發(fā)布時間：2020-07-16 16:33

【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展機(jī)器人在現(xiàn)實(shí)生活中得到了廣泛應(yīng)用,尤其近些年來對智能機(jī)器人的研究越來越火熱,智能機(jī)器人的一個明顯特征就是可以自主移動。本文主要研究室內(nèi)機(jī)器人的路徑導(dǎo)航系統(tǒng),基于開源機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS對室內(nèi)機(jī)器人的自主導(dǎo)航系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。ROS是目前應(yīng)用比較廣泛的機(jī)器人軟件平臺,其特點(diǎn)是通用性高,可擴(kuò)展性強(qiáng),極大提高代碼的復(fù)用率。在此平臺的基礎(chǔ)上結(jié)合即時定位與地圖生成技術(shù),路徑規(guī)劃技術(shù)以及激光雷達(dá)傳感器測量技術(shù)研究設(shè)計(jì)了室內(nèi)機(jī)器人路徑導(dǎo)航系統(tǒng)。同時定位與地圖生成是機(jī)器人領(lǐng)域的難點(diǎn)問題,目前廣泛采用RBPF-SLAM算法解決該問題。在傳統(tǒng)的RBPF-SLAM算法實(shí)現(xiàn)中構(gòu)建的高誤差建議分布會采樣計(jì)算大量粒子來擬合目標(biāo)分布,頻繁的重采樣步驟導(dǎo)致粒子逐漸耗散,浪費(fèi)大量計(jì)算資源。在本文中通過把運(yùn)動模型信息與觀測信息相結(jié)合優(yōu)化建議分布,減少采樣粒子數(shù)量,引入自適應(yīng)重采樣方法減少重采樣步驟。在算法的實(shí)現(xiàn)時使用樹形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲環(huán)境地圖,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該改進(jìn)算法可以顯著計(jì)算效率,減小存儲消耗,構(gòu)建地圖更為精確。路徑規(guī)劃是機(jī)器人路徑導(dǎo)航系統(tǒng)的核心所在,主要包括全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃。通過對全局路徑規(guī)劃算法A*和局部路徑規(guī)劃算法DWA的研究。采用蒙特卡洛定位跟蹤機(jī)器人的位姿,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證此方法在未知環(huán)境下的機(jī)器人導(dǎo)航的效果,最終驗(yàn)證它的可行性。最后基于ROS搭建系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺,設(shè)計(jì)了基于室內(nèi)環(huán)境的2D激光雷達(dá)的SLAM實(shí)驗(yàn)、路徑規(guī)劃實(shí)驗(yàn)、自主導(dǎo)航探索實(shí)驗(yàn)和閉環(huán)檢測實(shí)驗(yàn),根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的可行性。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院沈陽計(jì)算技術(shù)研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP242;TN96
【圖文】：

ROS（Robot Operating System）是一款開源軟件平臺，主要遠(yuǎn)行在 linux 系統(tǒng)之上。ROS 是從斯坦福大學(xué)人工智能實(shí)驗(yàn)室的 Switchyard 項(xiàng)目衍生而來，從2008 年以后該項(xiàng)目主要由 Willow Garage 進(jìn)行研發(fā)和維護(hù)。它可以提供一些標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)，例如數(shù)據(jù)包管理以及進(jìn)程間消息通信等。ROS 是基于一種圖狀架構(gòu)，不同的節(jié)點(diǎn)的進(jìn)程發(fā)布，接收和聚合各種信息，目前 ROS 主要支持 Ubuntu。ROS主要分為兩層，底層是機(jī)器人操作系統(tǒng)層，上層是實(shí)現(xiàn)各種功能的開源軟件包。ROS 的主要的目標(biāo)是在機(jī)器人項(xiàng)目的研發(fā)過程中提高代碼復(fù)用率，ROS 把那些經(jīng)過時間檢驗(yàn)選取出來的成熟工具集成到 ROS 系統(tǒng)中，它不用重復(fù)去制造輪子，把現(xiàn)有的成熟的輪子拿給我們?nèi)ビ�，從而極大縮短了機(jī)器人項(xiàng)目的開發(fā)流程，統(tǒng)一軟件標(biāo)準(zhǔn)，提高代碼移植性。ROS 的一個最大優(yōu)點(diǎn)就是開源，可以免費(fèi)試用，而且可以使用多種語言在 ROS 進(jìn)行軟件開發(fā)，可以讓使用不同編程語言的程序員共同開發(fā)完善 ROS。經(jīng)過近 12 年的發(fā)展，ROS 已經(jīng)成為最通用的機(jī)器人開發(fā)平臺。常見機(jī)器人如送餐機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、掃地機(jī)等，見圖 1.1。

基于 ROS 的機(jī)器人路徑導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)定位與地圖生成，該問題最早由研究機(jī)器人領(lǐng)域：把機(jī)器人放在一個未知的環(huán)境中，一開始機(jī)器環(huán)境地圖，然后在運(yùn)動中使用攜帶的傳感器不間身的位置，再根據(jù)自身位置構(gòu)建環(huán)境地圖（雷碧自身位置以及生成周圍環(huán)境地圖。SLAM 具有十技術(shù)是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主運(yùn)動的核心難點(diǎn)之一，S.2 所示。

算法的性能不斷提高。使用激光傳感器 SLAM 一般使用的是 2D 或 3D 激光傳感器，如圖1.3 所示。在室內(nèi)等簡單環(huán)境下的運(yùn)行的機(jī)器人，主要使用 2D 激光傳感器，而在更為復(fù)雜的環(huán)境下，一般使用 3D 激光傳感器。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2758241