移动机器人的导航控制研究.doc
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移动机器人的导航控制研究,2.7万字我自己原创的毕业论文，仅在本站独家提交，大家放心使用摘要 移动机器人是机器人学中的一个重要分支，具有广阔的发展前景，尤其是野外环境下的移动机器人，广泛地应用到工业、农业、侦查、探测、军事、搜救等特殊场合。其中，农业车辆自主导航技术的使用可有效提高农业机械的生产率和作业精度，减轻操作人员...
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移动机器人的导航控制研究
2.7万字
我自己原创的毕业论文，仅在本站独家提交，大家放心使用
摘要 移动机器人是机器人学中的一个重要分支，具有广阔的发展前景，尤其是野外环境下的移动机器人，广泛地应用到工业、农业、侦查、探测、军事、搜救等特殊场合。其中，农业车辆自主导航技术的使用可有效提高农业机械的生产率和作业精度，减轻操作人员的劳动强度。目前利用GPS定位技术进行农业机器人自主导航研究变得越来越广泛、成熟。
本课题结合北京博创兴盛机器人技术有限公司的全地形、全天候智能移动机器人“旅行家IV”平台与上海华测导航技术有限公司的高精度双频RTK-GPS，以Visual C++ 6.0为开发平台，将GPS与姿态方位参考系统(AHRS)相结合，通过对变结构抗饱和PID控制进行分析，进行机器人自主导航控制研究。本论文主要研究内容如下：
首先，介绍了北京博创兴盛科技有限公司Voyager IV机器人的机构、组成，对机器人的性能、主要模块进行了简要的说明。同时，还分析了上海华测导航技术有限公司的RTK GPS X300 的系统组成与工作原理，着重介绍了GPS定位原理及系统工作模式。基于Visual C++ 6.0为开发平台，通过串口通讯实现了上海华测的GPS配置与数据解析获取。
其次，对GPS、AHRS和地图组成的导航方案进行了介绍，并详细分析了AHRS的工作原理、磁场干扰以及AHRS校正原理与方法。
最后，利用变结构切换方法来解决PID控制器积分饱和现象。在导航系统出现较大的姿态误差情况下，传统的PID控制出现严重饱和，超调增大，系统出现不稳定现象，采用自适应变化率实现自适应调整积分项的PID控制算法，有效抑制了控制器过饱和问题。提高了导航精度与控制精度，用仿真与试验进行了验证。
关键词：移动机器人 导航 GPS 抗饱和PID
Abstract The mobile robot is an important branch of robotics, and has a bright future especially in the field environment. It has been widely used in industry, agriculture, investigation, detection, military, search, rescue and other special occasions. Among them, the use of the autonomous navigation technology of agricultural vehicles can effectively improve the productivity and operating precision of agricultural machinery and reduce the labor intensity. Currently, the use of GPS technology in agricultural research autonomous robot navigation is becoming increasingly widespread and mature.
The subject combines all-terrain and all-weather mobile robot ’Voyager IV’ platform of Beijing Bochuang Xingsheng Robot Technology Co., Ltd and the high-precision dual-frequency RTK-GPS of Shanghai Huace Navigation Technology Co., Ltd, with Visual C + + 6.0 development platform. The GPS position and attitude reference system (AHRS) are combined and research the control of autonomous robot navigation by analyzing anti-saturation of variable structure PID control. The main contents are as follows:
Firstly, it describes the institutions and composition of Voyager IV researched and developed by Beijing Bochuang Xingsheng Robot Technology Co., Ltd. The performance of the robot and the main modules are briefly described.It also analyzes the system composition and working principle of RTK GPS X300 researched and developed by Shanghai Huace Navigation Technology Co. Ltd, focusing on the GPS positioning principle and system operation. Obtain Shanghai Huace GPS configuration and data analysis via serial communication based on Visual C + + 6.0 development platform.
Secondly, This article introduces the navigation scheme of GPS, AHRS and map and a detailed analysis of working principle of AHRS, also illustrates the situation of AHRS interfered by magnetic fields, and provides the debugging method of AHRS.
Finally, it uses variable structure switching method to solve the PID controller windup phenomenon. In the case of a larger attitude error in the navigation system, the traditional PID control severe saturation overshoot increases and system instability occurs, the rate of change to achieve adaptive PID integral term adaptive control algorithm, effectively inhibited control over saturation, and effectively restrain interference and integral saturation and proved by experiments and MATLAB simulation.
Keywords mobile robot navigation GPS anti-windup PID
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.1.1研究背景 1
1.2.1研究意义 2
1.2 国内外研究现状 3
1.2.1国外研究成果及现状 3
1.2.2国内研究成果及现状 7
1.3 论文研究内容 9
第二章 移动机器人研究平台介绍 10
2.1 Voyager IV移动机器人平台 10
2.1.1平台概述 10
2.1.2系统结构 11
2.2 X300 GNSS系统 13
2.2.1 GPS系统与原理 13
2.2.2 X300系统概述 17
2.3 姿态模块 19
2.4 本章小结 20
第三章 GPS/AHRS导航方案设计 22
3.1 方案介绍 22
3.2 GPS数据 24
3.2.1 GPS定位信息 24
3.2.2 GPS设备配置 24
3.2.3 GPS数据解析 26
3.3 AHRS数据 29
3.3.1 AHRS工作原理 29
3.3.2 磁场干扰与校准 31
3.3.3 AHRS校正 32
3.3.4 AHRS通讯协议 35
3.3.5 AHRS数据获取 36
3.4 导航地图建立 37
3.4.1 卫星地图创建 38
3.4.2 全图解析 38
3.4.3 航姿信息显示 40
3.5 本章小结 41
第四章 抗饱和PID控制系统实现 42
4.1 引言 42
4.2 抗饱和控制系统的设计方法研究概况 43
4.3 抗饱和VSPID控制器设计 44
4.4 抗饱和VSPID控制器仿真与分析 46
4.5 实验结果 48
4.6 本章小结 49
结论 50
致 谢 51..
