Szenzorfúzió beágyazott alkalmazásokban

OData támogatás
Konzulens:
Dr. Dabóczi Tamás
Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

A szenzorfúzió beágyazott alkalmazásokban című dolgozatom célja egy beágyazott alkalmazásban megvalósított, illetve implementálandó szenzorfúziós folyamatok vizsgálata, szimulációja és értékelése. A beágyazott alkalmazás egy két keréken egyensúlyozó, inverz inga, mely beágyazott rendszerekkel, érzékelőkkel, beavatkozó egységekkel van felszerelve. Rendelkezik dőlésszögmérő szenzoregységgel, a tanszék által fejlesztett mitmóttal, s annak motorvezérlő moduljával. A mitmót kártyán található Atmega128-as processzor végzi a robot irányítását, az érzékelők adatai alapján vezérlő jeleket küld a beavatkozást végző motorvezérlő modulnak. A hardveres komplexitás mellett a szoftverarchitektúra is hasonlóképp összetett, külön szoftverrel rendelkezik az AVR egység, valamint a motorvezérlő kártya is. Tehát a szenzorfúzió segítségével a robot szögpozíciója becsülhető a rendelkezésre álló dőlésszögmérő egységek felhasználásával, mely egy rezgőnyelves giroszkópból és egy kéttengelyű gyorsulásmérőből áll. A robotra továbbá felszerelek és integrálok egy x-IMU nevű, orientáció mérésére alkalmas szenzoregységet, mely referencia értéket biztosít az alkalmazott fúziós eljárások kiértékeléséhez.

A dolgozatomban ismertetem a fúziós folyamatok definícióját, szintjeiket, előnyeiket, illetve hátrányaikat. Csoportosítom a szenzorfúziót konfigurációja alapján is. Bemutatom a komplementer szűrés alapötletét, a szűrők alaptípusait. Kitérek hatékony implementálásukra, melyet Matlab-ban meg is valósítok. Ismertetem az egyensúlyozó roboton található szögpozíciót mérő szenzorok hibáit, jeleik értelmezését, valamint a hibák korrigálására alkalmas komplementer szűrés elméleti megvalósítását. Részletezem és levezetem a diszkrét Kalman-szűrés rekurzív folyamatát, egy példával szemléltetem és szimulálom az algoritmus működését. Párhuzamot vonok a Kalman-szűrő és a komplementer szűrés között. Ezt követi az egyensúlyozó robot és az x-IMU szenzoregység bemutatása. Taglalom hardveres felépítésüket, valamint a szenzor fizikai csatlakozását a rendszerhez. Kifejtem az x-IMU orientáció becslése alapjául szolgáló elméleti modellt és bemutatom a szenzoregység szűrőalgoritmusait. Ezt követően megvalósítom az x-IMU a robot szoftverébe történő integrálását. Ezt további kalibrációs problémákat vet fel, melyeket bizonyos megkötéssel megoldok. Tárgyalom a beágyazott programkódban megvalósuló fúziós eljárásokat, méréseket tervezek az összehasonlításukhoz, valamint ezek alapján értékelem őket.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.