基于UWB定位的餐廳服務(wù)機(jī)器人研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著機(jī)器人越來(lái)越多的滲入到我們的生活中，具有自主感知決策和執(zhí)行功能的機(jī)器人得到了快速的發(fā)展，其中室內(nèi)自主移動(dòng)機(jī)器人成為了機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。實(shí)現(xiàn)室內(nèi)自主移動(dòng)機(jī)器人的關(guān)鍵點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的定位，這也是最基本、最重要的任務(wù)。為了得到高精度、高可靠的機(jī)器人室內(nèi)定位信息，本文以餐廳服務(wù)機(jī)器人為對(duì)象，對(duì)室內(nèi)移動(dòng)定位技術(shù)進(jìn)行了深入研究，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)機(jī)器人在室內(nèi)的移動(dòng)定位功能，使得機(jī)器人在餐廳的結(jié)構(gòu)化環(huán)境下能夠自主移動(dòng)到指定餐桌送餐，并自

2、主返回。本文對(duì)移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行了系統(tǒng)性的整體研究，主要研究工作包括如下方面：
　　1、基于輪式移動(dòng)機(jī)器人的構(gòu)造和特征，分析了不同輪式移動(dòng)機(jī)器人的機(jī)械構(gòu)造以及優(yōu)缺點(diǎn)。建立了兩輪差速移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并構(gòu)建了移動(dòng)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
　　2、對(duì)輪式移動(dòng)機(jī)器人的環(huán)境感知技術(shù)進(jìn)行了研究比較，通過(guò)對(duì)比目前市場(chǎng)上的不同傳感器，確定了本文輪式移動(dòng)機(jī)器人的傳感器系統(tǒng)。包括工業(yè)紅外障礙物傳感器、超聲波避障傳感器的機(jī)器人外傳感器以及

3、采用加速度計(jì)陀螺儀的機(jī)器人內(nèi)傳感器。
　　3、深入研究了移動(dòng)機(jī)器人的室內(nèi)定位技術(shù)，提出了一種基于超寬帶（UWB，Ultra-WideBand）技術(shù)的室內(nèi)無(wú)線定位系統(tǒng)。此系統(tǒng)充分利用超寬帶信號(hào)的時(shí)間超分辨性、高穿透性等優(yōu)點(diǎn)，采用基于接收信號(hào)時(shí)間法（TOA）來(lái)得到距離值，再通過(guò)圓周定位算法解算出移動(dòng)機(jī)器人的位置坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)機(jī)器人在餐廳內(nèi)的實(shí)時(shí)定位。由于通過(guò)接收時(shí)間轉(zhuǎn)換得到的距離值存在一定的誤差，本文采用卡爾曼濾波進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了高

4、精度的定位值。
　　4、本文設(shè)計(jì)了上位機(jī)的定位系統(tǒng)以及機(jī)器人調(diào)度軟件，采用C++Bulider編寫上位機(jī)軟件，通過(guò)WIFI與下位機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸通信，從而發(fā)布移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制以及任務(wù)指示。設(shè)計(jì)了基于STM32的下位機(jī)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。以STM32為核心的下位機(jī)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)的接收機(jī)器人外傳感器的信號(hào)，以及機(jī)器人自身的位姿狀態(tài)，反饋回上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制以及調(diào)度。
　　本論文設(shè)計(jì)構(gòu)造了餐廳服務(wù)機(jī)器人的研究平臺(tái)，通過(guò)對(duì)