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移动机器人导航软件及部分关键技术研究

作　者: 管林波
导　师: 董利达
学　校: 浙江大学
专　业: 电路与系统
关键词: 移动机器人惯性导航区域导航地图匹配航位推算
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 66次
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内容摘要

随着电力电子技术、计算机技术、图像处理工程以及机器智能化等相关领域技术的不断成熟与进步,各类机器人性能得到了很大的发展和改进,目前已逐步在工农业、医疗、服务等领域得到广泛应用。移动机器人由于经常处于运动状态,因此相比于普通机器人具有更高的要求,如要求有更灵活的运动机构、对外部环境具有较强的感知能力以及能被远程精确操控等,而移动机器人的导航技术正是基于这种需求逐渐发展起来的,且已经在一些领域得到了实际应用。本文针对小区域环境下移动机器人惯性导航的特点,首先设计并实现了上位机导航软件功能,包括地图的匹配、地图的操作以及人机界面的实现,并在下位机实现了一种改进型的航迹推算算法,同时给出能服务于机器人正常导航工作和调试状态的通信协议制定与实现。完成的工作主要包括以下三部分.(1)基于MFC的上位机导航软件实现,主要包括一种简便实用的目标区域地图制作方法；利用API串口通信函数,并结合非阻塞通信、多线程等手段的高效串口通信程序实现方法；使用MapX提供的接口实现的一系列地图操作常用功能,如放大、缩小、平移、图层管理等。(2)基于RL-RTX实时操作系统的下位机软件设计。针对传统航位推算算法的局限性,提出了一种更具有实际应用意义的航位推算算法,使得机器人导航适用于非结构路面的环境,同时给出了其在RL-RTX系统下的代码框架实现；制定了较完整的数据通信协议,使得机器人在正常导航工作时和调试状态下都能进行数据的传输,同时也给出了详细的通信框架设计。(3)针对非GPS信号依赖的移动机器人区域导航特点,提出了一种仅通过两个训练点,即可实现导航过程中目标区域实际位置与导航地图一一对应的地图匹配方案。目前,非GPS信号依赖的导航系统(大多为惯性导航系统)基本都要求原始地图提供准确的南北方位及地图比例尺；而本文提出的地图匹配方案对原始地图的要求极低,只要是一张自身长宽比例满足实际区域长宽比例的光栅图像即可,且后期制作过程也十分简单。实验测试结果表明方案是准确有效的。同时,本文针对惯性导航过程中不可避免的误差问题,给出了一种人工修正手段以补偿导航误差。综上所述,本文对上位机导航软件和下位机软件进行了详细的设计与实现,并提出了一种实用的地图匹配方案,为机器人导航领域提供了一种新型有效的解决办法。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-7
ABSTRACT  7-10
1 绪论  10-17
  1.1 移动机器人概述  10-11
  1.2 移动机器人导航研究现状  11-15
  1.3 本文的研究目标  15-16
  1.4 论文的组织结构  16-17
2 移动机器人导航总体架构设计  17-33
  2.1 系统开发环境的搭建  17-29
  2.2 导航软件总体架构设计  29-32
  2.3 本章小结  32-33
3 上位机导航软件设计  33-57
  3.1 目标区域地图制作  33-37
  3.2 导航界面设计  37-44
  3.3 数据通信  44-49
  3.4 地图匹配及人工修正  49-56
  3.5 章小结  56-57
4 下位机定位软件设计  57-75
  4.1 航位推算  57-61
  4.2 数据通信  61-74
  4.3 本章小结  74-75
5 导航软件测试与分析  75-81
  5.1 实验平台  75-76
  5.2 航位推算测试方案设计  76-78
  5.3 上位机与下位机联调测试  78-80
  5.4 本章小结  80-81
6 总结与展望  81-83
  6.1 论文的工作及其意义  81-82
  6.2 论文有待解决的问题  82-83
参考文献  83-87
作者简历及在学习期间取得的科研成果  87

移动机器人导航软件及部分关键技术研究

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