移动机器人室内自主导航方法设计开题报告(2)
本文首先介绍了研究室内自主移动机器人的目的、意义、发展现状以及发展前景。然后利用四旋翼飞行器飞控板、红外摄像头以及相关软件进行定位和路径算法的编程模拟，最后在DFrobot移动平台上实现实际模拟运行。
为了完成本课题的研究内容，采用了图书馆借阅书籍以及上网查阅相关资料以及实际仿真实验的方法，了解到了许多和自主移动机器人有关的知识。
2.1. 功能原理：
惯性定位系统的工作原理
惯性定位系统是以移动机器人为载体，实时的对机器人的位置信息进行更新。 惯性传感器主要由加速度计、电子罗盘和陀螺仪组成。当移动机器人进入操作人员无法进入的区域，或者是机器人上的GPS信号很弱或是消失的情况下，机器人上搭载的惯性定位系统便开始工作，可以通过里程计得到机器人的运动距离，电子罗盘和陀螺仪可以用来记录机器人的运动方向。陀螺仪随着积分误差的累积会产生漂移，只能工作在相对较短的时间尺度内，因此需要有一个参照物来纠正陀螺仪的累积误差。由于电子罗盘输出的是姿态角，所以可以作为一个相对静止的参照物。由数字信号处理器对惯性传感器进行数据采集，加速度计输出水平面上沿运动方向的加速度值，电子罗盘输出机器人旋转的角度，陀螺仪输出旋转角速率。数字信号处理器把采集到的惯性传感器的输出数值，与里程计信息进行数据融合和定位计算，以得到机器人的位置信息，通过数据通信接口输出。
惯性定位系统的原理框图
2.2. 设计方法：
一、惯性定位系统的设计要求
本文研究的移动机器人的惯性定位系统主要是有加速度计、电子罗盘、陀螺仪和机器人里程计组成。惯性定位系统主要任务是对移动机器人在运动过程进行实时的定位，以便对其控制。
二、惯性定位系统功能要求
(1)实时性
机器人在运动过程中，其位置信息是在不停的变化的，而且为了对机器人进行定位导航，这就要求惯性定位系统有很高的实时性，否则就不能对机器人进行定位导航。
(2)准确性 定位信息的准确性是系统功能的一个重要功能，决定着机器人定位信息的合理
性。
三、惯性定位系统性能要求
机器人在运动过程中的定位的精度和速度，取决于系统对惯性传感器采集到的数据的精确性和使用算法的实时性。惯性定位系统的设计要满足以下性能要求:
(1)选择结构简单、容易操作、性价比高、功耗低和易移植的硬件系统，使其能够应用于不同的平台上。所传送的数据符合标准的通用的数据格式，增强系统的兼容性。
(2)惯性定位系统对实时性要求高，在选择系统处理器时，要求处理器的运算速度快;在选择软件运行环境时，要求稳定性好、系统开销少的操作系统。
(3)要求系统能够在10分钟内输出的姿态角偏差在10’以内，位置偏差在SOcm以内。
(4)通讯接口兼容。惯性定位系统作为移动机器人的一部分，需要与移动机器人的主控板和PC终端或Andro id手持终端进行通讯，要求各部分通讯迅速、简单。
四、惯性定位系统的体系结构设计 为了满足惯性定位系统各个方面的要求，根据不同的功能，将惯性定位系统分为五个部分:惯性传感装置、机器人里程计、处理器和数据传送装置。
惯性定位系统的体系结构图
(1)惯性传感装置:由加速度计、电子罗盘和陀螺仪组成，通过对惯性传感装置进行数据采集以得到惯性传感参数。
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