基于RFID伺服的移动机器人自主导航技术研究

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智能移动机器人在提高生产效率、提升生活质量方面发挥了重大作用,自主导航是智能移动机器人的核心能力,也是移动机器人领域的研究热点。相比视觉、激光、惯性导航等传统的移动机器人导航技术,射频识别(RFID)技术由于其具有唯一ID识别、非视距、不受光照影响、自动识别、成本低廉等优势在机器人导航领域中显示出独特的潜力。针对现有RFID导航技术中普遍存在的需铺设大量参考标签、导航轨迹曲折、实时性差等问题,本论文提出了一种基于RFID相位梯度伺服原理的移动机器人自主导航方法和基于RFID标签角度估计的避障方法,实现了移动机器人的高效导航。本文的主要研究内容包括:提出了基于RFID相位梯度的移动机器人伺服原理。根据射频信号中相位与传播距离的关系,提出了基于相位梯度的RFID伺服方法,并证明了所提出的算法的可行性与有效性,克服了基于当前RFID伺服方法中存在的需铺设大量参考标签、导航轨迹曲折的缺陷。构造了基于相位梯度的目标函数,提出了基于信号强度(Received Signal Strength Indicator,RSSI)的目标到达判定方法,设计了基于PID的伺服控制器。多种不同环境中的仿真实验表明,本论文所提出的基于RFID相位梯度的移动机器人伺服方法具有很好的导航性能和稳定性,并解决了现有RFID伺服技术中存在的无法判断是否到达目标位置的问题。建立了基于RFID标签角度估计的避障方法。提出了一种基于双天线时序阵列的到达角度(Angle of Arrive,AOA)估计方法,克服了传统的AOA方法中两个天线安装距离不能超过λ/2的问题。设计了用于避障的模糊逻辑控制器,实现了在障碍物的种类和数量都不同的情况下的避障功能。搭建了RFID伺服导航系统的实验平台,在目标位置固定、目标位置突变和目标位置连续移动三种不同的测试条件下进行基于RFID伺服的移动机器人导航实验。分别从机器人的运动轨迹和到达姿态进行分析,验证了所提出的RFID伺服算法的有效性和优越性。
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