自主移动机器人磁化路径导航信息生成理论与系统的研究

论文摘要

导航定位技术是自主移动机器人的关键技术。本文提出了一种原创性导航定位概念—磁化路径磁迹导航技术,即机器人在运行过程中,磁化装置磁化路径并在地面生成一条磁迹,通过磁传感器检测磁迹信标作为自主导航信息,这一导航技术对全区域覆盖移动机器人导航特别有效。文中首先应用电磁场和土壤磁化理论,对磁化路径的磁迹生成进行理论分析,探索对地面土壤磁化的机理及土壤磁化的特性。通过分析发现土壤在外磁场作用下其磁性明显增强,并且土壤所获得的剩磁(磁迹)可以保持相当长的时间,得出磁化土壤生成磁化路径,获得移动机器人导航磁迹信标是可行的。同时在分析土壤磁化特性理论的基础上,得到磁化路径磁迹的磁场强度及土壤磁化要求,根据这些指标,设计了基于RC脉冲充磁理论的磁化装置,并详细介绍了该装置的结构、硬件电路、功率优化等设计,还应用有限元法计算出磁化装置空间磁场的分布及大小,最后完成了整个装置的硬件及软件设计。通过系统调试与实验,获得了较为满意的结果,这一研究结果验证了应用本文所提出的磁化路径磁迹导航技术,实现机器人自主导航的有效性,具有良好的工程应用前景。

论文目录

• 1.绪论
• 1.1 自主移动机器人导航技术
• 1.1.1 自主移动机器人导航策略
• 1.1.2 自主移动机器人导航方式
• 1.1.2 自主移动机器人导航研究的相关技术
• 1.2 课题来源、研究背景及意义
• 1.3 本文主要的研究内容
• 2.磁化路径导航技术的理论基础
• 2.1 磁化航迹导航概述
• 2.2 磁化路径生成的理论依据
• 2.2.1 磁介质的磁化
• 2.2.2 电磁场基本方程
• 2.2.3 地磁场
• 2.3 土壤磁迹生成
• 2.3.1 磁迹生成过程
• 2.3.2 磁迹的特征
• 2.3.3 磁迹的退磁
• 2.4 通电螺线管磁场计算
• 3.土壤磁化特性的研究
• 3.1 土壤组成
• 3.1.1 土壤矿物质
• 3.1.2 土壤有机质
• 3.1.3 土壤水分和空气
• 3.2 土壤磁性
• 3.2.1 土壤中铁磁性元素含量
• 3.2.2 土壤磁性矿物
• 3.2.3 土壤磁性的影响因素
• 3.2.4 土壤磁性的分布规律
• 3.3.5 表土磁性增强问题
• 3.3 土壤磁效应
• 4.磁化路径装置的硬件实现及软件设计
• 4.1 磁化路径装置的设计理论及方法
• 4.1.1 磁化路径装置的设计要求
• 4.1.2 磁化路径装置的总体方案
• 4.1.3 磁化器的设计与研究
• 4.2 磁化器与磁传感器的安装
• 4.3 磁化路径装置的电路设计
• 4.3.1 充（放）电电源电路
• 4.3.2 弦波脉冲充磁电路
• 4.4 控制系统硬件设计
• 4.4.1 功能模块层次
• 4.4.2 单片机系统主板电路模块
• 4.4.3 磁传感器信号处理模块
• 4.4.4 磁效调节模块
• 4.5 控制系统软件设计
• 4.5.1 软件设计的要求
• 4.5.2 控制软件
• 4.5.3 软件抗干扰措施
• 结论
• 致谢
• 参考文献