基于MEMS/UWB的展厅巡逻机器人定位系统的设计

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安防监控对展厅安全至关重要,但存在传统安防设备局限性大、人力巡逻成本高等缺点,因此引入智能巡逻机器人提高展厅的安防水平是一条行之有效的措施;鉴于展厅是一种特殊的室内环境,单一定位技术难以满足展厅巡逻机器人的定位需求,因此在深入分析各传统定位技术的特点后,本文展开了基于UWB/MEMS融合的展厅巡逻机器人定位系统的设计与研究。  论文从系统成本、精度、适应性等方面考虑,设计并实现了以6-dof惯性传感器ICM-20600、3-dof磁力计QMC5883作为传感器的MEMS硬件系统,与以DWM1000为UWB收发器的UWB硬件系统。MEMS定位系统采用了基于航位推测的位置更新算法,首先对采集得到的原始传感器信号进行矫正,随后利用EKF姿态解算算法求取了去除重力加速度后的自由加速度数据,最后通过改进的二次积分算法获得了定位结果。UWB定位系统采用TDOA算法完成了区域内的高精度定位,使用两次双向测距算法获得了TDOA算法中所需的UWB测距信息。针对两种定位方式的特点,设计了一种使用MEMS定位结果决策UWB定位的融合算法:定位前将展厅划分为多个LOS区域,并通过四叉树结构记录各区域中的可靠基站;定位时利用MEMS的短距定位结果查询当前区域的可靠基站,随后再进行UWB定位获得高精度的定位结果。在此基础上还使用了卡尔曼融合算法进一步提高了系统性能。  经过一系列的实验证明了MEMS系统短时短距内可获得不错的定位精度,UWB系统在无遮挡环境中定位精度很高。融合后的定位系统可以在展厅环境中获得9cm的定位精度,且具有很好的连续性和鲁棒性,满足展厅巡逻机器人的性能需求,达到了预期的研究目标。
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