發(fā)布時間：2017-09-12 18:16

  本文關鍵詞：基于MEMS陀螺儀和加速度計的機器人定位系統(tǒng)研究

  更多相關文章： MEMS加速度計 陀螺儀 51單片機 機器人定位

【摘要】：近年來,隨著移動機器人研究的不斷深入和其應用領域的不斷擴大,人們對于其定位與導航能力的需求日益增大,如何使移動機器人在復雜環(huán)境中準確定位,從而使其能夠高質量完成任務,成為大家關心的一個問題。盡管專家學者們提出了許多定位技術的解決方案,如衛(wèi)星定位技術、無限局域網(wǎng)絡等等。但是受建設成本、定位時間、定位精度以及復雜環(huán)境等條件限制,相對完善的定位技術目前還無法很好地利用。相比于以上提到的被動定位技術,本課題研究了一種主動定位技術,即通過對機器人運動加速度和角度的采集和計算來確定移動機器人的位置。這對于移動機器人定位技術的研究領域是一個有益的補充和嘗試。傳統(tǒng)的定位系統(tǒng)大多是依靠采集碼盤產(chǎn)生的脈沖數(shù)進行測距,再經(jīng)過運算得到機器人的定位信息。這種定位方式在正常情況下是有效的,但是當機器人處于非正常的運動狀態(tài),比如移動機器人遇到障礙輪子產(chǎn)生空轉時,這種定位方法就會不可靠,造成定位系統(tǒng)錯亂,甚至會造成嚴重的后果。本研究致力于研究一種基于陀螺儀和加速度計的機器人定位系統(tǒng),該系統(tǒng)通過采集加速度傳感器的加速度信號,經(jīng)過二次積分得到位移信號,并結合MEMS陀螺儀測得的角度信號,最終得到精確的定位信息,此方法有效避免了傳統(tǒng)的利用碼盤定位的不足,在移動機器人定位系統(tǒng)研究的領域是一個新的思路。本課題是基于MEMS陀螺儀和加速度計完成移動機器人定位系統(tǒng)的研究。本文在基于51單片機的開發(fā)平臺上對該定位系統(tǒng)進行了硬件設計和實驗平臺的搭建,并完成了軟件的編寫。對定位系統(tǒng)進行了實驗,分析了實驗結果并提出了改進方案。相比于GPS定位技術這類被動定位技術,本研究具有結構簡單、成本低廉的優(yōu)點;相比于利用碼盤測距的定位技術,本研究具有能有效防止輪式機器人遇到障礙、輪胎空轉引起的定位失效,能夠滿足在倉庫、房間、機器人比賽場地等一系列有限范圍的場地或者是一些具有潛在危險而不適合人類親自進入的工作環(huán)境中的機器人定位需求。
【關鍵詞】：MEMS加速度計 陀螺儀 51單片機 機器人定位
【學位授予單位】：大連交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH824.4;TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-14
• 1.1 本課題的研究背景9-10
• 1.2 機器人定位技術的國內外發(fā)展現(xiàn)狀10-12
• 1.3 本課題的研究意義12-13
• 1.4 本文的主要內容13-14
• 第二章 基于MEMS陀螺儀和加速度計的機器人定位系統(tǒng)的定位原理以及方案分析14-18
• 2.1 被動式定位及主動式定位的原理分析14-15
• 2.1.1 被動式定位原理14-15
• 2.1.2 主動式定位原理15
• 2.2 基于MEMS陀螺儀和加速度計的機器人定位系統(tǒng)的定位原理15-16
• 2.3 基于MEMS陀螺儀和加速度計的機器人定位系統(tǒng)的方案分析16-17
• 本章小結17-18
• 第三章 定位系統(tǒng)硬件部分設計18-33
• 3.1 定位系統(tǒng)總體結構18
• 3.2 中央處理器18-22
• 3.3 信號采集模塊22-29
• 3.3.1 MEMS陀螺儀23-24
• 3.3.2 MEMS加速度計24-26
• 3.3.3 本系統(tǒng)所選用的MEMS陀螺儀和加速度計芯片MPU-605026-29
• 3.4 液晶顯示器29-30
• 3.5 電源電路30-31
• 3.6 定位系統(tǒng)實驗平臺的搭建31-32
• 本章小結32-33
• 第四章 定位系統(tǒng)軟件部分設計33-45
• 4.1 定位系統(tǒng)軟件總體流程33
• 4.2 編程軟件介紹33-35
• 4.3 MPU6050的初始化35-36
• 4.4 LCD1602的初始化36-37
• 4.5 積分算法分析37-44
• 4.5.1 積分算法分析37-40
• 4.5.2 積分算法改進40-44
• 本章小結44-45
• 第五章 實驗結果分析以及改進方案45-53
• 5.1 系統(tǒng)實驗結果45-50
• 5.1.1 沿x軸作直線運動45-47
• 5.1.2 與x軸成固定角度直線運動47-49
• 5.1.3 先沿x軸作直線運動，再與x軸成角度運動49-50
• 5.2 定位系統(tǒng)實時性分析以及改進方案50-51
• 5.2.1 定位系統(tǒng)實時性分析50
• 5.2.2 定位系統(tǒng)實時性改進方案50-51
• 5.3 定位系統(tǒng)準確性分析及誤差解決方案51-52
• 5.3.1 定位系統(tǒng)準確性分析51
• 5.3.2 定位系統(tǒng)準確性改進方案51-52
• 本章小結52-53
• 結論與展望53-55
• 參考文獻55-57
• 附錄A 機器人定位系統(tǒng)程序代碼57-70
• 附錄B 硬件系統(tǒng)實物圖70-71
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文71-72
• 致謝72-73

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 張士鈺;孫永榮;陳武;沈雪松;;低成本MEMS加速度計在組合車輛導航中的應用研究[J];電子測量技術;2009年11期

2 劉延杰,孫立寧,蔡鶴皋,裴潤;諧波驅動并聯(lián)機器人的加速度反饋抑振控制[J];哈爾濱工業(yè)大學學報;2004年03期

3 張斌;方新秋;鄒永m(xù):;尉瑞;程遠偉;;基于陀螺儀和里程計的無人工作面采煤機自主定位系統(tǒng)[J];礦山機械;2010年09期

4 趙翔;杜普選;李虎;楊浩淼;;基于MEMS加速度計和陀螺儀的姿態(tài)檢測系統(tǒng)[J];鐵路計算機應用;2012年03期

5 王廣民;;用加速度計的積分遙測量計算彈道參數(shù)及軌道要素[J];中國空間科學技術;1990年03期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 王鴻鵬;復雜環(huán)境下輪式自主移動機器人定位與運動控制研究[D];南開大學;2009年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 段丙濤;基于慣性傳感器的機器人運動軌跡研究及實現(xiàn)[D];電子科技大學;2012年

2 韓利華;基于慣性導航和視覺傳感器信息融合的移動機器人定位研究[D];長安大學;2012年

，

本文編號：838767