基于激光扫描仪的四旋翼飞行器室内定位与避障研究

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近年来,四旋翼飞行器室内定位与避障技术成为了四旋翼飞行器研究领域的热点,也是四旋翼飞行器在未知室内环境中实现自主导航、完成其他复杂任务的基础。本文对室内环境下四旋翼飞行器的定位和避障技术进行了研究,主要工作和创新点如下:  首先,介绍了课题的研究背景和意义,并对四旋翼飞行器室内定位和避障方法进行了系统的分析和讨论。结合激光扫描仪和室内环境的特点,选择激光扫描仪作为本文研究的传感器。  其次,对基于激光扫描仪的四旋翼飞行器室内定位和避障算法进行了研究。其中经典ICP算法虽然定位精度高,但是其运算量较大,很难应用到运算能力有限的四旋翼飞行器上。基于此特点,本文提出了改进ICP算法:使用中值滤波算法对激光扫描仪数据进行处理,提取线段特征构建局部地图。匹配局部地图和全局地图中的角点,将匹配角点的数据点作为对应点进行参数变换求解,利用加权LSETP算法解算出四旋翼飞行器的位姿信息。然后采用扩展卡尔曼滤波算法融合激光扫描仪位姿估计和IMU数据实现了四旋翼飞行器室内精确定位,在四旋翼飞行器定位的基础上更新全局地图。通过对全局地图进行分析,找出四旋翼飞行器的可飞行区域,利用时变势场法实现了四旋翼飞行器的室内避障与路径规划。  最后,利用四旋翼飞行器平台对本文提出的定位与避障算法进行了大量实验。实验结果表明,四旋翼飞行器室内环境下实现了厘米级的定位,并在复杂室内环境实现了飞向目标点的任务规划。
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