機器人化工程機械的超聲波避障與慣性導航系統(tǒng)研究.pdf

1、移動機器人作為機器人學科中一個比較活躍的研究分支，一直以來得到了學界的關注。移動機器人的避障，導航和定位是移動機器人研究領域內(nèi)一個重要的研究方向，同時也是移動機器人研究的關鍵技術。隨著信息技術，自動化技術，計算機技術和導航技術的不斷發(fā)展，各個學科間不斷地交叉融合。這也極大地推動了移動機器人在避障、導航和定位方面研究的發(fā)展。 本文以工作在部分未知或者完全未知環(huán)境下的移動機器人為研究對象，從工程應用和理論兩個方面對移動機器人的超聲波

2、避障與慣性導航進行了研究，并且著重研究了系統(tǒng)的硬件設計。 通過綜合國內(nèi)外現(xiàn)有的技術文獻，提出了一種融合超聲波避障與慣性導航的綜合導航平臺系統(tǒng)方案。導航平臺具有超聲波避障探測、模擬信號采集、MEMS慣性導航模塊和與GPS模塊進行通信等功能。為了能夠在滿足系統(tǒng)性能要求的基礎上盡可能地降低系統(tǒng)成本，該導航平臺是以MSP430F135為核心。在完成其外圍電路的基礎上，采用T/R40作為超聲波傳感器，并對超聲波的發(fā)送和接收電路進行了設計。

3、該導航平臺對模擬信號的采集可分為對高頻模擬信號和低頻模擬信號的采集。其中高頻模擬信號采集是由AT89S52控制8位高速A/D-TLC5540INSR來實現(xiàn)的，而低頻模擬信號采集是由MSP430F135控制其集成的12位ADC來實現(xiàn)。為了能夠建立起主CPU和同樣由MSP430F135作為主控CPU的MEMS慣性導航模塊間的通信，文中采用同步SPI作為主從CPU通信方式。另外，為了能夠擴展系統(tǒng)功能，文中采用RS232作為通信接口，實現(xiàn)主MS

4、P430F135與GPS模塊之間的通信。然后，在完成以上硬件設計的基礎上進行了系統(tǒng)軟件的仿真與調(diào)試。在實現(xiàn)各個模塊的基本功能之后，初步進行了系統(tǒng)的綜合調(diào)試。 為了提高慣性導航的導航精度，本文從理論上對慣性導航系統(tǒng)中的MEMS陀螺儀的漂移問題和卡爾曼濾波中的野值問題進行了理論分析，并研究了野值剔除方法和修正野值的卡爾曼濾波算法。 論文最后對全文進行了總結(jié)并對移動機器人在避障和慣性導航方向的研究進行了展望，闡明了移動機器人未