硅微陀螺漂移数据滤波方法研究

针对硅微陀螺测量信号特点,建立其测量信号-阶差分后的AR(2)信号模型,得到了硅微陀螺测量系统的状态方程和输出方程,根据该模型,采用鲁棒性很强的H_∞滤波方法,可以将静态漂移测量信号的标准差提高了一个数量级,动态信号的信噪比提高了6 dB,大大提高了硅微陀螺的测量精度.H_∞滤波效果和实时性比小波变换要好.     

无驱动结构微机械陀螺理论分析

应用欧拉动力学基本方程,对无驱动结构的硅微机械陀螺进行了理论分析,推导出陀螺在俯仰和偏航角速度同时存在情况下的动力学方程,建立了陀螺输出信号的数学模型。理论分析了陀螺输出信号的特点以及与俯仰、偏航角速度的关系。最后,通过实物仿真实验,验证了推导的正确性,为无驱动结构陀螺的应用提供了理论指导。     

硅微机械陀螺表头温度特性研究与测试

硅微机械陀螺目前已经能达到较高的精度,但温度的变化对它的性能有较大的影响.为了改善硅微机械陀螺的温度性能,从硅微机械陀螺的基本原理入手,通过分析及测量微机械表头的传递函数中各个参数随温度的变化规律以及它们对陀螺性能的影响,找到了影响陀螺温度性能的关键参数和改进方法,对陀螺的微结构设计和陀螺的温度补偿电路设计都有重要的指导意义.     

一种评价硅微陀螺性能的电路分析方法

硅微机械陀螺批量生产后,传统的微陀螺测试方法耗费时间比较长,需要专用设备,测试系统比较复杂,工作量很大.基于双正弦载波调制的测控电路,经过大量的电路调试工作,首次利用电路分析方法,提出了三种评价硅微陀螺性能的指标.运用此评价指标,对五个硅微陀螺进行了性能评价,性能由高到低依次是G05、G04、G03、G02、G01,并用零偏稳定性指标对G05 、G01进行了验证,G05零偏稳定性67°/h, G01零偏稳定性104°/h.结果表明,电路分析方法可以快速评价硅微陀螺性能,效率高,准确率高.最后,运用电路分析方法进一步优化了微陀螺的结构设计以及改进了相关的制造工艺.     

硅微机械陀螺仪模拟信号检测技术研究

在陀螺测控中,信号的检测电路具有非常重要的地位.其性能直接影响着陀螺的精度.分析了几种微机械陀螺仪的模拟信号检测技术,指出了其中的不足.设计了一种针对硅微机械陀螺仪的信号检测电路,给出了设计方案的原理框图,详细分析了方案中重要环节的设计思路.电路与敏感结构进行了连接和实验.实验结果验证了设计方案的有效性.     

旋转摆动式硅微机械陀螺敏感头的研制

介绍旋转摆动式硅微机械陀螺电容敏感的原理,给出了陀螺振动单元的结构尺寸,计算了被测角速度和敏感电容的关系,进而得到被测角速度和输出电压的关系.利用微机械加工方法加工得到了硅振动单元,加工硅振动单元的工艺特点是双面多次光刻、腐蚀.介绍了制作旋转摆动式硅微机械陀螺敏感元件的工艺并对制作的敏感元件进行测试,测试结果表明“三明治“敏感元件四个敏感电容较计算得到的电容偏小.     

一种高灵敏度硅微机械陀螺的设计与制造

设计与制造了一种高灵敏度的硅微机械陀螺。陀螺用静电来驱动,用连接成惠斯顿电桥的压阻式力敏电阻应变计来检测。主梁、微梁 质量块结构实现了高灵敏度。比较硬的主梁提供了一定的机械强度,并且提供了高共振频率。微梁很细,检测时微梁沿轴向直拉直压。力敏电阻应变计就扩散在微梁上,质量块很小的挠动就能在微梁上产生很大的应力,输出很大的信号。5V条件下,陀螺检测部分的理论灵敏度达到27.45mV/gn。压阻式四端器件用来监测驱动振幅,可以反馈补偿压阻的温度系数。检测模态的Q值达260使陀螺能在大气下工作。陀螺利用普通的n型硅片制造,为了刻蚀高深宽比的结构,使用了深反应离子刻蚀(DRIE)工艺。     

