室外移动机器人TYIRV-I的定位系统的设计与实现

定位系统是保证准确避障和导航的必要条件,只有准确稳定的定位才能够准确避障和导航,所以定位系统在室外移动机器人中是不可缺少的组成部分。本文介绍室外移动机器人TYIRV-I的组合定位系统,即GPS、磁罗盘和光码盘组合定位,其中,GPS虽然能够提供较精确的位置信息,但是会由于遮挡等原因导致数据无效。磁罗盘和光码盘通过航位推算得到位置信息,短距离定位效果较好,但存在严重的累计误差。对以上两种定位方法进行信息融合形成GPS、磁罗盘和光码盘组合定位,取长补短,取得较好的效果。实践证明,该定位系统具有较高的准确性和稳定性,能够满足移动机器人的定位和导航需要。     

基于陀螺辅助的磁罗盘抗干扰测量方法

为了解决磁罗盘使用过程中受到的磁干扰和加速度干扰影响测量精度问题。提出了基于陀螺辅助的磁罗盘抗干扰测量方法。选取磁罗盘姿态四元数微分程和传感器误差模型共同构建系统的滤波模型,由自适应卡尔曼滤波算法实现磁罗盘姿态估计,并借助于无磁转台对测量方法进行了实验验证,结果表明该方法是可有效实现磁罗盘的抗干扰测量,且能提高磁罗盘测量精度。     

移动机器人THMR-V的组合定位系统

定位系统是室外移动机器人中不可缺少的组成部分,是车辆定位与导航的基础。文章介绍了清华移动机器人THMR－V的定位系统,它是由GPS、磁罗盘、光码盘组成的。GPS能够提供比较精确的绝对位置,但是采集数据较慢,而且可能由于遮挡等原因而失效或跳变。磁罗盘－光码盘系统（CEPS）通过航位推算计算车体位置,在短期内定位效果较好,但是存在积累误差。通过GPS／CEPS组合定位,取长补短,从而整体上达到良好的性能。在THMR－V上经过一年多试验证明,该系统具有较高的准确性和稳定性,满足移动机器人的定位与导航的需要。     

无人机航向测量抗差补偿滤波技术研究

针对角速率陀螺误差随时间积累和电子磁罗盘易受外界干扰的问题,为提高低成本自主导航精度,设计了角速率陀螺和电子磁罗盘信息融合的组合方案。并对传统的补偿滤波方法进行改进,提出一种能够检测出电子磁罗盘的低频干扰,并对干扰误差进行剔除的抗差补偿滤波算法。通过对角速率陀螺和电子磁罗盘进行误差建模和仿真实验可知,抗差补偿滤波器可以有效地抑制磁罗盘高频干扰误差和角速率陀螺的积累误差,同时,也可很好地抑制磁罗盘的低频干扰误差。结果表明：研究的抗差补偿滤波算法效果明显,是一种简单可靠的航向融合方法。     

三轴磁罗盘的设计与误差校正

介绍了三轴磁罗盘的工作原理,设计了一种利用磁阻传感器和加速度计测定航向角、俯仰角、侧滚角的测量系统.分析了影响磁罗盘测量精度的误差来源,并在此基础上提出了相应的校正方法.实验结果表明,利用这些算法,可使磁罗盘的航向角误差由±9°降到±0.6°,有效地降低了由于制造和安装等引起的误差.这种校正算法不仪适用于磁罗盘,也适用于其它三轴传感器系统.     

