基于UWB的移动机器人高精度无线定位技术研究

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近年来,随着人工智能技术以及智能制造的迅猛发展在全球范围内掀起了实现工业智能化的热潮。智能制造是新一代工业革命的核心技术,移动机器人是典型的数字化网络化智能化制造装备,是实现智能化的重要内容。我国的移动机器人研究还不成熟,对于移动机器人的使用还不广泛,我国的移动机器人目前主要应用在工业,物流仓储等领域。在商业,服务业等领域的发展还很缓慢,主要是因为移动机器人无法达到精确定位的要求,定位技术是移动机器人有着至关重要的关键技术,对于定位技术的迫切需求是研究移动机器人的必要环节。目前,定位技术种类繁多,寻求一种适用于移动机器人系统的定位技术是目前研究移动机器人的热点。对于是被无线定位技术进行分析比较,其中超宽带(UWB)无线定位技术,具有定位精度高,功耗低,成本低,安全性高,抗干扰能力强,多径分辨能力强等优势,在众多无线技术中是极其适用于移动机器人的一种。本文以在此基础上做了一下研究:(1)首先对移动机器人的发展历史以及现状做了简要的介绍,分析目前的室内定位技术以及各自的优缺点,并阐述了超宽带技术的原理,以及特点,简要的介绍了超宽带的定位方法(RSS,AOA,TOA,TDOA)的原理以及优缺点,并选用TDOA定位方法作为超宽带的定位方法。(2)针对UWB定位技术原理,分析其定位误差的来源,利用IEEE1588精确时钟同步(PTP)原理,减小由于硬件以及多径效应等多种因素带来的基站之间的时钟偏差,并采用仿真来验证精确时钟同步的效果,分析比较在使用IEEE1588精确时钟同步前后的定位误差。(3)根据移动机器人实际的工作场景需求,采用融合超宽带定位以及惯性导航定位的扩展卡尔曼滤波的方法,进一步提高移动机器人的定位精度,以减少由移动机器人的定位误差而导致移动机器人的行走精度和运动平稳性等问题。(4)在室内环境,利用扩展卡尔曼滤波融合超宽带定位和惯性导航定位在移动机器人小车上进行实验验证,对实验场景进行布局,分别进行静态试验以及动态试验,分析移动机器人小车在进行优化定位之前的定位精度和优化之后的定位精度。进行仿真和样机实验验证了1588精确时钟同步对于UWB定位系统的定位精度有着明显的提升,扩展卡尔曼滤波融合超宽带定位和惯性导航定位后,有效的减小了超宽带定位的非视距误差以及惯性导航的累积误差,对于移动机器人的研究,具有一定的参考价值。
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