自主移动机器人局部优化导航算法研究

自主移动机器人在未知环境下需要依靠自身装配的传感器不间断地获得周围环境信息,辨别出障碍物的位置,进行计算和自主决策.现有导航算法在面临U型等复杂环境时容易在僵死路径上产生反复,导致导航不能继续.文中提出了一种基于模糊逻辑的局部优化导航算法,采用"辨识-记忆"策略来处理传感器信息.在路径规划中保留最近走过路径的位置和角度特征等相关资源,形成"记忆".当前规划路径形成死区并反复运行时,会形成"辨识"并重新规划路径和导航决策以避免障碍物碰撞.在Webots Pro和Matlab下设计仿真实验,结果表明移动机器人在模糊规则指导下能有效避障和避免死区现象,实现较好的自主导航.     

小波变换法在姿态解算中的应用

在惯性导航系统中,为提高陀螺仪的姿态测量精度,抑制低频噪声的影响,提出采用小波变换法融合陀螺仪、加速度计数据解算姿态角。首先将陀螺仪采集的数据进行2层小波分解,剔除低频分量和不稳定的信号,并和高频分量重构,得到滤波后的陀螺仪数据。然后利用加速度计采集的数据解算姿态角,用来不断迭代初始四元数,由初始四元数求出重力向量,再由重力向量叉积求出误差,并作PID控制来修正陀螺仪的角度。最后把修正和滤波后的陀螺仪数据用龙格库塔法计算新的四元数,用该四元数进行负增益调节,最终解算出精确的姿态角。仿真结果表明,解算姿态角的精度提高了80%,可以有效地抑制低频噪声,更加精确地计算姿态角,从而进一步提高导航系统的定位精度。     

GPS自主导航原理、算法及应用

针对超小型飞行器的特点，详细研究了采用GPS实现超小型飞行器自主导航的原理和算法，并介绍了地面计算机在Windows环境下利用Visual Basic6．0接收和处理GPS定位数据的方法。     

Spatial navigation model based on chaotic attractor networks

We present a model of spatial navigation based on the non-convergent dynamics of brain activity. The system includes a hippocampal module that processes global spatial information and a cortical module that deals with local sensory information. We test the model using several spatial navigation paradigms: goal finding, shortcutting and detouring. Computer simulations show that the performance of the agent qualitatively matches that of animals and related models. This new approach provides a novel interpretation of how the brain accomplishes spatial navigation.     

3-D route-planning support for navigation in a complex indoor environment

Three-dimensional (3-D) route-planning support offers a promising solution to overcome problems with wayfinding in complex indoor environments. An experiment was conducted to test the effect of 3-D route-planning support in a realistic setting, a large hospital building, during normal operation. Forty participants performed navigation tasks either with (n?=?20) or without (n?=?20) 3-D route-planning support. Support resulted in faster navigation, more use of artwork specifically installed to aid wayfinding, fewer navigation errors, less disorientation and less anxiety. In addition, participants used different strategies for wayfinding: without navigation support they used signs and route colour, but with navigation support they used not only the artwork, but also the existing furniture and other landmarks. The acceptance of 3-D route-planning support was high. Overall, the results support the value of 3-D route-planning support.     

基于新息正交原理的抗差UKF及其在INS/GPS组合导航中的应用

为提高标准UKF对异常的量测噪声统计的鲁棒性,提出了一种基于新息正交原理的抗差UKF算法.该算法根据新息序列的正交性确定最优的抗差因子,而后通过对新息协方差阵引入抗差因子在线调整滤波增益,进而抑制异常量测对滤波解的影响.将提出的算法应用于INS/GPS组合导航系统进行仿真验证,并与标准UKF和现有的抗差UKF进行比较,结果表明,当量测噪声统计不准确时,提出的基于新息正交原理的抗差UKF滤波性能明显优于上述两种算法,提高了组合导航系统的定位精度.     

随钻测量用微小型惯性测量单元设计

为满足随钻测量仪器在小口径油井、高频振动、强冲击等环境中的应用需求,使用光纤陀螺与石英挠性加速度计作为传感器组件,设计加速度计信号采样电路,小型化导航计算模块采用SOPC＋SDRAM＋FLASH,完成传感器信号采集、误差补偿、导航解算以及与上位机通信等功能。惯性测量单元（ IMU）集成了电源模块、传感器组件和导航计算机,最终制作成38 mm的随钻测量仪器。实验结果表明：当井斜角不小于5°时,样机能够达到系统姿态解算精度要求（井斜角误差小于±0.2°,方位角误差小于±2°,工具面角误差小于±0.2°）。     

变电站巡检机器人组合导航实验

巡检机器人应用于变电站的巡检工作,可提高变电站的智能化程度.导航和控制是机器人自主运行的重要组成部分,利用信息融合技术可在一定程度上弥补单个传感器在精确度和稳定性方面的缺陷,提高系统实用性.设计了系统的硬件平台以及相应的Kalman组合导航滤波算法,并进行了测试,结果表明,通过对GPS和INS进行信息融合,可提高导航的稳定性.     

固定双桨驱动的无人水面艇自主直线路径跟踪系统

针对直流电机驱动固定双桨的无人水面艇,介绍了一种自主直线路径跟踪系统,该系统由岸基监控系统和艇载控制系统组成,具有自主航行和遥控航行两种工作模式,可在自主航行出现危险时切换到遥控模式,保证航行安全。岸基监控系统通过数传电台与艇载控制系统通信,向艇载控制系统发送控制命令,接收并显示其传回的状态信息;艇载控制系统以工控机为主控单元,进行数据采集与解算,与岸基监控系统通信,并为直线路径跟踪控制算法提供程序接口;GPS双天线高精度测向定位系统为直线路径跟踪控制算法提供位置和航向信息,直线路径跟踪控制算法根据距离偏差和航向偏差计算出左右两侧电机电压,进而控制无人水面艇航行。实验分别采用了PID、模糊控制和模糊PID三种控制方法,系统实际水上实验表明,在风力2~3级,晴到多云天气条件下,无人水面艇对目标路径的最大跟踪误差小于0.6 m。     

基于多异类传感器信息融合的微型多旋翼无人机实时运动估计

针对无人飞行器视觉定位结果存在较大时延而影响飞行器运动状态估计精度的问题,提出了一种基于多传感器数据融合的实时运动估计方法.首先,利用机载惯性测量元件(IMU)提供的姿态信息优化单目视觉定位算法,使得视觉定位结果的时延减小.然后,在利用卡尔曼滤波器估计飞行器运动状态的过程中,考虑了视觉定位结果的时延,利用加速度信息进行时延补偿.最终得到实时的高精度运动估计结果.在自主研制的四旋翼飞行器系统上对本文提出的方法进行了验证.通过与不考虑时延的方法的结果以及真实数据进行比较,证明了本方法的有效性.