一种适用于太阳能电池板清扫的智能机器人的研究

摘要

太阳能作为一种无污染的新型能源，在能源领域构成中太阳能发电量每年大幅度的增长。但是太阳能电池板上的表面覆盖的灰尘如果长时间不清理，电池板光电换效率会降低。因此保持电池板表面的清洁对于提高太阳能电池板的光电转换效率具有重要的意义。　　针对太阳能电池板清扫问题，本文设计了一款基于嵌入式微处理器的太阳能电池板清扫机器人，完成对太阳能电池板的自动清扫。本文完成了对太阳能电池板清扫机器人的整体设计和控制系统的软件硬件设计。通过要实现的功能，完成了对清扫机器人的机械结构的设计。在定位方法上采用IMU与地磁传感器通过多传感器数据融合的方式来得到清扫机器人的位姿信息。利用自适应扩展卡尔曼滤波算法作为多传感器数据融合算法，由于在迭代过程中可以避免使用测量噪音协方差R，能够使得机器人的位姿估计更为精准。设置由位置环与姿态环的双环轨迹跟踪控制器，实现对机体的有效控制。　　通过实验样机对定位方法进行验证。首先通过对编码器、超声波传感器、陀螺仪进行测量以及误差校正来减少传感器的误差，使得定位结果更加精准。定位实验可以确定通过自适应扩展卡尔曼滤波算法达到精准定位的效果。

目录

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变量注释表

1 绪论

1.1引言

1.2国内外研究及应用现状

1.3 课题研究内容

2 机器人整体设计及定位技术分析

2.1.1 机器人需求分析

2.1.2 机器人的机械结构

2.2机器人关键技术分析

2.2.1 定位技术

2.2.2 传感器技术

2.2.3 路径规划

2.3 本章小结

3 机器人多传感器信息融合以及定位导航系统设计

3.1多传感器数据融合

3.1.1 卡尔曼滤波

3.1.2 扩展卡尔曼滤波

3.13 自适应拓展卡尔曼滤波

3.14 仿真验证

3.2机器人位姿估计

3.2.1 机器人位姿状态模型

3.2.2 机器人姿态解算

3.3机器人轨迹跟踪算法

3.3.1 机器人运动学模型

3.3.2 位置控制律设计

3.3.3 姿态控制律设计

3.3.4 仿真验证

3.4本章小结

4 机器人控制系统硬件与软件设计

4.1系统方案

4.2.1 控制系统芯片的选择

4.2.2 系统电源模块设计

4.2.3 传感器信息采集模块设计

4.2.4 电机驱动模块的设计

4.3.1软件总体设计

4.3.2传感器信息采集模块的软件设计

4.3.3电机驱动模块软件设计

4.4 本章小结

5实验与分析

5.1实验样机

5.2传感器测量以及误差校正实验

5.2.1 超声波传感器测距实验

5.2.2 陀螺仪传感器实验

5.2.3 光电编码器实验

5.3定位实验

5.4路径清扫实验

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

作者简历

致谢

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