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在移动机器人的研究当中,机器人的精确定位是当前研究的一个热点问题。而利用GPS对移动机器人进行导航是目前移动机器人自主导航应用中最广泛的技术手段之一,由于差分GPS技术的出现,使得GPS的定位精度有了质的飞跃。本课题正是基于实时动态差分GPS(Real-Time-Kinematic-GPS)所进行的移动机器人的导航研究,硬件平台主要由上海华测导航技术有限公司提供的高精度RTK-GPS以及北京博创兴盛科技有限公司提供的全地形、全天候智能移动机器人平台——旅行家四号,课题主要针对的是苹果的果园环境,在操场上进行初期的模拟试验,利用Windows操作系统,通过VisualC++6.0设计自主导航系统,实现移动机器人在果园环境下的路径跟踪和自主导航过程。论文的主要研究内容和成果如下:
第一、通过上位机串口通信程序的设计,实现了对于GPS信号和姿态传感器信号的数据的接收、解析和处理,将解析获取的经纬度信息和航向角信息送至程序的数据中心进行综合处理,转换成下位机的运行指令,最终通过串口控制移动机器人的运动过程。
第二、实现了移动机器人准确的路径跟踪。通过多次的试验,分析导航过程中存在的问题和导航误差产生的原因,在试验中改进控制参数和算法,并经过不同试验条件下的对比,得出实现准确的路径跟踪的主要方法。
第三、建立了移动机器人小车的几何学模型,并引入了卡尔曼滤波的算法,对GPS信号和姿态传感器的信号进行了滤波处理,提高了所接收到的传感器信号的稳定性和精确性,从而提高了移动机器人的路径跟踪的精度。通过试验过程,改善了移动机器人的导航程序中的控制算法,从初始的非线性P控制,到改善后的模糊自适应PID控制,进一步提高了移动机器人在大曲率转弯处的跟踪精度以及远距离路径跟踪的能力。
通过在模拟环境的试验可以表明,移动机器人在以上工作的基础上,能够很好的完成路径跟踪的任务,导航精度满足预期。