基于相位控制的硅微机械陀螺驱动控制技术

全面分析、研究并实现了一种基于相位控制的硅微机械陀螺(Silicon micromechanical gyroscope, SMG)驱动控制技术. 分析了硅微陀螺驱动模态的动力学特性,阐述了相位控制方案的基本原理; 在此基础上建立了控制环路,采用自激振荡理论分析了其稳定性; 建立了环路的相位模型,引入特异因子实现相位控制误差到频率差 (工作频率与驱动模态谐振频率之差)的转换; 建立了对应于相位控制环路的频率模型,当环路滤波器为一阶模型时, 与传递函数为二阶的信号跟踪锁相环(Phase locked loop, PLL)不同,总的闭环模型仅为一阶; 最后基于FPGA平台,采用线性鉴相方式设计了数字化相位控制环路, 并结合幅值控制实现了双闭环驱动控制电路.测试结果表明, 该方案可实现硅微陀螺驱动端的高精度控制.     

金属多环振动盘MEMS微陀螺及其微加工工艺

基于硅基振动盘微陀螺采用金属材料作为振子,提出了一种金属结构多环振动盘MEMS微陀螺,通过使用电镀工艺,实现了金属结构多环振动盘微陀螺的低成本低温加工方法.通过研究振动盘式微陀螺的工作原理及检测和驱动方法,设计了多环振动盘微陀螺的结构.使用有限元方法对陀螺金属振子进行了动力学仿真,验证了金属结构多环振动盘陀螺的可行性,并对微陀螺的加工工艺流程进行了微加工制作,获得了微陀螺芯片.研究解决了实现金属结构多环振动盘微陀螺的关键技术.     

微陀螺模态特性的参数化分析方法

模态分析是微陀螺结构设计的重要环节,针对一种采用L形截面悬臂梁支撑的微陀螺结构,提出了参数化的模态分析方法.建立了微陀螺的参数化模型,以VC作为封装ANSYS的APDL命令流的工具,开发了微陀螺参数化的模态分析模块.利用该模块研究了微陀螺模态频率随主要结构尺寸变化的规律,发现对模态频率影响较大的是硅结构的厚度和支撑梁的...     

双轴微机械陀螺仪的移动机器人运动检测系统

为准确获得移动机器人在未知环境的运动状态信息,以提高其运动控制的可靠性与平稳度,本文设计了机器人运动状态的检测传输系统。该系统运用改进的自适应UKF滤波算法来处理双轴MEMS陀螺仪测得的数据,通过以ATmega16为微处理器的CAN总线进行传输。实验表明,改进算法能较好地控制MEMS陀螺仪的随机漂移,较正确地获得机器人的运动状态数据,且CAN总线使数据正确率提高0．3％～0．5％。     

Minimal-drift heading measurement using a MEMS gyro for mobile robots: Fused with odometry

To achieve the goal of low-cost MEMS gyros for the precise self-localization of mobile robots, this paper presents a simple, yet effective method to minimize drifts on the heading angle by combining measurements from a gyro with measurements from wheel encoders (odometry). The main idea of the proposed approach is to estimate the accuracy of both sensors as a function of the actual maneuver being carried out, and then the output of both sensors are fused by the complementary filter taking into account the maneuvering conditions. The proposed method is applied to a mobile robot and the experimental data demonstrate the effectiveness of this approach.     

