机器人室内自定位项目 - 用惯性导航实现机器人定位
1、项目背景
要实现室内机器人的自主性，首先需要解决机器人在室内的定位问题。如今虽然GPS定位技术已经日渐成熟，然而在室内环境下，却不具备一种相对成熟的定位方案。要让机器人实现自定位，首先需要让机器人具有感知位置的能力。这种能力可以来自其本身，即让其具有方向感；也可以来自于外界，即通过外部辅助手段实现其定位。
其中，外部定位的方法需要加装辅助定位设备，如红外发射器、超声波发射器、光源或者无线发射装置。这些限制了部署的便捷性与灵活性，降低了其对不同环境的适应能力。
本项目希望通过惯性传感元件，结合转速编码器实现机器人的自主定位。该定位方式不依赖于其它外部设备，机器人本体即具有定位能力，配合外部输入的地图，即可展示机器人的当前位置。本项目的难点在于如何对惯性传感器的输入数据进行分析处理，以及如何对多传感器数据进行融合。本项目为基础性研究项目，在此基础上可以进一步实现未知环境地图建立、机器人路径规划、家用扫地机器人、画图机器人等其它研究项目。
2、系统组成
1）惯性传感单元
包括控制器与惯性传感器。
2）机器人本体
移动需灵活、平稳、具有转速编码器以及无线通信模块。
3）停泊港
用于位置信息的归零校准。
4）PC轨迹展示程序。
可以接受用户输入的地图，接受机器人发送的定位数据，从而展示机器人的当前位置。
3、实施方案
本项目为期3个月，分为3个实施阶段，最终成果以完整系统的方式实现，并从中尽量提炼出可复用的部分，便于复制实现。
1）第一阶段：项目准备期
搜集项目资料，确定项目设计方案。
完成硬件电路的设计。
2）第二阶段：项目实施期
完成软件算法的设计，设计PC机轨迹展示平台，设计机器人控制程序。
系统联合调试、优化。
3）第三阶段：项目归档期
完成相关设计文档与展示材料，从项目成果中抽取可二次利用的内容。
4、目前进展
1）已经购买了MEMS测试电路板；
2）已经采集到了加速度、陀螺仪的原始数据；
3）对数据进行了简单处理和测试。
存在的问题：
1）加速度和陀螺仪均存在静态漂移的问题，陀螺仪约38度/小时，加速度约3m/小时；
2）传感器参数采集正负不对称且存在误差，移动后即使还原也无法恢复原状态；
3）运动时噪声很大，需要进行信号滤波处理，否则数据很不准确；
4）速度进行了二次积分，累计误差问题比角度更加突出。
5、知识领域
1）微控制器(Micro Controller Unit, MCU)技术
2）数字信号处理(Digital Signal Processing, DSP)
3）惯性导航(IMU)技术
4）平面几何、微积分等数学基础
5）嵌入式软件开发知识
6）移动机器人相关知识
6、人员需求
+硬件工程师………………………….1名
进行相关硬件电路的设计，需了解PCB电路设计，了解MEMS电路设计的关键点。
+STM32开发工程师……………..1名
主要完成机器人的驱动，需熟悉STM32F1xx、STM32F3xx系列单片机的开发。
+算法工程师…………………………1-2名
进行数字滤波、传感器融合算法设计。
+PC工程师……………………………1名
进行上位机地图读取、定位展示程序的开发。
+美工设计………………………..….1名
对成果资料进行整理，对设计过程进行拍照、录像，制作相关宣传海报。
欢迎其他感兴趣的人加入，项目工作量和资源有限，人员限定为6人以内。
7、项目经费
+PCB电路板加工.........450元(双层电路板，150元每版，2版用于调试，1版最终定型)
+元器件采购….............400元(80元/套，5套)
+机器人测试平台.......400元(灵活性、稳定性好，自带旋转编码器)
+开发工具………………..200元(价格较高的工具费用自筹)
+总 计……………..…1450元
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