运动体方位测量信息融合技术研究

针对角速率陀螺误差随时间积累和磁罗盘易受外界干扰的问题,为了提高运动体方位测量的精度,设计了角速率陀螺和磁罗盘方位信息融合方案。分析了磁罗盘和角速率陀螺的误差特性,进行了误差建模,构建了卡尔曼滤波模型,提出一种能够检测磁罗盘低频干扰,并对干扰误差进行剔除的前置检测环节(PDL)。通过仿真实验可知,该算法不仅能够有效地抑制磁罗盘高频干扰和角速率陀螺的积累误差,同时也可很好地抑制磁罗盘的低频干扰误差,可以给运动体提供较高的方位信息。     

室外智能移动机器人运动方向测量系统

在导航控制技术中，机器人运动方向的测量是相当关键的。针对国内外各种载体运动方向测量系统的特点，本文提出了一种利用磁罗盘传感器组成的室外移动机器人运动方向测量系统，该系统反应灵敏，测量精度高，性能稳定，成本低     

基于椭圆假设的磁罗盘航向测量算法研究

磁罗盘常用于自主式水下航行器（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）导航系统中对惯性器件的姿态测量进行校正。为了补偿载体内干扰磁场对磁罗盘航向解算带来的误差,采用基于椭圆假设的误差模型,通过最小一：乘拟合椭圆,扶得磁罗盘误差补偿算法中椭圆模型的各分布参数。陆上仿真实验的结果表明,基于椭圆假设的实时补偿算法能够获得稳定、高精度的航向角测量,不同路径类型下的误差精度可提高60％至80％。补偿结果为水下导航系统算法设计提供了精度依据。     

磁罗盘误差分析与校准

根据磁罗盘的工作原理,在详细分析了磁干扰和仪表误差等影响磁罗盘精度各因素的基础上,首先建立了一个用矩阵方程描述的磁罗盘方位指向输出的精确测量模型;接着证明了目前广泛使用的几种罗盘指向解算模型仅是上述精确测量模型在不同特定条件下的简化或泛化;随后基于不同姿态下的椭圆拟合算法对上述精确测量模型各个参数进行辨识,提出了全面校准磁罗盘方位指向的方法和步骤;最后用实例检验并比较了采用椭圆拟合模型和精确测量模型对罗盘方位解算的效果,验证了该精确测量模型的广泛适用性。     

一种基于超限学习机的电子磁罗盘非线性误差补偿方法

针对磁罗盘传感器非线性校正中现有方法的不足,提出采用小波函数和双曲正弦函数作为超限学习机(ELM)的激活函数,并将此改进超限学习机用于磁罗盘的校正.同时,阐述了传感器的非线性校正原理,磁罗盘航向误差模型及改进超限学习机的实现过程,并分别采用BP神经网络法和传统ELM对磁罗盘进行非线性校正.实验结果表明,改进ELM算法补偿后最大误差为0.103°,均方根误差为0.0596°,优于BP神经网络算法(补偿后最大误差为0.5°,均方根误差为0.1805°)和传统ELM神经网络(补偿后最大误差为0.21°,均方根误差为0.1056°).     

Robust TSK fuzzy modeling for function approximation with outliers

The Takagi-Sugeno-Kang (TSK) type of fuzzy models has attracted a great attention of the fuzzy modeling community due to their good performance in various applications. Most approaches for modeling TSK fuzzy rules define their fuzzy subspaces based on the idea of training data being close enough instead of having similar functions. Besides, training data sets algorithms often contain outliers, which seriously affect least-square error minimization clustering and learning algorithms. A robust TSK fuzzy modeling approach is presented. In the approach, a clustering algorithm termed as robust fuzzy regression agglomeration (RFRA) is proposed to define fuzzy subspaces in a fuzzy regression manner with robust capability against outliers. To obtain a more precision model, a robust fine-tuning algorithm is then employed. Various examples are used to verify the effectiveness of the proposed approach. From the simulation results, the proposed robust TSK fuzzy modeling indeed showed superior performance over other approaches     

THMR-V平台上基于Linux的监控系统设计与实现

THMR-V室外移动机器人及视觉临场感遥控系统是清华大学智能技术与系统国家重点实验室研制的实验平台。介绍了THMR—V原监控系统存在的不足以及在Linux系统下新监控系统的设计与实现，并介绍了仿真算法的改进，同时对根据实验情况作了分析和总结。     

A calibration approach based on Takagi–Sugeno fuzzy inference system for digital electronic compasses

