基于GPS和數(shù)字羅盤的割草機(jī)器人導(dǎo)航定位方法的研究.pdf

1、機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)和軍事等諸多領(lǐng)域。本課題中的割草機(jī)器人采用電動(dòng)履帶式機(jī)器人作為研究平臺(tái)，具有其他割草機(jī)器人所沒(méi)有的地形適應(yīng)性強(qiáng)和全天候工作的優(yōu)勢(shì)，為割草機(jī)器人平臺(tái)的選擇提供了新思路。 割草機(jī)器人研究的主要內(nèi)容之一就是如何實(shí)現(xiàn)機(jī)器人平臺(tái)的導(dǎo)航定位，目前大部分機(jī)器人采用視覺(jué)、聲學(xué)等傳感器提供導(dǎo)航信息，而已有的割草機(jī)器人大多使用電纜圍出工作地域、電渦流傳感器獲得工作范圍信息的方式進(jìn)行導(dǎo)航。本課題使用GPS以及GPS/DR

2、組合導(dǎo)航方式用于割草機(jī)器人的導(dǎo)航定位，建立的GPS卡爾曼濾波模型和GPS/DR組合導(dǎo)航的非線性自適應(yīng)卡爾曼濾波模型以提高機(jī)器人導(dǎo)航定位的精度，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證取得了比較好的效果。 本文首先對(duì)GPS的誤差是否是有色噪聲進(jìn)行了研究，利用數(shù)值分析和系統(tǒng)辨識(shí)的方法對(duì)AgGPS132型接收機(jī)工作于偽距差分模式所采集的定點(diǎn)靜態(tài)定位數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，建立了GPS誤差的自回歸模型-AR(1)型。GPS卡爾曼濾波器中都把GPS誤差作為高斯白噪聲來(lái)處理，本

3、文利用建立的GPS誤差模型對(duì)GPS卡爾曼濾波器進(jìn)行改進(jìn)，得到有色噪聲下的GPS卡爾曼濾波模型，這一模型經(jīng)過(guò)試驗(yàn)檢驗(yàn)，與單一GPS動(dòng)態(tài)定位比較，定位精度顯著提高。 為了驗(yàn)證GPS動(dòng)態(tài)定位在不同的行進(jìn)方向下是否存在差異，利用機(jī)器人和GPS接收機(jī)進(jìn)行東西和南北方向的動(dòng)態(tài)定位試驗(yàn)，得到了東西方向動(dòng)態(tài)定位精度好于南北方向的動(dòng)態(tài)定位精度這一結(jié)論，這一結(jié)論對(duì)利用GPS進(jìn)行導(dǎo)航定位的機(jī)器人的路徑規(guī)劃具有指導(dǎo)意義。 為了進(jìn)一步提高GPS定

4、位精度，采用GPS接收機(jī)、數(shù)字羅盤和機(jī)器人主動(dòng)輪編碼器讀數(shù)換算得到的里程信息組成GPS/DR組合導(dǎo)航系統(tǒng)，并且建立了GPS/DR組合導(dǎo)航的卡爾曼濾波模型，通過(guò)試驗(yàn)檢驗(yàn)，GPS/DR組合導(dǎo)航方式下的定位精度進(jìn)一步提高。 文章最后比較了GPS動(dòng)態(tài)定位、經(jīng)過(guò)卡爾曼濾波的GPS動(dòng)態(tài)定位、DR航位推算法和GPS/DR組合導(dǎo)航定位這四種方式下的定位精度，分析誤差來(lái)源，并且提出了進(jìn)一步改進(jìn)的意見(jiàn)。本課題中建立的兩種卡爾曼濾波模型顯著提高了GP