2.7万字
我自己原创的毕业论文，仅在本站独家提交，大家放心使用
摘要 移动机器人是机器人学中的一个重要分支，具有广阔的发展前景，尤其是野外环境下的移动机器人，广泛地应用到工业、农业、侦查、探测、军事、搜救等特殊场合。其中，农业车辆自主导航技术的使用可有效提高农业机械的生产率和作业精度，减轻操作人员的劳动强度。目前利用GPS定位技术进行农业机器人自主导航研究变得越来越广泛、成熟。
本课题结合北京博创兴盛机器人技术有限公司的全地形、全天候智能移动机器人“旅行家IV”平台与上海华测导航技术有限公司的高精度双频RTK-GPS，以Visual C++ 6.0为开发平台，将GPS与姿态方位参考系统(AHRS)相结合，通过对变结构抗饱和PID控制进行分析，进行机器人自主导航控制研究。本论文主要研究内容如下：
首先，介绍了北京博创兴盛科技有限公司Voyager IV机器人的机构、组成，对机器人的性能、主要模块进行了简要的说明。同时，还分析了上海华测导航技术有限公司的RTK GPS X300 的系统组成与工作原理，着重介绍了GPS定位原理及系统工作模式。基于Visual C++ 6.0为开发平台，通过串口通讯实现了上海华测的GPS配置与数据解析获取。
其次，对GPS、AHRS和地图组成的导航方案进行了介绍，并详细分析了AHRS的工作原理、磁场干扰以及AHRS校正原理与方法。
最后，利用变结构切换方法来解决PID控制器积分饱和现象。在导航系统出现较大的姿态误差情况下，传统的PID控制出现严重饱和，超调增大，系统出现不稳定现象，采用自适应变化率实现自适应调整积分项的PID控制算法，有效抑制了控制器过饱和问题。提高了导航精度与控制精度，用仿真与试验进行了验证。
关键词：移动机器人 导航 GPS 抗饱和PID
Abstract The mobile robot is an important branch of robotics, and has a bright future especially in the field environment. It has been widely used in industry, agriculture, investigation, detection, military, search, rescue and other special occasions. Among them, the use of the autonomous navigation technology of agricultural vehicles can effectively improve the productivity and operating precision of agricultural machinery and reduce the labor intensity. Currently, the use of GPS technology in agricultural research autonomous robot navigation is becoming increasingly widespread and mature.
The subject combines all-terrain and all-weather mobile robot ’Voyager IV’ platform of Beijing Bochuang Xingsheng Robot Technology Co., Ltd and the high-precision dual-frequency RTK-GPS of Shanghai Huace Navigation Technology Co., Ltd, with Visual C + + 6.0 development platform. The GPS position and attitude reference system (AHRS) are combined and research the control of autonomous robot navigation by analyzing anti-saturation of variable structure PID control. The main contents are as follows:
Firstly, it describes the institutions and composition of Voyager IV researched and developed by Beijing Bochuang Xingsheng Robot Technology Co., Ltd. The performance of the robot and the main modules are briefly described.It also analyzes the system composition and working principle of RTK GPS X300 researched and developed by Shanghai Huace Navigation Technology Co. Ltd, focusing on the GPS positioning principle and system operation. Obtain Shanghai Huace GPS configuration and data analysis via serial communication based on Visual C + + 6.0 development platform.
Secondly, This article introduces the navigation scheme of GPS, AHRS and map and a detailed analysis of working principle of AHRS, also illustrates the situation of AHRS interfered by magnetic fields, and provides the debugging method of AHRS.
Finally, it uses variable structure switching method to solve the PID controller windup phenomenon. In the case of a larger attitude error in the navigation system, the traditional PID control severe saturation overshoot increases and system instability occurs, the rate of change to achieve adaptive PID integral term adaptive control algorithm, effectively inhibited control over saturation, and effectively restrain interference and integral saturation and proved by experiments and MATLAB simulation.
Keywords mobile robot navigation GPS anti-windup PID
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.1.1研究背景 1
1.2.1研究意义 2
1.2 国内外研究现状 3
1.2.1国外研究成果及现状 3
1.2.2国内研究成果及现状 7
1.3 论文研究内容 9
第二章 移动机器人研究平台介绍 10
2.1 Voyager IV移动机器人平台 10
2.1.1平台概述 10
2.1.2系统结构 11
2.2 X300 GNSS系统 13
2.2.1 GPS系统与原理 13
2.2.2 X300系统概述 17
2.3 姿态模块 19
2.4 本章小结 20
第三章 GPS/AHRS导航方案设计 22
3.1 方案介绍 22
3.2 GPS数据 24
3.2.1 GPS定位信息 24
3.2.2 GPS设备配置 24
3.2.3 GPS数据解析 26
3.3 AHRS数据 29
3.3.1 AHRS工作原理 29
3.3.2 磁场干扰与校准 31
3.3.3 AHRS校正 32
3.3.4 AHRS通讯协议 35
3.3.5 AHRS数据获取 36
3.4 导航地图建立 37
3.4.1 卫星地图创建 38
3.4.2 全图解析 38
3.4.3 航姿信息显示 40
3.5 本章小结 41
第四章 抗饱和PID控制系统实现 42
4.1 引言 42
4.2 抗饱和控制系统的设计方法研究概况 43
4.3 抗饱和VSPID控制器设计 44
4.4 抗饱和VSPID控制器仿真与分析 46
4.5 实验结果 48
4.6 本章小结 49
结论 50
致 谢 51..
