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基于扩展卡尔曼滤波的自主移动机器人设计与实现

王治斌  
【摘要】:随着科技的进步和经济水平的提高,各行各业对机器人的需求与日俱增。自主移动机器人作为机器人技术的一个重要分支,以其灵活的移动特性和便捷的智能特性得到了广泛应用。而要利用机器人来提供各项便捷服务,首要前提就是要具备一个稳定有效的机器人平台,利用平台较强的稳定性与扩展性支持上层服务的部署与展开。本文旨在设计并实现一个运行于室内环境,具备一定鲁棒性和扩展性的自主移动机器人系统。同时,为实现平台的自主移动功能,本文对基于扩展卡尔曼滤波的自主定位问题进行了深入研究和讨论。论文主要完成了以下几个方面的工作:(1)本文分析了双轮差速移动机器人的物理结构和运动特征,建立了机器人的运动模型,结合机器人平台所使用的里程计和超声波阵列,对传感器的观测模型进行了推导和构建,为自主定位功能的实现提供了模型支持。(2)文章对移动机器人系统中的自主定位问题进行了深入探讨,在机器人运动模型和观测模型的基础上,研究和分析了基于扩展卡尔曼滤波的定位方法,并结合自主研发的机器人平台对算法进行了实现。(3)设计并实现了机器人硬件实体,以保证机器人平台的稳定性和扩展性为前提,基于模块化思想设计并实现了机器人的硬件系统。该系统主要包括信息处理模块、环境感知模块、运动执行模块、对外交互模块以及供电模块五个部分。(4)在上述硬件系统的基础上,完成了机器人软件系统的搭建。主要包括信息处理子系统、运动执行子系统、环境感知子系统以及各个子系统间通信接口的设计与实现。


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