相比较而言，磁钉导航由于磁钉使用寿命较长，维护成本相对较低；同时，磁钉安装较为方便，只需要在预定的路径上打孔，即可完成安装，且可以随时根据需要修改预定路径；磁钉导航定位精准，且价格相对较低，不易受天气影响。这些优点，使得磁钉导航在安保服务机器人的导航应用领域具有广阔的前景。

1。2 国内外发展历史和研究现状

1。2。1 国外研究历史及现状

1。2。2 国内研究历史及现状

1。3 研究工作概要

1。3。1 研究目标及内容

本课题是研究社区安保服务机器人的磁钉导航，主要研究内容包括分析磁钉导航的基本原理；确定导航所选用磁钉的材料及尺寸；分析磁钉的磁场强度，确定磁钉排布方案；能够设计一个磁场探测电路，画出其原理图及PCB图；对于外界干扰磁场，选择合适的滤波算法对传感器输出的数据进行分析处理；确定易于使用的算法对滤波后的数据进行计算；最后，根据所选择的单片机型号以及磁场探测芯片型号，选择通信方式，编写控制程序，程序包括接收及处理磁场探测芯片输出的数据，输出信号控制驱动轮转速，最终要实现机器人的磁钉导航。

1。3。2 研究方案及步骤

由于磁钉周围存在磁场，且在磁钉周围的不同位置，磁场强度大小和方向不同。所以，初步拟定用四个磁传感器检测磁场，通过对传感器探测得到的磁场强度值的比较，确定机器人与磁钉的相对位置，然后根据机器人的位置误差，调整机器人两个驱动轮转速，达到导航的目的。

该方案是在机器人前端并排对称放置四个磁传感器（传感器高度以及磁钉之间距离由Analysis分析磁钉周围磁场后确定）。假定中间一对传感器为A对，外侧为B对，机器人正常行走时，由四个传感器共同检测磁场。若A对传感器检测磁场输入到单片机上的数字量不同，证明机器人走向已出现偏差。且假设机器人前进方向为正，左端传感器为B1，A1，右端传感器为A2，B2。以A1传感器探测值减去A2传感器探测值，若结果为负，则左偏；反之右偏。当A对传感器检测值相等时，比较B对传感器检测值，对B对传感器检测数字量处理分析，纠正机器人行走方向。

主要研究步骤包括：

1）调研并分析磁场导航的相关资料，了解相关的磁场导航方式；

2）确定所选用的磁钉尺寸，并对其分析，确定排布方案；

3）确定磁钉导航算法；

4）确定滤波算法；

5）完成磁钉导航中磁场探测电路设计；

6）完成探测电路调试；

7）编辑磁钉导航控制程序；

8）实验整定参数，实现机器人导航。

第二章  磁钉与传感器的选取及排布方案

2。1 导航磁钉选取原则

在磁钉导航中，磁钉作为信号源，铺设成预定的轨道，传感器检测磁信号实现导航。所以，磁钉的磁场强度对于导航显得至关重要。选取磁钉时考虑的因素如图2-1：

图2-1 磁钉选取影响因素论文网

在诸多影响因素中，材料、尺寸对于磁钉磁场强度影响较大。因此，磁钉导航应着重考虑这两个方面。

2。1。1 磁钉材料

对于磁钉材料的选择，要从磁能积、剩磁特性、矫顽力、最大工作温度等几个方面考虑[5]。常见的磁性材料包括陶瓷、铁镍合金、铁硅铝合金、锰锌合金等。经查资料可得：

表2-1常用磁性材料性能参数

材料 最大磁能积/MGoe 矫顽力/KOe 剩磁/1000Gs