室内移动机器人自主探索建图技术研究

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liu0686
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随着实际环境复杂性的提高,人们对移动机器人的自主性和智能性也随之提出更高的需求。本课题结合前人的研究成果以及本课题组的研究需求,为后续智能仓储堆垛叉车的智能化和自主化提供一定的参考价值,在室内未知环境下对移动机器人进行自主探索建图技术的相关研究。通过加入有效的自主探索策略、结合实际环境,在自行搭建的移动机器人平台上实现对未知室内环境的自主探索与地图构建的功能。主要研究内容及结果如下:(1)完成了室内移动机器人平台的搭建,使平台满足一定的经济适用性以及良好的发展延续性。主要包括移动机器人的硬件选择及平台结构的设计,使机器人具备良好的稳定性;其次在目前主流的机器人操作系统ROS的基础上,设计了移动机器人平台的分布式软件控制系统;最后考虑到移动机器人使用的便捷性以及更加的人性化,设计了移动机器人的人机交互功能。(2)研究移动机器人的系统模型以及自主SLAM系统的关键技术。首先,建立了移动机器人自主探索建图过程中的坐标系统模型,根据定义的坐标系建立移动机器人的运动模型以及激光雷达观测模型;另外,研究并确立适用于本课题的地图表达模型、同时定位与地图构建算法以及探索过程中用到的路径规划算法,为自主探索算法的研究提供必要的前提。(3)研究自主边界探索算法,在传统边界探索算法的基础上,对边界区域进行具体的定义并确定探索目标点坐标的提取方法。在移动机器人探索期间,将障碍物因素以及机器人行进到目标点的路径代价考虑进去,根据评估路径长度和危险程度两个参数,持续地在动态距离区域内检测边界,并确定下一时刻的探索目标点,实现动态范围边界探索算法的设计。(4)在封闭且未知的室内环境中,基于机器人操作系统(ROS),利用移动机器人平台完成了自主探索建图相关实验。分别进行了自主探索建图实验、地图导航测试以及鲁棒性测试,从而验证本文所提出的动态范围边界探索算法在建图速度、地图覆盖率以及地图的导航性能上,比传统的边界探索建图算法更优,可使移动机器人对未知室内环境的自主探索与地图构建更加高效和可靠。为实现移动机器人对未知室内环境的自主探索建图的功能提供理论依据和参考。
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