基于无线网络的室内移动机器人定位导航方法研究.pdf

签名：塑丝亟签名：壁望：爰摘论文题目：基于无线网络的室内移动机器人定位导航方法研究学科名称：车辆工程研究生：杨佳丽指导教师：史恩秀副教授要和镅酝瓿伞Ｔ谙低惩瓿傻幕∩希罱硕ㄎ挥玫氖笛槠教ǎ⑼瓿闪艘贫扰能力强等优点。目前，可用于移动机器人的导航方式很多，但由于惯性导航系统的定位误差会累积，一般只用作短期定位；其他约束导航系统如磁导航、视觉导航等在进行导航时，需要设置一些特殊的标识，限制了其应用。为提高移动机器人的运动灵活性，从根本上实现自主导航，本课题开发了一种适用于室内移动机器人的、对其工作环境要求低的无线网络定位导航系统。系统以单片机为核心处理器，完成了整个系统软、硬件的设计。具体工作如下：首先介绍了移动机器人定位导航技术的意义、方法以及国内外发展现状。在分析和总结了现有导航定位方法原理的基础上，根据超声波的测距原理，采用三点定位方法，设计了一套以单片机为控制核心，以为无线收发芯片的室内移动机器人无线网络定位导航系统。系统主要包括：发射单元模块，定位单元模块、无线通信模块和上位机。安装于移动机器人上的发射单元模块以发射出的超声波为主要测距手段，同时发射红外光辅助测量；定位单元模块用以实现对超声波和红外光的接收，并根据所接收的信号完成发射单元模块与定位单元模块之间距离的计算、显示及补偿：无线通信模块完成上位机与下位机间数据的传输：定位单元模块将测量距离传输给上位机，上位机计算出移动机器人的当前位置以及运动控制量笥衣炙俣，将其送至移动机器人上的车载单元模块，最终控制移动机器人沿既定路径运动。上、下位机的软件设计分别采用Ⅵ人的定位与导航实验。应用所设计的模糊导航算法，成功地实现了移动机器人在己知环境：的自主导航。实验研究结果表明，所设计的定位导航系统具有结构简单、成本低、抗干本系统实现了对移动机器人的绝对定位，定位误差不累积，理论上，其定位范围可无限扩张，能满足工业生产自动化系统及大、中型物流系统中室内移动机器人定位与导航精度的要求，具有良好的应用前景。关键词：移动机器人；超声波；定位导航系统；无线数据传输摘要
一～——一———————————————————————6二．!!西安理工大学硕士学位论文
甮：丘脚海幻唬郝⒛瑌胁撕仃毯觚曲衑：：：．甅遞猯，．强】瑆讯．，，：甋：．琲篹皊：鰋甌衝，】仃，．琣，琾．蕆，蠹甎陋瑃．甃瑃’
—————————型堕塑燮型唑型衑，舵緐啪一竌甅。．篗。。甀。、Ⅳ！。—．·；琹縫．上
髀移动机器人的研究概况．室贫魅说姆⒄研制魅斯究7⒘艘贫魅恕癙籇”缤—旧。另外，年发射了火星漫游机器人——“勇气”号缤—与“机遇”号【引吾工业机器人在制造业中所体现出的众多优势促进了机器人技术的进一步发展，也激发人们拓宽机器人在其它行业的应用。计算机技术和机器人技术的发展，使其工作环境也从单纯的室内环境扩大到各种复杂环境，如地面、水下、空中，甚至太空等，可应用于海洋探险、军事、农业、服务、娱乐等领域【ＮJ视Σ煌挠τ诨肪常鱿至瞬煌峁沟机器人，移动机器人就是其中之一。如今，移动机器人技术是近年来国际机器人学和人工智能领域研究的一个热点，在工业、农业、服务业、建筑、交通运输、医疗康复、航天和军事等领域都有广阔的应用前景。移动机器人与其他机器人的不同之处就在于强调了“移动”的特性，比固定式机器人缁凳具有更大的活动范围、更大的灵活性与更广的应用领域，。移动机器人不仅能够在生产、生活中起到越来越大的作用，还可应用于各种工作环境，甚至危险、肮脏、乏味和困难场合等。移动机器人按照自主性不同可以分为遥控、半自主和自主三种类型，其中自主式移动机器人对于环境具有感知、决策和适应能力，从而能满足更为广泛的任务要求【。利用移动机器人进行陆、海、空、天的全方位探测和开发，已成为世纪世界各科技发达国家拓展生存空间、加强资源储备的主要手段。移动机器人的研究与应用体现出广泛的学科交叉性，它集自动控制、人工智能、电子技术、机械工程、传感器技术及计算机科学等于一体，涉及到众多的研究课题，如体系结构、运动控制、定位与导航等【／国外对移动机器人的研究起步较早。最早的自主移动机器人“背鱿衷兰年代，由英国的瓽年至年，斯坦福研究院Ⅺ腘热搜兄瞥隽恕癝”【，年至年，斯坦福大学人工智能实验室的兄瞥隽恕癈薄璊。在美国，晟诵⌒图矣梅窕魅恕癈”缤—，美国投入了大量的研究力量和资金用于行星移动机器人和军用移动机器人的应用研究。先后在年、年和年为空中机器人奕嘶的发展制定路线图，在年和年把地面机器人和水中机器人统一纳入无人系统，形成了综合的无人系统路线图。截止年底，美国陆军已经在伊拉克和阿富汗部署了多个地面机器人和。美国国防部
蚾日本【笱Э7⒘恕癥锄浓焙陀糜诿と艘返摹癕浚咎．谝贫魅说姆⒄器人技术研究计划辏毡究萍际启动了用于开发人道主义排雷的机器人技术研究计划，现己开发出能实际应用