差速转向轮式移动机器人的导航信号检测与定位研究

摘要

本文以研究所自主开发的轮式移动机器人为研究对象，从工程应用的实际需要出发，利用计算机控制技术、经典控制方法、传感器检测技术和信号处理技术，对轮式移动机器人在实际工程中的应用、运动学建模、计算机控制系统的组成和开发、信号的检测与处理、侧向定位等内容进行了较为深入的分析和研究。首先，针对两轮差速转向移动机器人进行运动学建模为后续的运动控制建立基础。接着论述了计算机控制的组成和开发，导航信号的检测与数字滤波处理。导航信号检测是针对轮式移动机器人的超声波传感器、陀螺仪等展开的。采用防脉冲和低通滤波两种方法对信号进行了数字滤波，得到了良好的效果。最后，采用传统的PID控制方法对轮式移动机器人进行了侧向定位实验。实验所得的侧向定位位置精度可达±0.8916m，角度(姿态)精度可达到±0.4385°。由于本文的研究是在多部轮式移动机器人的开发背景下完成的，对于其中提出的一些新的思路和方法，在研究的过程中，都得到了及时的实践检验并加以改进，所以，本文中的一些方法和相关结论均来源于实际的开发过程，因而对轮式移动机器人的设计和开发具有一定的借鉴作用。

目录

摘要

ABSTRACT

1 前言

1.1 引言

1.2 轮式移动机器人国内外研究现状

1.3 轮式移动机器人的关键技术

1.3.1 传感技术

1.3.2 AGV的导航方式

1.3.3 环境信息建模

1.3.4 移动机器人的路径规划

1.4 课题的研究背景、实验条件及意义

1.5 本论文的主要研究内容

2 差速转向轮式移动机器人运动学分析

2.1 轮式移动机器人的构型及分类

2.2 差速转向 AGV的运动学分析

2.3 本章小结

3 轮式移动机器人计算机控制系统的组成和开发

3.1 引言

3.2 AGV控制系统的硬件组成

3.3 控制系统的软件开发

3.3.1 软件开发环境

3.3.2 主程序的结构和功能

3.3.3 运动控制程序的编制

3.4 控制系统相关参数的调整和设定

3.4.1 伺服中断周期的确定

3.4.2 辅助功能变量的调试和设定

3.5 本章小结

4 差速转向轮式移动机器人的导航信号检测与处理

4.1 信号检测用传感器

4.1.1 超声波传感器

4.1.2 角速度测量传感器─陀螺仪

4.2 陀螺仪的标定

4.2.1 陀螺仪标定框图

4.2.2 陀螺仪标定的实现

4.2.3 数据拟合及误差分析

4.3 信号的数字滤波及分析比较

4.3.1 几种常见数字滤波原理

4.3.2 数字滤波的实现及其评价

4.4 本章小结

5 差速转向轮式移动机器人的侧向定位实验

5.1 基于 PID的 AGV侧向定位方法

5.1.1 AGV侧向定位原理

5.1.2 AGV侧向定位控制原理

5.1.3 PID控制原理及其分析

5.2 基于 PID的AGV侧向定位实验

5.2.1 侧向定位实验

5.2.2 基于 PID的 AGV侧向定位精度分析

5.3 本章小结

6 全文总结及展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文:

获奖情况: