搜索機(jī)器人定位技術(shù)研究.pdf

1、機(jī)器人定位一直是機(jī)器人技術(shù)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航的前提，對(duì)提高機(jī)器人智能化水平具有重要的意義。實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人定位方式繁多，但針對(duì)以煤礦災(zāi)后環(huán)境代表的典型封閉式非結(jié)構(gòu)化環(huán)境的搜索機(jī)器人自主定位技術(shù)鮮有研究。封閉式非結(jié)構(gòu)化環(huán)境搜索機(jī)器人定位技術(shù)面臨諸多挑戰(zhàn)，如定位方式、傳感器限制等。本文以傳感器技術(shù)、傳感器數(shù)據(jù)處理算法、多傳感器信息融合算法為基礎(chǔ)，研究了封閉式非結(jié)構(gòu)化環(huán)境的搜索機(jī)器人自主定位技術(shù)，提出了適用于不同機(jī)器人的兩種自

2、主組合定位方式以及相應(yīng)的定位誤差補(bǔ)償和修正方法。
　　 本文提出了捷聯(lián)式慣性組合定位和光學(xué)編碼器與電子羅盤(pán)組合定位兩種方式，設(shè)計(jì)和制造了捷聯(lián)式慣性組合定位系統(tǒng)的硬件平臺(tái)原型。
　　 針對(duì)捷聯(lián)式慣性組合定位技術(shù)，分析了影響傳感器數(shù)據(jù)有效性的主要因素，結(jié)合小波分析理論，提出了基于小波參數(shù)優(yōu)化的傳感器濾波算法。分析了小波函數(shù)、分解尺度和各尺度濾波閾值對(duì)傳感器數(shù)據(jù)濾波效果影響的基礎(chǔ)上，提出了以特定頻段重構(gòu)數(shù)據(jù)信號(hào)的功率譜密度和計(jì)

3、算成本為綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的小波函數(shù)與分解尺度優(yōu)化算法，為小波函數(shù)優(yōu)化選擇和分解尺度優(yōu)化設(shè)定提供了一種有效手段。在分析由環(huán)境路面不平產(chǎn)生的環(huán)境激勵(lì)干擾的基礎(chǔ)上，提出了以傳感器噪聲和環(huán)境激勵(lì)干擾特性為基礎(chǔ)的設(shè)置各尺度濾波閾值的方法。以此為基礎(chǔ)，應(yīng)用半物理仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提出的算法。
　　 提出了以多傳感器信息融合為基礎(chǔ)的捷聯(lián)式慣性組合定位算法和光學(xué)編碼器與電子羅盤(pán)組合定位算法。捷聯(lián)式慣性組合定位系統(tǒng)的多傳感器是組合定位算法的數(shù)據(jù)源，聯(lián)邦

4、信息融合算法為其組合定位算法提供了理論基礎(chǔ)。結(jié)合聯(lián)邦濾波器特點(diǎn)和捷聯(lián)式慣性組合定位要求，以無(wú)先導(dǎo)卡爾曼濾波為算法核心，提出了融合-反饋模式和無(wú)反饋模式組合聯(lián)邦信息融合濾波，解決了定位系統(tǒng)精度與容錯(cuò)性問(wèn)題。結(jié)合傳感器濾波算法，研究了不同環(huán)境路況激勵(lì)干擾下濾波閾值設(shè)置方法，擴(kuò)展了搜索機(jī)器人的應(yīng)用范圍。
　　 提出了光學(xué)編碼器與電子羅盤(pán)組合定位算法，避開(kāi)了繁雜的由雙編碼器解算機(jī)器人方位的過(guò)程，以減少航跡推算過(guò)程的姿態(tài)累積誤差，實(shí)現(xiàn)了在

5、三維空間內(nèi)的機(jī)器人定位。
　　 針對(duì)所提出的定位方式誤差特點(diǎn)，建立了兩種定位方式的誤差模型，提出了系統(tǒng)定位誤差補(bǔ)償和修正方法。揭示了各環(huán)節(jié)誤差的傳遞規(guī)律，為定位誤差補(bǔ)償提供了理論基礎(chǔ)，結(jié)合搜索機(jī)器人工作特點(diǎn)，提出了設(shè)置機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度上限、引入自然路標(biāo)和機(jī)器人工作狀態(tài)辨識(shí)等搜索機(jī)器人定位誤差修正的方法。
　　 基于上述內(nèi)容，設(shè)計(jì)和制造了所提出的兩種定位系統(tǒng)，進(jìn)行了一系列半物理仿真和實(shí)驗(yàn)。以捷聯(lián)式慣性組合定位硬件平臺(tái)為基礎(chǔ)，