Recently, the development of industrial processes brought on the outbreak of technologically complex systems. This development generated the necessity of research relative to the mathematical techniques that have the capacity to deal with project complexities and validation. Fuzzy models have been receiving particular attention in the area of nonlinear systems identification and analysis due to it is capacity to approximate nonlinear behavior and deal with uncertainty. A fuzzy rule-based model suitable for the approximation of many systems and functions is the Takagi–Sugeno (TS) fuzzy model. TS fuzzy models are nonlinear systems described by a set of if then rules which gives local linear representations of an underlying system. Such models can approximate a wide class of nonlinear systems. In this paper a performance analysis of a system based on TS fuzzy inference system for the calibration of electronic compass devices is considered. The contribution of the evaluated TS fuzzy inference system is to reduce the error obtained in data acquisition from a digital electronic compass. For the reliable operation of the TS fuzzy inference system, adequate error measurements must be taken. The error noise must be filtered before the application of the TS fuzzy inference system. The proposed method demonstrated an effectiveness of 57% at reducing the total error based on considered tests.     

THMR-V视觉临场感遥控系统的设计与实现

THMR-V室外移动机器人视觉临场感遥控系统是清华大学智能技术与系统国家重点实验室研制的实验平台。文章介绍了其总体结构与组成,并详细介绍了基地部分软硬件的设计与实现。     

一种用于室外移动机器人的快速有效的车道线识别方法

提出了一种可满足室外移动机器人高速行驶要求的车道线检测识别方法．首先,对原始图像进行边缘抽取和动态双阈值二值化以得到二值化图像,再利用基于增强型状态转移网络(ATN)的图像理解算法识别出车道线．通过在清华大学室外移动机器人（THMR V）平台上的大量试验证明了该算法的有效性和快速性．使用该算法的THMR V（清华大学移动机器人 V）在高速公路上的最高自主行驶速度已经超过了150km/h．     

移动机器人THMR-V遥控系统的设计与实现

介绍了基于视觉的移动机器人THMR-V遥控系统的设计及实施。重点介绍了指挥站测控与监控系统、方向盘力反馈技术、无缝隙切换技术,以及数据与图象无线通信系统。     

基于GMR单元的电子指南针的研究

无人机、移动设备、车载导航等方面需要用到地磁定向,而指南针在这些应用中起到关键的作用.针对车载导航的姿态控制和导航精度,以广东东莞新科技术开发有限公司的GMR单元为基础,结合其专利技术-磁纠正技术,应用GMR对地磁场的灵敏快速的反应,开发的一款三轴方向传感器-Electronic Compass.测试数据和动态演示表明...     

尺规作图CAI课件的设计及实现

尺规作图是现行初中几何课程中一段实践性较强的内容,文 中探讨了尺规作图在计算机上的实现。以尺规作图中具有代表性的一个模块——“作一个角 等于已知角”为例,介绍尺规作图课件的设计和实现,充分利用了动画技术实现尺、规移动 ,两点连线,点、线或弧闪烁,再现了圆规画弧这一制作的关键。     

基于多线程技术的GPS罗盘数据采集与处理

设计一套基于多线程技术的GPS罗盘数据采集和处理系统,给出GPS姿态测量原理及相关通信协议,在此基础上以SDI-COMPASS为例,采用Win32的API通信函数实现GPS罗盘和PC机之间多线程、非阻塞的串口通信。静态和动态实验表明,该系统可以快速、准确地采集和处理GPS罗盘数据,具有很高的稳定性和灵活性。     

基于HMC5883的电子罗盘设计

针对低功耗的手持导航应用,提出了一种基于数字磁阻传感器和MEMS加速度计的小型低功耗电子罗盘设计方案.介绍了电子罗盘工作原理、硬件设计及软件算法,并在分析磁性物质影响的基础上提出了合理可行的矫正方法.实验表明,该电子罗盘能准确测量罗盘朝向,并且功耗低、运行稳定,具有倾斜补偿及校正功能,可用于普通导航领域.