當前來自室內場景的全自主機器人的應用需求日益增多,代表性的產品包括家用的掃地機器人、工作在酒店、商場、餐廳、醫(yī)院等環(huán)境的室內配送機器人,以及用于廠房內部巡檢安保的專用機器人等。本課題目的是設計并實現(xiàn)面向室內環(huán)境的移動機器人自主導航系統(tǒng),開發(fā)集機器人底盤、感知系統(tǒng)、導航系統(tǒng)于一體的全自主移動機器人,實現(xiàn)傳感器信息的實時獲取與處理,并通過自主探索完成室內地圖的可靠構建,從而為移動機器人的自主路徑規(guī)劃提供支持。本文在機器人操作系統(tǒng)(Robot Operation System,ROS)的框架下設計并實現(xiàn)了室內機器人自主導航系統(tǒng),該系統(tǒng)主要分為自主環(huán)境探索及建圖和路徑規(guī)劃兩個部分,主要解決機器人在室內環(huán)境下的探索與路徑規(guī)劃問題。本文基于部分可觀測的馬爾可夫決策過程(Partially Observable Markov Decision Process,POMDP)實現(xiàn)環(huán)境探索,以信息熵作為獎勵函數(shù),對觀測模型和狀態(tài)轉移函數(shù)進行構建,并在此基礎上使用了蒙特卡洛搜索法對POMDP的值近似求解,同時使用基于Rao-Blackwellized粒子濾波算法進行同時定位與地圖構建(Simultaneou...

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 環(huán)境探索研究現(xiàn)狀
        1.2.2 SLAM研究現(xiàn)狀
        1.2.3 路徑規(guī)劃研究現(xiàn)狀
    1.3 論文主要工作和章節(jié)安排
2 基于ROS的導航系統(tǒng)設計
    2.1 ROS系統(tǒng)架構
        2.1.1 文件系統(tǒng)級
        2.1.2 ROS計算圖級
        2.1.3 ROS開源社區(qū)級
    2.2 運動模型
    2.3 觀測模型
    2.4 系統(tǒng)總體設計方案
    2.5 本章小節(jié)
3 室內環(huán)境下移動機器人自主探索和地圖構建
    3.1 環(huán)境模型構建
    3.2 基于POMDP算法的環(huán)境探索
        3.2.1 基于POMDP算法的探索方法
        3.2.2 基于信息熵的獎勵函數(shù)
        3.2.3 觀測模型和狀態(tài)轉移函數(shù)
        3.2.4 POMDP近似求解
    3.3 地圖構建
        3.3.1 基于粒子濾波的SLAM算法
        3.3.2 改進提議分布的自適應重采樣
    3.4 本章小節(jié)
4 基于柵格地圖的路徑規(guī)劃
    4.1 基于改進A*算法的全局路徑規(guī)劃
        4.1.1 A*算法改進
        4.1.2 路徑平滑處理
    4.2 基于改進動態(tài)窗口法的局部路徑規(guī)劃
        4.2.1 采樣速度空間
        4.2.2 基于全局路徑的改進動態(tài)窗口法
    4.3 自主巡航的設計與實現(xiàn)
        4.3.1 坐標名稱標記
        4.3.2 巡航路線設置
    4.4 本章小節(jié)
5 系統(tǒng)功能測試
    5.1 測試環(huán)境介紹
        5.1.1 仿真測試環(huán)境
        5.1.2 真實測試環(huán)境
    5.2 功能測試
        5.2.1 探索環(huán)境模型構建測試
        5.2.2 環(huán)境探索算法測試
        5.2.3 地圖構建測試
        5.2.4 改進的A*算法測試
        5.2.5 改進的動態(tài)窗口法測試
        5.2.6 自主巡航測試
結論
參考文獻
致謝
作者簡歷及攻讀碩士學位期間的科研成果



本文編號：3770083