UWB与里程计融合的室内移动机器人定位设计

为进一步提高UWB技术在室内移动机器人定位方面的定位精度与可靠性,设计了一种基于UWB与里程计融合的定位系统.针对UWB测距过程中产生的随机误差问题,采用卡尔曼滤波算法进行抑制.针对UWB非视距误差问题,引入NLOS误差鉴别方法鉴别现场环境,借助里程计航迹推演算法获得机器人定位数据进行补偿.针对里程计定位过程中由于长时间、长距离所产生的累积误差问题,采用UWB高精度的定位数据进行误差矫正.实验结果表明,融合UWB与里程计的定位系统有效地抑制了UWB定位的随机误差与非视距误差,尤其在UWB信号受到障碍物的严重遮挡时,移动机器人仍能获得精确可靠地定位数据.     

复杂坏境下基于SINS/UWB的容错组合定位技术研究

针对超宽带无线定位系统在复杂坏境中出现的定位数据丢失以及粗大误差等导致SINS/UWB组合系统定位精度下降的问题,提出了一种基于超宽带定位系统容错判断的组合定位方法。首先根据捷联惯导测量值进行基于中值滤波的运动载体静止状态检测,进而利用最小二乘法实现静止状态下捷联惯导量测偏差矫正;然后在建立SINS/UWB组合定位模型的基础上,引入决策树容错判断机制,对超宽带定位系统在复杂环境中由于信号干扰以及非视距导致的测量数据丢失以及粗大定位误差进行实时评估,进而应用卡尔曼滤波算法,实现容错组合定位系统的构建。在搭建的SINS/UWB组合定位实验平台中进行模型验证,结果表明容错组合定位系统能够有效检测出UWB定位系统出现的定位数据丢失以及粗大定位误差,并且在UWB粗大误差状态持续6 s的情况下,容错组合定位系统仍然能够保持较高的定位精度。     

关于煤矿井下人员智能化定位系统的设计研究

针对某煤矿井下人员定位系统采用的是有线传输且只能通过手动方式触发求救信号的局限性,基于UWB超宽带定位技术和Lo Ra无线通信技术对人员定位系统进行了智能化改造。实际测试发现,当无线通信距离在1.5 km以内时通信误码率为0,且定位系统的手动求救和自动求救成功率分别达到了100%和96%。     

基于UWB技术的煤矿井下定位系统研究与设计

针对煤矿井下设备管理不规范,使用效率不高的问题,提出了一种基于UWB技术的井下设备定位系统.根据井下实际环境,建立无线定位系统整体方案,读卡器与定位标签之间通过UWB进行无线通信,利用信号强度与三边测定法进行定位标签的二维定位,并对定位分站、读卡器与定位标签的结构进行了设计.通过实验模拟巷道环境,对系统的定位精度进行试...     

基于神经网络与自调节卡尔曼滤波的超宽带定位算法研究

提出了一种基于神经网络与自调节卡尔曼滤波的超宽带(UWB)定位算法，以改善目前某三线自动驾驶轨道交通系统车辆定位精度不够高的现状。使用UWB标签和基站采集大量标签与各个基站的距离信息及对应标签的实际位置训练神经网络。在实时定位阶段，标签与各个基站的距离信息经网络发送至集中控制中心的服务器，通过优化后的神经网络得出实时的UWB定位标签的位置，对实时得到的标签位置使用自调节卡尔曼滤波以进一步提高精度。根据实车运行情况设计了一组包含斜道、直道和弯道的UWB标签移动轨迹进行仿真，并搭建UWB定位系统，设计标签的行驶轨迹，对神经网络与自调节卡尔曼滤波结合的UWB定位算法进行实验验证。结果表明：神经网络与自调节卡尔曼滤波结合的定位算法最大定位误差为223.58 mm,平均定位误差为43.16 mm,定位误差均方根值为42.06 mm。提出的神经网络与自调节卡尔曼滤波结合的定位算法相较于三点定位算法、卡尔曼滤波算法和神经网络算法，具有精度高、实时性好及稳定性高的优点，能够满足目前该三线轨道交通的定位要求。     

