全向移动机器人惯性导航系统设计

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1、学校代码：泉＾＾ｒ责豈：Ｗ＾＂＾ｉＶ￣？ＴｎｉｉｒｍＴｒｆｉＰｉＴｒｉｒｆｎｆｉＰｉＶ．山ａｊ＾Ｊ７六Ｉ，ｙ長…—辭諭护净喔工程硕ｉ学位论文全向移动机器人惯性导航系统设计：应用研究（学位论文形式）研究生姓名；计怡峰导师姓名；更方柯尊芒申请学份类别工程硕±学位授予单位东南大学Ｔ码领域名称机城工程论义答辩日期２０１６年６月２日研究方向智能机器人学位授予日期２０年月日咎雜妾员会丰席进巧平评阅人２０年月全向移动机帯人惯性导航系统设计专业：机械工程（专业学位）硕±研究生：计怡

2、峰指导老师：贾方教授申请学位级别：工程硕±东南大学机械工程学院２０１６年５月ＩＮＥＲＴＩＡＬＮＡＶＩＧＡＴＩＯＮＳＹＳＴＥＭＤＥＳＩＧＮＯＦＯＭＮＩＤＩＲＥＣＴＩＯＮＡＬＭＯＢＩＬＥＲＯＢＯＴＡＴｈｅｓｉｓＳｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＦｏｒｔｈｅＡｃａｄｅｍｉｃＤｅｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒｏｆｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＢＹＪＩＹｉｆｅｎｇＳｕｐｅｒｖｉｓｅｄｂｙＰｒｏｆ．ＪＩＡＦａｎｇＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｇＳｏ

3、ｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＭａｙ２０１６东南大学学位论文独馈性巧明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研巧工作及取得的研巧成果。尽我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研巧成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。．Ｗｋ．Ｉｆｋ研究生签名：坤含气曰亂东巧大学学位论文使用巧枚声明东南大学、中国科学技术信息研巧所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，

4、可Ｗ采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相－致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被査阅和借阅，可Ｗ公布（包括Ｗ电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括Ｗ电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研巧生签名：却咎导师签名：曰期：气＾全向移动机器人惯性导航系统设计研究生：计怡峰指导老师：贾方（东南大学机械工程学院，南京）摘要惯性导航技术具有不受地域限制，不依赖于外部信号，可实时、高精度地输出姿态和位置信息等特点，已成为移动机器人自主定位与导航技术的研巧热点。将愤性元

5、器件固联在全向移动机器人或者自动引导车（ＡＧＶ）上，可搭建捷联式惯性导航系统，该系统结构简单、体积小、维护方便、精度较高，便于与其他导航方式组合，有着良好的应用前景。本文Ｗ微惯性测量单元（ＭＩＭＵ）为基础，基于全向移动机器人平台设计了惯性导航系统，包括对ＭＩＭＵ进行误差建模研究及验证，设计扩展卡尔曼滤波器（ＥＫＦ）融合加速度计、陀螺仪和磁力计的输出，实现四元数状态更新，从而解算全向移动机器人姿态信息并实验验证精度。首先Ｉ结合全向移动机器人的应用环境及其自身特点，完成了惯性导航系统的总体方案设计。ＷＭＩＭＵ为核也，设计惯性导航硬件系统，并完成ＭＰＵ９２５０

6、Ｉ２Ｃ通信方案配置、ＧＰＳ模块配置、蓝牙模块配置等拴制系统的软件代码实现。然后，分析ＭＭＵ的主要误差来源，完成系统误差建模：利用分立标定法（静态多位置标定和角速率标定）对加速度计进行标定！接着利用标定后的加速度计信息完成陀螺仪的误差标定；综合利用楠圆拟合法和分立标定法完成对磁力计的标定，：并分别实验验证实验结果表明标定效果理想；一针对地磁场不断变化的情况，种磁力计的快速标定方法提出。最后，设计扩展卡尔曼滤波器，实现四元数状态更新后解算载体姿态信息并实验验证精度；对加速度计输出进行平滑处理，降低全向稼动化器人运动时的振动噪声干扰；针对地磁场不断变化的特点

7、，设计自校正程序，减小漂移误差；进行机器人静态及动态实验验证本惯性导航系统的精度。关隹词Ｓ全向移动机器人，惯性导航，误差标定，姿态解算，扩展卡尔曼滤波ＩＡｂｓｔｒａｃｔＩＮＥＲＴＩＡＬＮＡＶＩＧＡＴＩＯＮＳＹＳＴＥＭＤＥＳＩＧＮ－ＤＩＲＥＣＴＩＯＮＡＬＯＦＯＭＮＩＭＯＢＩＬＥＲＯＢＯＴＣａｎｄｉｄａｔｅｆｏｒｍａｓｔｅｒ：ＪＩＹｉｆｅｎｇＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＪＩＡＦａｎｇ（Ｓｃｈｏｏｌｏ