基于电磁跟踪技术的室内移动机器人定位系统
电磁跟踪技术精度高，且无遮挡问题，特别适合室内环境使用。电磁跟踪系统通常由发射器、接收器与处理器组成。在系统中，通电线圈常被用作电磁定位装置收发器。发射器与接收器间的耦合信号与接收器的位置方向密切相关。所以，可以提取两者间的耦合信号进行定位工作。耦合信号易受到噪声的干扰，需要高质量滤波放大。电磁定位一般采用磁偶极子模型，模型中包含了五个位置参数。它利用非线性算法求解目标位置。系统的激励线圈磁场分布模型、信号发生提取电路和定位算法软件都影响系统定位的精度。 为了实现室内较大空间范围的移动机器人定位跟踪，本文设计了基于嵌入式系统ARM（STM32）的空间电磁定位系统。系统主要包括信号发射线圈单元、多轴接收线圈传感单元和处理器单元三个部分。首先，采用ST公司的ARM微控制器STM32F103来实现核心功能，并设计了滤波放大等信号处理电路。发射器产生的正弦信号通过功率放大电路进行放大，进而激励发射线圈产生交变磁场。三轴传感线圈感应磁场信号，经过放大与滤波得到三路模拟信号；然后，微控制器STM32F103自带的模拟数字转换器进行数据采样。数据处理后，计算结果可以在液晶屏上实时显示。 其次，对比了磁偶极子模型与载流积分模型的异同，得出在适当的条件下载流积分模型可以转化为磁偶极子模型进行计算。用磁偶极子模型，根据法拉第电磁感应定律，推导得出电磁跟踪的算法原理。采用LM算法对电磁跟踪的非线性方程组进行求解。针对平面移动目标跟踪定位的特殊情况，推导出平面中的解析算法，对平面中的移动目标进行位置求解。 最后，对LM算法非线性求解与平面解析法做了大量仿真与实验。在空间内进行定位跟踪实验，验证电磁定位系统的准确性与时效性。实验结果证明系统可以对离信号源数米范围内的移动目标进行较准确实时地跟踪定位。
移动机器人;电磁跟踪技术;室内定位;数据采样;微控制器
宁波大学
硕士
计算机应用技术
胡超;林卫星
2014
中文
TP242.6
76
2015-08-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）