MEMS陀螺仪静态漂移模型与滤波方法研究

针对移动机器人上安装的MEMS陀螺仪进行研究,根据MEMS陀螺仪的实测数据,分析了其噪声特性,采用时间序列分析方法建立MEMS陀螺仪漂移的AR模型,进而通过Kalman滤波降低随机噪声对MEMS陀螺仪精度的影响。仿真结果表明:静态漂移的建模和滤波方法对提高MEMS陀螺仪精度是有效的。     

自主移动机器人局部路径规划综述

自主移动机器人技术是近年来的研究热点,而路径规划技术是自主移动机器人技术研究中的一个重要内容。讨论了自主移动机器人路径规划技术的分类和研究局部路径规划的重要性;分析了局部路径规划技术的发展现状;指出了局部路径规划各种方法的优点与不足;对局部路径规划技术今后的发展方向做出了展望。     

蛇形机器人互补滤波和四元数的姿态解算

针对蛇形机器人姿态解算问题,陀螺存在漂移特性,加速度计的测量值包含重力加速度和运动加速度,磁强计易受周围环境地磁干扰,并且蛇形机器人采用嵌入式微处理器,需要减少计算量.设计了用互补滤波器来实现惯性传感器的数据融合,用四元数进行姿态解算的方法.经过实验验证表明：采用互补滤波和四元数进行姿态解算能有效融合各个惯性传感器的数据,计算量小,能够满足蛇形机器人对精度和实时性的要求.     

移动机器人路径规划技术的现状与发展

移动机器人技术是近年来的研究热点,路径规划技术是移动机器人技术研究中的一个重要领域。路径规划分为基于模型的环境已知的全局路径规划和基于传感器的环境未知的局部路径规划。该文详细地叙述了移动机器人路径规划技术的分类和发展现状,全局路径规划和局部路径规划中的各种方法,具体地分析了各种方法的算法过程,并指出了各种方法的优缺点,以及各种方法的改进的办法,最后对移动机器人路径规划技术的未来的发展趋势进行了展望。     

Development of a separable search-and-rescue robot composed of a mobile robot and a snake robot

Abstract

In this study, we propose a new robot system consisting of a mobile robot and a snake robot. The system works not only as a mobile manipulator but also as a multi-agent system by using the snake robot's ability to separate from the mobile robot. Initially, the snake robot is mounted on the mobile robot in the carrying mode. When an operator uses the snake robot as a manipulator, the robot changes to the manipulator mode. The operator can detach the snake robot from the mobile robot and command the snake robot to conduct lateral rolling motions. In this paper, we present the details of our robot and its performance in the World Robot Summit.     

The study of path error for an omnidirectional home care mobile robot

The first objective of this research was to develop an omnidirectional home care mobile robot. A PC-based controller controls the mobile robot platform. This service mobile robot is equipped with an “indoor positioning system” and an obstacle avoidance system. The indoor positioning system is used for rapid and precise positioning and guidance of the mobile robot. The obstacle avoidance system can detect static and dynamic obstacles. In order to understand the stability of a three-wheeled omnidirectional mobile robot, we carried out some experiments to measure the rectangular and circular path errors of the proposed mobile robot in this research. From the experimental results, we found that the path error was smaller with the guidance of the localization system. The mobile robot can also return to its starting point. The localization system can successfully maintain the robot’s heading angle along a circular path.     

轮式足球机器人平滑运动轨迹控制算法的研究--Robocup系列研究之四

介绍一种轮式足球机器人的平滑运动轨迹控制算法。为了更简洁有效地驱动足球机器人平滑快速地跟踪目标位置与姿态，在控制其移动的过程中应平滑连续地改变其速度和方向。提供了一种基于双积分系统时间最优Bang-Bang控制的轨迹生成及控制算法，在模拟引导轨迹的引导下进行连续的速度控制引导机器人平滑高速跟踪运动轨迹并按要求调整其末端姿态。通过一系列的仿真结果来体现该控制算法的高效性和准确性。     

移动机器人导航空间表示及SLAM问题研究

导航研究是移动机器人研究的承要领域之一。 空间表示则是移动机器人导航研究的基础性问题。围绕移动机器人导航空间表示,该文首先对目前广泛采用的空间分解表示,几何特征表示,拓扑地图表示等多种移动机器人导航空间表示方法进行详细的归纳和总结。通过对移动机器人导航空间各种表示疗法进行性能对比,指出各种空间表示方法的优点与不足。最后,对移动机器人导航研究中的同时定位与地图创建（SLAM）问题作了阐述,指出SLAM研究面临的问题,探讨了SLAM的未来研究方向。