【摘要】：近年來,移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航已經(jīng)應(yīng)用于無人車(UGV)、無人船(USV)、無人機(jī)(UAV)。在機(jī)器人導(dǎo)航所需要的眾多功能中,最重要三個(gè)組成部分是定位、地圖和路徑規(guī)劃。本課題以室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航為背景,進(jìn)行基于單線激光雷達(dá)的SLAM和路徑規(guī)劃算法研究和實(shí)現(xiàn)。首先介紹了SLAM中常用的坐標(biāo)系,以及各坐標(biāo)系之間的相互轉(zhuǎn)換,主要包括將激光雷達(dá)的觀測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)系中用于構(gòu)建地圖。其次介紹了里程計(jì)的運(yùn)動(dòng)模型以及傳感器(激光雷達(dá))的觀測模型。最后對(duì)二維地圖的模型進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)合路徑規(guī)劃算法,選用柵格地圖作為本課題的地圖表達(dá)模型,并對(duì)柵格地圖構(gòu)建算法進(jìn)行理論推導(dǎo)。針對(duì)室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人同時(shí)定位與地圖構(gòu)建技術(shù),分別介紹了兩種基于概率的SLAM算法:EKF_SLAM和Fast SLAM,對(duì)以上兩種基于概率的SLAM算法進(jìn)行理論推導(dǎo)和仿真實(shí)驗(yàn),隨后介紹了基于掃描匹配的SLAM算法,對(duì)利用高掃描頻率激光雷達(dá)的Hector_SLAM算法進(jìn)行理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)。從算法計(jì)算復(fù)雜度和仿真效果比較分析三種SLAM算法。針對(duì)移動(dòng)機(jī)器人基于已知地圖的路徑規(guī)劃問題,本課題采用A*算法作為全局路徑規(guī)劃算法,DWA算法作為局部路徑規(guī)劃算法。從概念上比較了Dijsktra算法、BFS算法、A*算法的優(yōu)缺點(diǎn),由于A*算法既有Dijsktra算法最短路徑的優(yōu)勢,又有BFS算法最快規(guī)劃速度的優(yōu)勢,所以本課題決定采用A*算法作為全局路徑規(guī)劃算法。然后通過對(duì)雙輪差速移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行建模,介紹了DWA局部路徑規(guī)劃算法的具體流程。為了驗(yàn)證以上算法的有效性,以Turtlebot2機(jī)器人(Kuboki底盤)作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái),在室內(nèi)環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。首先通過Gmapping和Hector_SLAM對(duì)室內(nèi)相同環(huán)境進(jìn)行建圖,比較分析兩種SLAM算法的建圖精度,結(jié)果表明基于高掃描頻率的激光雷達(dá)的Hector_SLAM算法具有更好的建圖精度。然后基于Hector_SLAM所構(gòu)建的二維環(huán)境地圖進(jìn)行路徑規(guī)劃實(shí)驗(yàn),通過到指定目標(biāo)點(diǎn)的自主導(dǎo)航驗(yàn)證路徑規(guī)劃算法的有效性。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文加速度傳感器，硬件的進(jìn)步幫助 SLAM 技術(shù)得到天，SLAM 不僅可用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，而且還適用汽車、家庭服務(wù)機(jī)器人和微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人等。研究現(xiàn)狀可以看出，由于國外起步較早，研究的更得了很多成果。例如美國的“機(jī)遇號(hào)”和“勇氣號(hào)M 技術(shù)，通過其頂部的雙目視覺攝像頭可以實(shí)現(xiàn)高為“勇氣號(hào)”火星車。

示為“勇氣號(hào)”火星車。圖 1-1“勇氣號(hào)”火星車活中比較常見的掃地機(jī)器人，運(yùn)用視覺 SLAM 技術(shù)，行環(huán)境構(gòu)建，根據(jù)環(huán)境地圖進(jìn)行高效的室內(nèi)清掃，并且到充電樁補(bǔ)充電量，，如圖 1-2 所示 Roomba 掃地機(jī)器人
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP242;TN958.98

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2706773