机器人自定位项目

机器人室内自定位项目 – 用惯性导航实现机器人定位


1、项目背景

要实现室内机器人的自主性,首先需要解决机器人在室内的定位问题。如今虽然GPS定位技术已经日渐成熟,然而在室内环境下,却不具备一种相对成熟的定位方案。要让机器人实现自定位,首先需要让机器人具有感知位置的能力。这种能力可以来自其本身,即让其具有方向感;也可以来自于外界,即通过外部辅助手段实现其定位。

其中,外部定位的方法需要加装辅助定位设备,如红外发射器、超声波发射器、光源或者无线发射装置。这些限制了部署的便捷性与灵活性,降低了其对不同环境的适应能力。

本项目希望通过惯性传感元件,结合转速编码器实现机器人的自主定位。该定位方式不依赖于其它外部设备,机器人本体即具有定位能力,配合外部输入的地图,即可展示机器人的当前位置。本项目的难点在于如何对惯性传感器的输入数据进行分析处理,以及如何对多传感器数据进行融合。本项目为基础性研究项目,在此基础上可以进一步实现未知环境地图建立、机器人路径规划、家用扫地机器人、画图机器人等其它研究项目。

2、系统组成

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1)惯性传感单元

包括控制器与惯性传感器。

2)机器人本体

移动需灵活、平稳、具有转速编码器以及无线通信模块。

3)停泊港

用于位置信息的归零校准。

4)PC轨迹展示程序。

可以接受用户输入的地图,接受机器人发送的定位数据,从而展示机器人的当前位置。

3、实施方案

本项目为期3个月,分为3个实施阶段,最终成果以完整系统的方式实现,并从中尽量提炼出可复用的部分,便于复制实现。

1)第一阶段:项目准备期

搜集项目资料,确定项目设计方案。

完成硬件电路的设计。

2)第二阶段:项目实施期

完成软件算法的设计,设计PC机轨迹展示平台,设计机器人控制程序。

系统联合调试、优化。

3)第三阶段:项目归档期

完成相关设计文档与展示材料,从项目成果中抽取可二次利用的内容。

4、目前进展

1)已经购买了MEMS测试电路板;

2)已经采集到了加速度、陀螺仪的原始数据;

3)对数据进行了简单处理和测试。

存在的问题:

1)加速度和陀螺仪均存在静态漂移的问题,陀螺仪约38度/小时,加速度约3m/小时;

2)传感器参数采集正负不对称且存在误差,移动后即使还原也无法恢复原状态;

3)运动时噪声很大,需要进行信号滤波处理,否则数据很不准确;

4)速度进行了二次积分,累计误差问题比角度更加突出。

5、知识领域

1)微控制器(Micro Controller Unit, MCU)技术

2)数字信号处理(Digital Signal Processing, DSP)

3)惯性导航(IMU)技术

4)平面几何、微积分等数学基础

5)嵌入式软件开发知识

6)移动机器人相关知识

6、人员需求

+硬件工程师………………………….1名

进行相关硬件电路的设计,需了解PCB电路设计,了解MEMS电路设计的关键点。

+STM32开发工程师……………..1名

主要完成机器人的驱动,需熟悉STM32F1xx、STM32F3xx系列单片机的开发。

+算法工程师…………………………1-2名

进行数字滤波、传感器融合算法设计。

+PC工程师……………………………1名

进行上位机地图读取、定位展示程序的开发。

+美工设计………………………..….1名

对成果资料进行整理,对设计过程进行拍照、录像,制作相关宣传海报。

欢迎其他感兴趣的人加入,项目工作量和资源有限,人员限定为6人以内。

7、项目经费

+PCB电路板加工………450元(双层电路板,150元每版,2版用于调试,1版最终定型)

+元器件采购…………….400元(80元/套,5套)

+机器人测试平台…….400元(灵活性、稳定性好,自带旋转编码器)

+开发工具………………..200元(价格较高的工具费用自筹)

+总    计……………..…1450元

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8 Comments on "机器人自定位项目"

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李杰
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:?: 你还在进行这个项目么?希望能够和你交流

njchenyi
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不知道有没有考虑过用zigbee或者wifi这类无线通信方式进行定位了?
这样的好处是待定位设备不需要很强的处理能力,只需要数据协议和上位机能够满足定位需要就可以。对于降低成本应该有好处

姜爱鹏
Guest

请问这个项目还在进行么?

师头
Guest

我们已经实现了 :razz:

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