将测量距离传输给上位机，上位机计算出移动机器人的当前位置以及运动控制量(左右轮速度)，将其送至移动机器人上的车载单元模块，最终控制移动机器人沿既定路径运动。上、下位机的软件设计分别采用VisualC++和C语言完成。在系统完成的基础上，搭建了定位用的实验平台，并完成了移动机器人的定位与导航实验。应用所设计的模糊导航算法，成功地实现了移动机器人在已知环境下的自主导航。实验研究结果表明，所设计的定位导航系统具有结构简单、成本低、抗干扰能力强等优点。
　　 本系统实现了对移动机器人的绝对定位，定位误差不累积，理论上，其定位范围可无限扩张，能满足工业生产自动化系统及大、中型物流系统中室内移动机器人定位与导航精度的要求，具有良好的应用前景。