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4.4航迹推算模块 30
4.5组合滤波模块 31
4.6本章小结 40
5 总结与展望 41
5.1全文主要工作总结 41
5.2后续工作展望 41
致谢 42
参考文献 43
1 绪论
1.1课题研究背景和意义
移动机器人是机器人学中的一个重要分支，它的研究始于20世纪60年代末。它是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合智能控制系统 。尤其是最近10年以来国际上得以迅速发展的微小型移动机器人，由于自身的隐蔽性好，可以利用自身携带的传感器感知环境从而顺利地在未知环境中行驶，并进行地图创建工作，为人类进入这些环境做好准备工作。
一个理想的移动机器人应该具备以下功能：当处于一个未知的、复杂的、动态的非结构环境中，并且在没有人干预下，通过感知环境，能够到达期望的目的地，同时应尽量减少能量或时间的消耗 。90年代以来，以研制高水平的环境信息传感器和信息处理技术，高适应性的移动机器人控制技术，真实环境下的规划技术为标志，开展了移动机器人更高层次的研究。
导航定位技术是移动机器人的核心研究方向，也是移动机器人实现完全自主的关键环节 。导航是指移动机器人通过传感器感知环境和自身状态，实现在一定环境中面向目标的自主运动。Leonard和Durrant-Whyte把机器人的导航问题归结为“我在哪(Where am I?)”，“我要去哪(Where am I going?)”及“我如何到达那里(How should I get there?)”三个问题的回答 。机器人为了完成导航任务，必须解决如下四个问题:运动控制(Motion Control)，地图构建(World Modeling)，路径规划(Planning)和定位(Localization) 。其中，定位是移动机器人导航最基本的环节，也是完成导航任务首先必须解决的问题。实时、精确的定位是提高机器人性能的关键。
1.4主要研究内容
本课题针对双轮差分式移动机器人，如图1.5，进行其室内导航定位系统的研究。
图1.5 所研究的移动机器人示意图
移动机器人的特点及研究要求如下：
（1）移动机器人有两个主动轮，左右后轮能以不同转速转动，通过控制主动轮转速，能实现机器人的直线行驶与转弯，前轮为从动轮，起支撑作用。
（2）在机器人室内比赛中，以往使用较多的是寻线定位：寻线定位方案主要依靠铺于地面的正交场地白线，通过检测安装于机器人前端的巡线传感器来检测机器人当前状态，并依照相应算法计算出机器人当前坐标。而本研究中需要减少对外界信息的依赖，实现主体上的自主导航，因此以上方法不予考虑。
（3）机器人定位技术研究的目标为：在传感器采样周期为0.01s,借助少量路标修正的情况下，保证在机器人的自主定位误差不超过20cm。
针对以上机器人的特点以及研究要求，为了达到研究目标，本课题进行了以下研究：
（1）比对各种室内移动机器人定位技术的特点以及适用性，阐明各种独立导航的局限性，最后得出组合导航的研究方法。
（2）选择基于MIMU/光电编码器组合导航技术，分析移动机器人运动方程，采用间接卡尔曼滤波算法对组合导航的各传感器数据进行融合，得出最优导航信息，并通过仿真，验证算法的有效性。
1.5论文各章节安排
本文的结构编排如下：
第一章 绪论。介绍课题研究背景和意义，讨论移动机器人导航技术国内外研究现状，以及MIMU国内外发展状况，分析课题研究要求，最后简要介绍论文的主要内容。
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