TC21复杂回转构件车铣复合柔性快速装夹技术研究

为了实现TC21复杂回转构件车铣复合柔性快速稳定装夹,基于零点定位系统,从工艺凸台、夹具结构、液压系统、定位精度计算和装夹强度计算等方面研究,设计了一套车铣复合柔性快换装夹系统。实践证明,该系统能实现准确定位、快速稳定夹紧,解决了工件装夹找正时间长,加工过程中发生偏转的问题,且能满足车铣复合不同工件的柔性快速换装,具有很好的通用性。     

基于UWB技术的储罐底板检测车定位系统

为了在现有自主导航检测车上实现高精度定位,设计了一套基于UWB技术的储罐底板自动检测车定位系统。首先搭建了UWB定位基站实验平台,设计了相应的检测流程和定位算法,并通过直线定点测量实验进行了验证。在此基础上,通过反复实验实现了PID位置控制参数的优化。最终设定了一套往复扫描运动轨迹,开展自主检测运行实验。实验结果表明,检测车能够跟随设定目标轨迹运行,实际运行轨迹误差小于±4 cm,可以满足储罐底板漏磁全覆盖检测的需求。     

基于 UWB 系统的采煤工作面端头采煤机 自主定位方法研究

采煤机自主定位装置的长期定位精度是煤矿智能开采的关键。 针对当前采煤机定位精度难以满足自动开采的需求,提 出了采煤工作面端头自动校准惯性导航定位系统的方法,构建了基于 UWB 系统的井下局部定位系统,对采煤机位置进行修正 纠偏,能实现采煤机长期循环自主定位的策略。 考虑 UWB 系统在非视距(NLOS)环境下的定位精度较低,提出了基于不等式 约束的平方根无迹卡尔曼滤波(CSRUKF)定位算法;为了进一步消减 NLOS 误差的干扰,提出了基于考虑运动速度的抗差泰勒 级数(VRTS)算法对定位结果进行优化,提升最终的定位精度。 以 UWB 定位系统和移动平台为基础,开展了模拟端头定位的 实验。 实验结果表明,CSRUKF-VRTS 方法能够减小定位误差,提高 NLOS 环境下的定位精度,x 轴、y 轴和 z 轴的平均误差分别 由 0. 332、0. 404 和 0. 306 m 降低到 0. 266、0. 212 和 0. 159 m,对应的平均精度分别提升了 17. 4% 、47. 5% 和 48. 1% 。 所提的采煤 工作面端头循环定位策略为采煤机实现长期自主定位提供新的思路,为非视距环境下的定位提供参考。     

城市轨道交通工程基于 UWB 定位的人机防碰撞技术研究

由于传统的轨道交通基坑隧道工程施工的人机械碰撞事故隐患突出,导致施工安全系数低和数据传输精度低等问题。对城市轨道交通工程基于 UWB 定位的人机防碰撞技术进行了研究,阐述了超宽带高精度定位技术在轨道交通基坑隧道工程施工中的现状,移动的机械设备通过定位标签实时生成虚拟电子围栏;根据无人机相较有人机管制操纵指令延迟的实际情况,分析并推导管制区域内无人机与有人机的防撞管制间隔;通过人员佩戴的定位标签与机械设备虚拟电子围栏发生位置信息交互,判断碰撞可能,实现提前预警。实验结果表明,该方法的定位系统误差最低为 9% ,数据传输精度高达 80% ,由此可知,采用基于 UWB 定位的人机防碰撞技术的数据传输精度更高,有效性更好。     

