【摘 要】
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在公共服务机器人、室内物流分拣自动导引车、智能轮椅等自主导航系统中,其移动平台精度直接影响着整个系统的精度和可靠性。本文根据实际需求,针对目前大功率全向移动平台运动控制精度低、累积误差大等问题,在研究分析机械结构误差、电机控制误差和姿态传感误差产生机制的基础上,提出了基于多角度平移和旋转运动的三轮全向移动平台机械结构误差的离线标定和偏航误差的闭环修正方法,并采用巴特沃斯低通滤波与漂移误差修正来减小
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在公共服务机器人、室内物流分拣自动导引车、智能轮椅等自主导航系统中,其移动平台精度直接影响着整个系统的精度和可靠性。本文根据实际需求,针对目前大功率全向移动平台运动控制精度低、累积误差大等问题,在研究分析机械结构误差、电机控制误差和姿态传感误差产生机制的基础上,提出了基于多角度平移和旋转运动的三轮全向移动平台机械结构误差的离线标定和偏航误差的闭环修正方法,并采用巴特沃斯低通滤波与漂移误差修正来减小姿态传感误差。然后,利用扩展卡尔曼滤波方法进行姿态融合计算,有效提升了三轮全向移动平台运动控制、姿态传感与航迹推算精度,使得累积误差大幅减小。论文所作的主要工作有:（1）结合应用系统需求,在分析对比现有移动平台性能和特点基础上,完成了三轮全向移动运载平台的运动原理分析、总体结构设计和误差分析;（2）结合UMBmark法,提出了三轮全向移动平台的机械结构误差模型,并设计了相应的离线标定实验方法,通过4m平移的偏航角-里程比例系数和旋转运动精度的码盘测量等实验方法,获得了相应的误差系数,并基于运动学模型的修正、偏航误差的闭环修正以及所设计结合增量式与位置式方法的专家PID,实现了±1°的全向运动控制;（3）为了实现机械结构、姿态传感、电机控制误差的修正和多任务的并行处理,基于FreeRTOS系统进行软件设计,实现了高效的运动控制、姿态传感和航迹推算;（4）为了验证所设计三轮全向移动运载平台的性能指标,基于机器人操作系统开发了自主探索建图与导航功能,完成了航迹推算、建图、定位精度等性能指标测试。测试结果表明:所设计的三轮全向移动运载平台,其运动控制精度在±1°范围内,定位航向角精度在±2.5°以内,定位误差不超过7.5cm,运动控制精度高、累积误差小,实现了预期设计目标,在各类自主导航移动系统中具有较强的实践应用价值。
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