爬壁機(jī)器人的無(wú)線定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、爬壁機(jī)器人作為一類重要的特種機(jī)器人，可以被應(yīng)用在大型垂直壁面的工作環(huán)境中，例如，高層建筑的外墻清洗。本文主要研發(fā)了一種基于超寬帶技術(shù)的無(wú)線定位系統(tǒng)，該定位系統(tǒng)可適用于爬壁機(jī)器人在寬廣墻面上的定位，且能達(dá)到爬壁機(jī)器人所需的分米級(jí)的定位精度要求。
　　首先，針對(duì)寬廣、平坦的墻面上的遠(yuǎn)距離測(cè)距問(wèn)題，本研究選用DWM1000超寬帶收發(fā)芯片來(lái)設(shè)計(jì)制作無(wú)線測(cè)距模塊。詳細(xì)闡述了IEEE802.15.4-2011協(xié)議以及基于該芯片的雙向測(cè)距程序，

2、并討論了影響測(cè)距范圍的因素。在制作完成無(wú)線測(cè)距模塊后，我們還移植了無(wú)線測(cè)距程序、調(diào)試運(yùn)行并測(cè)試了無(wú)線測(cè)距功能。
　　接著，本文詳細(xì)說(shuō)明了基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間(TOA)的無(wú)線定位算法。通過(guò)對(duì)原有的無(wú)線測(cè)距程序進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，將無(wú)線測(cè)距模塊擴(kuò)展為無(wú)線定位系統(tǒng)的下位機(jī)硬件平臺(tái)。在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了該無(wú)線定位系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控程序，上位機(jī)程序主要功能為利用串口與各個(gè)測(cè)距模塊進(jìn)行雙向通訊、對(duì)測(cè)距模塊上傳的距離實(shí)測(cè)值進(jìn)行卡爾曼濾波和利用距離濾波值實(shí)現(xiàn)無(wú)線

3、定位算法。
　　然后，通過(guò)仿真計(jì)算研究了錨節(jié)點(diǎn)間距、錨節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)、移動(dòng)標(biāo)簽運(yùn)動(dòng)速度這三個(gè)相關(guān)參數(shù)對(duì)無(wú)線定位精度的影響。這些仿真結(jié)果對(duì)無(wú)線定位系統(tǒng)提出了若干要求。實(shí)際構(gòu)建了無(wú)線定位系統(tǒng)，并通過(guò)在待定位區(qū)域邊緣位置增加錨節(jié)點(diǎn)的數(shù)量來(lái)減小爬壁機(jī)器人的移動(dòng)速度所帶來(lái)的影響。
　　最后，在爬壁機(jī)器人系統(tǒng)上測(cè)試了本研究所研制的無(wú)線定位系統(tǒng)。無(wú)線定位系統(tǒng)能夠很好地定位在壁面上移動(dòng)的爬壁機(jī)器人，驗(yàn)證了無(wú)線定位系統(tǒng)的實(shí)用性，并深入分析了影響定位