基于超宽带位置指纹与惯导融合的室内定位技术研究

在室内定位环境复杂多变的情况下,超宽带(UWB)信号易受多径干扰和非视距环境影响,导致定位精度不高。鉴于指纹定位和惯导定位不受多径干扰和非视距环境影响,以及UWB信号具有时间分辨率高和测距精确的特点,以由非对称双边双向测距算法获得的UWB测距值为指纹库匹配数据,建立了结合K中心聚类和加权K近邻的UWB指纹定位算法;提出了利用扩展卡尔曼滤波将UWB指纹定位与惯导定位进行融合的融合定位算法。定位实验结果显示,该融合定位算法能将平均定位误差降至0.248 m,对有效提高室内定位系统的可靠性和定位精度具有重要作用。     

卫星拒止环境下基于因子图的智能车可靠定位方法

针对如室内停车场、隧道等卫星拒止环境下智能车的准确可靠定位需求,提出了一种基于因子图的低成本融合定位方 法。 首先,构建基于因子图的 UWB/ INS 动态融合定位框架;接着,充分利用 UWB 基站的静止特性,结合因子图输出的位置及 位置置信区间计算智能车与基站之间的最大理论距离,并与 UWB 实测距离比较从而检测非视距信号;最后,制定自适应融合 规则来指导不同情况下 UWB/ INS 的融合,输出最终的定位结果,实现卫星拒止环境下智能车的可靠定位。 实车试验表明,所提 出的融合定位方法可达到 0. 622 m 的精度,相较传统的最小二乘定位方法提升 1 倍以上,有效抑制了非视距误差的影响,具有 成本低、可靠性高、环境适应力强等优点,克服了传统方法的不足。     

拖拉机智能装配车间定位系统设计

针对拖拉机制造车间资源管理信息滞后和准确性差的问题,结合车间环境和定位需求,设计了基于UWB定位技术的拖拉机智能装配车间定位系统。系统由定位标签、定位基站、定位软件、POE交换机等组成,通过定位软件建立整个智能装配车间实时地图,设置各装配单元的坐标位置,在各移动物资上安装定位标签,根据车间定位环境在适当位置处安装定位基站并选用AOA和TDOA两种算法进行组合作为智能装配车间的定位方法;根据车间定位精度高的需求和定位对象的不同,对定位系统硬件进行选型,并在拖拉机智能装配车间的基础上对定位基站进行布局,满足了长81 m、宽72 m的拖拉机智能装配车间用13个定位基站实现0.1 m的定位精度要求,为拖拉机智能装备车间提供实时准确的资源位置信息,方便智能管理系统对装配物资的及时调度,实现对拖拉机离散制造车间资源实效、准确的管理。     

基于UWB和IMU信息融合的室内定位算法研究

室内复杂环境下，移动机器人精确定位是实现机器人在半结构化场景下工程应用的关键。超宽带（UWB）测距定位是一种当前广泛应用于室内定位的高精度定位技术，最小二乘算法是精确定位的主流算法之一。受非视距（NLOS）、多径效应等因素影响，UWB定位在室内定位应用过程中存在定位数据抖动严重的问题，同时最小二乘法无法解算极值点定位数据，导致定位信息中断。为了解决UWB定位技术在室内定位过程中存在的精度低和稳定性差等难题，提出了基于扩展卡尔曼滤波（EKF）框架下融合UWB和IMU传感器信息的室内定位数据增强处理方法。其中IMU测量值作为滤波器的预测，UWB的测量值作为滤波器测量更新。融合定位算法可以弥补短期内定位数据丢失，降低定位数据的抖动，提高定位系统的稳定性，在半结构环境下具有更好的工程优势。     

一种深海采矿车自主定位系统研究

深海采矿车定位系统是其自主导航、路径规划等的基础.针对深海钴结壳矿区地形不平坦,采矿车作业环境恶劣,车体打滑严重等复杂情况,设计了一种基于从动轮测速的航位推算定位方法.用不同时刻、不同斜面复合三维地形的方法,建立非平坦地形上作业采矿车的航位推算模型,采用电子罗盘、角位移传感器等测量采矿车的动态参数,实现采矿车连续、实时定位.试验结果表明该定位系统能适应复杂的工作条件,有较高的定位精度.     

