基于mems传感器的挖掘机姿态检测系统的研究

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1、学校代码：10385分类号：研究生学号：密级：基于MEMS传感器的挖掘机姿态检测系统的研究TheResearchoftheExcavatorAttitudeDetectionSystemBasedonMEMSSensor作者姓名：牛大伟指导教师：刘强合作教师：学科：机械制造及其自动化研究方向：车辆电子所在学院：机电及自动化学院论文提交日期：二〇一五年四月十日学位论文独创性声明本人声明兹呈交的学位论文是本人在导师指导下完成的研究成果。论文写作中不包含其他人已经发表或撰写过的研究内容，如参考他人或集体的科研成果，均在论文中以明确的方式说明。本人依法享有和承担由此论文所产生的权利和责任。

2、论文作者签名：签名日期：学位论文版权使用授权声明本人同意授权华侨大学有权保留并向国家机关或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借阅。本人授权华侨大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名：指导教师签名：签名日期：签名日期：摘要摘要随着人类活动领域的拓展和抢险救灾机械化程度的不断提高，对挖掘机的功能需求趋于自动化和智能化。作为挖掘机自动化的关键部分，姿态检测系统的重要性逐渐凸显出来。基于以上背景，本文采用MEMS传感器，以实现挖掘机全姿态检测为目的，研制了挖掘机姿态检测系统。首

3、先，分析比较了国内外对于智能挖掘机和姿态检测系统的研究现状，阐述了挖掘机姿态检测的基本原理，对现有姿态检测系统的测量方法进行了详尽的描述和分析，指出了其中存在的问题以及将来的发展趋势。说明了课题的研究意义。其次，介绍了挖掘机姿态检测系统所涉及的理论基础。根据刚体空间运动学与MEMS传感器的工作特点研究了四元数、欧拉角与旋转矩阵之间的转换方法。采用D-H坐标法建立了挖掘机的运动学模型，在此基础上研究了挖掘机姿态检测算法。考虑到测量装置装配误差的存在，结合递推最小二乘法研究了测量装置标定算法。用MATLAB软件编写仿真程序，验证了姿态检测算法与测量装置标定算法的准确性。然后，阐述了姿态

4、检测系统与挖掘机智能电控系统各部分之间的关系。根据智能挖掘机的实际需求与机构的运动特点，提出了姿态检测系统硬件系统与软件系统的整体设计方案。选用STM32处理器与MPU9150传感器搭建姿态检测系统的硬件平台，详细描述了各部分电路的作用与设计原理，并采用Cadence软件完成了原理图与PCB电路图的绘制。在此基础上，根据各部分电路与控制器的工作特点，编写了硬件电路的驱动程序与接口程序。结合姿态检测系统的工作原理，完成了对姿态检测系统各装置主程序的编写。最后，采用LabVIEW软件设计了上位机测试程序，并在实验平台上完成了姿态检测系统的调试工作。本文采用MEMS传感器设计的挖掘机姿态

5、检测系统，提高了姿态检测系统的工作稳定性与可靠性，拓展了MEMS传感器的应用领域，对于推进挖掘机的智能化进程有重要的研究价值。关键字：挖掘机MEMS传感器运动学姿态检测标定IAbstractAbstractWiththeexpansionofhumanactivitiesandthehigherlevelofmechanizationinrescueandreliefwork,functionalrequirementofexcavatortendstoautomaticandintelligent.Theimportanceofattitudedetectionsystem,wh

6、ichisakeypartoftheexcavatorautomation,graduallyprominent.Inordertoachievetheattitudedetectionofexcavator,anattitudedetectionsystemofexcavatorwasdevelopedusingMEMSsensors.Theresearchstatusofintelligentexcavatorsandattitudedetectionsystembothathomeandabroadwasanalyzedandcompared,andthebasicprinc

7、ipleoftheexcavatorattitudedetectiontechnicalwasintroduced.Methodsofmeasurementontheexistingexcavatorattitudedetectionsystemweredescribedandanalyzedindetail,theexistingproblemsanddevelopmenttrendinthefuturewerealsopointedout.Thesignifica