自主导航移动机器人的设计.pdf

摘要摘要机器人技术是一个高度综合性的学科,移动机器人技术是其一个重要的分支。移动机器人的自主导航的关键问题为定位问题,本文研究了正交全向编码器传感器模块的机器人定位方法,满足一定的机器人定位精度要求,并实现了机器人短时自主导航,为进一步配合外界环境传感器实现机器人完全自主导航奠定了基础。设计了可靠的,模块化的移动机器人电子硬件平台,硬件平台具有很强的通用性与可扩展性。构建了非耦合性的机器人软件架构,软件平台结构清晰,移植性与功能扩展性好。本文具体做了以下几个方面的工作。 1、分析了移动机器人的运动学模型及导航方式,解决了定位传感器模块的定位公式参数标定问题。用几何方法推导阐述了两轮差速移动机器人及三全向轮移动机器人的一般运动学模型。并在此基础上分析了基于全向轮编码器的机器人定位方式,提出了修正几何偏差的定位参数标定方法。并在机器人实现定位的基础上,分析研究了对定点,定直线,定圆弧的轨迹跟踪导航方式。其中对于离散点列的曲线导航,提出了视角线速度修正跟踪方式。最后仿真分析了机器人理想模型与实际模型的轨迹偏差。 2、构建了三全向轮结构的机器人实物平台。平台采用三全向轮布局,定位传感器为三全向轮的正交安装拖地编码器以及电子罗盘、陀螺仪。电子硬件以 STM32F103ZE6为主控芯片,采用模块化设计,构成机器人的电子控制系统。 3、对定位传感器的数据采集与处理。介绍了正交增量式光电编码器的数据采集方法。实现了对ADXRS453单轴MEMS陀螺仪及电罗盘的数据采集。采用低通滤波及Kalm髓滤波对陀螺仪原始信号进行初步滤波处理,并采用Kalman滤波方式对陀螺仪及电罗盘的角度数据进行了融合,发挥了两种传感器各自的优势, 仿真结果证明采用的数据融合方法具有一定实用价值。 4、规划设计了机器人控制软件系统。机器人控制的软件程序基于 STM32F10x准标函数库与肛C/OSII实时嵌入式系统,将机器人的各功能模块划分为节点Nodes与节点之间的数据交换主题Topics,使软件各部份层次分明,减小了各部份的耦合。摘要课题最终实现了三全向轮机器人的自主导航,其精度一定范围达到在 ,为进一步开展移动机器人自主导航胂1212厶匕BI",升级研究工作奠定了牢固的基础。关键字:移动机器人;导航;参数标定;gC/;STM32;轨迹跟踪;数据融合;Kalman滤波 ABSTRACT ABSTRACT Robotics is ahighly integrated discipline,and themobile robot technology is one isthekey issuesofrobot paper studies localization method of a sensor module which isthree encoders connecting with omrli—directional method meet certain accuracy requirements ofrobot positioning,and ashorttime autonomous navigation oftherobot carl withthe external environment pletely autonomous navigation function Can reliable,modular electronic hardware platform ofmobile robot was designed,which had a strong versatilityand uncoupled software architecture of robot was built,its structure isclear,portability and functionality mainjobs ofthispaper arefollowing here. theanalysis ofthekinematic model ofthemobile robotand methods kinematics model oftwo differential mobile robot and three wheels mobile robot inGeometric method