基于红外线的电解车间行车定位系统的研究

本文针对铝电解车间高温、高磁场、强粉尘和强腐蚀性气体的工作环境,利用红外线的物理特性,设计一套基于红外线的电解车间行车定位系统,通过该系统识别出铝的槽号,从而使管理部门准确掌握电解设备的生产能力及运行效率,合理保持电解槽在生产过程中的物料平衡、效率平衡。详细说明了行车定位系统的设计思路及安装方式。该行车定位系统具有高可靠性、高稳定性、定位准确等特点,适合在电解行业推广使用,能够取得良好的经济效益。     

一种精密实时无线定位系统——Ubisense7000定位系统

Ubisense7000定位系统是Ubisense公司推出的一种基于UWB技术的精密实时无线定位系统,其3D定位精度可达到15cm左右。本文介绍了Ubisense7000定位系统的主要特点、硬件组成和软件平台。     

基于UWB室内定位的迎宾机器人系统研究

针对室内复杂环境下移动机器人很难实现精确定位的问题,设计了一种基于UWB室内定位的迎宾机器人系统。通过架设4个UWB定位基站,以及安装于机器人上方位置的定位标签,对迎宾机器人进行实时定位。介绍了迎宾机器人的总体结构,对其机械系统和控制系统进行了详细说明;提出了一种融合PID和LQR的移动机器人混合路径跟踪算法。最后对迎宾机器人进行实验,验证整体方案的可行性和有效性。实验结果表明,自主研制的机器人系统软硬件运行稳定可靠,设计的UWB室内定位系统具有小于5 cm的室内定位精度,重复精度小于1 cm;所提出的混合路径跟踪算法具有较快的响应速度,跟踪精度小于5 cm。     

基于VBKF-CPA-TSA算法的UWB定位技术

设施内移动农业设备的精准定位是农业智能化、无人化发展的关键。针对设施内GPS拒止环境下农业设备的定位问题,提出利用超宽带(UWB)系统构建设施内移动农业设备的导航定位系统。为了提高移动农业设备的定位精度,提出利用变分卡尔曼滤波(VBKF)对UWB系统的4个测量距离进行平滑处理,提高测量距离的估计精度,采用全质心定位算法(CPA)求解目标节点的位置坐标;为了进一步提高定位精度,利用改进的泰勒级数优化算法(TSA)对VBKF-CPA方法的定位结果进行优化处理。以移动机器人为实验平台,利用UWB系统在室内开展了动静态模拟实验,验证所提方法的有效性。实验结果表明,VBKF-CPA-TSA算法能提升目标节点的定位精度,获得较稳定的定位结果,x轴、y轴、z轴的平均误差由0.085、0.071、0.064 m减小为0.034、0.032、0.028 m,平均估计精度分别提高了60%、54.9%、56.3%;VBKF-CPA-TSA算法的动态定位轨迹更逼近真实轨迹,表明所提定位算法能提高设施内UWB系统的定位精度,该方法为设施内GPS拒止环境中移动农业设备的定位提供新方法。     

基于无线定位与激光传感器信息融合的叉车机器人智能跟随算法研究

实现自动跟随的主要方法或者采用激光传感器,或者采用无线基站定位(UWB)等技术。然而UWB技术的精度较差误差通常在10～50cm范围,而激光传感器容易在运动时受到行人较多的干扰,导致跟随不准确。针对这一问题,提出了一种新型的基于动态K-means聚类的激光无线数据融合方法,在实现唯一的行人定位跟踪的同时提高了跟随精度和效果。实验研究表明,该算法鲁棒性强,可实现唯一的行人跟踪,且跟踪精度小于5 cm。     

基于51单片机与GSM的GPS卫星定位系统设计

设计了一款精准度较高、定位快速、方便携带的GPS卫星定位系统。卫星定位数据通过GPS信号接收模块传递给单片机,经单片机处理后通过LCD1602液晶屏幕显示定位信息,并通过GSM模块将定位信息发送至其他终端设备。测试结果表明：基于51单片机与GSM的GPS卫星定位系统可以实现定位信息的准确获取,而且结构简单、易于操作。