移动机器人定位导航技术研究

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伴随着科学技术的进步,移动机器人技术也得到了蓬勃发展并且被使用到了多个领域之中。例如:智能巡检、反恐防暴、家庭服务、仓储物流以及无人驾驶等。而对于移动机器人,定位和导航则是它的关键技术,定位、导航功能的准确性、实时性以及稳定性将会决定移动机器人是否能够快速准确的完成在工作环境中的自主运动。鉴于这项技术的重要性,本文针对机器人在室内等小面积应用范围的定位导航技术进行了研究,提出了通过编码器与角度传感器结合使用的定位导航方法。本文通过使用四个麦克纳姆轮来构造全向运动机器人平台。在机器人工作过程中,首先通过遥控控制机器人在设定的区域内运动,运动时机器人实时的向计算机发送采集的角度与位移信息。然后由上位机软件对接收到的数据进行分析处理,得出机器人在全局坐标系中的坐标位置,完成机器人的定位功能并通过上位机绘制其实时的运动轨迹。同时在运动过程中,上位机对标记点的坐标位置进行保存,通过这些坐标信息为机器人设定运动速度与方向,令其以自主运动的方式运行至各标记地点,从而完成导航功能。为实现所设计的定位导航方法,本文首先对麦克纳姆轮运动模型进行分析,给出其运动方程,再制作出基于android的遥控APP,用于操控机器人平台。机器人上设计有基于STM32F407的主控板,通过WIFI模块接收来自遥控的数据,结合PID算法对机器人进行运动控制。主控板上完成对编码器及角度传感器的数据采集,并完成与上位机之间的通信任务。在计算机上制作基于Qt的上位机软件用于显示机器人实时的角度与位移、通过航迹推算算法得出机器人在全局环境中的坐标、完成对机器人的定位与运动轨迹的绘制、坐标信息的保存及自主导航功能的实现。最后对整个机器人平台的各项功能进行了测试,通过完成的效果来验证本文所设计的定位导航方法的可行性及准确性。
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