服務(wù)機(jī)器人二維激光里程計(jì)構(gòu)建及自主導(dǎo)航.pdf

1、近年來(lái)，服務(wù)機(jī)器人正逐漸走進(jìn)千家萬(wàn)戶，也不斷改變著人們的日常生活方式。自主導(dǎo)航是服務(wù)機(jī)器人完成其它復(fù)雜任務(wù)的前提。本文研究了服務(wù)機(jī)器人在未知環(huán)境中基于二維激光測(cè)距的自主導(dǎo)航問(wèn)題，其重點(diǎn)包括位姿跟蹤、自主定位、柵格地圖構(gòu)建和路徑規(guī)劃。
　　為有效實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人的位姿跟蹤，對(duì)Mb-ICP、PSM和PL-ICP這三種典型的掃描匹配算法進(jìn)行對(duì)比分析，并確定采用PL-ICP算法作為最終里程計(jì)構(gòu)建算法。為減少原始雜亂數(shù)據(jù)對(duì)算法的影響，分別采用

2、中值濾波和分割處理對(duì)激光數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，剔除雜亂點(diǎn)和無(wú)效點(diǎn)，從而提高位姿跟蹤算法的魯棒性。此外利用關(guān)鍵幀技術(shù)解決由激光數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)誤差引起的位姿漂移問(wèn)題。采用Rao-Blackwellized粒子濾波算法將機(jī)器人同時(shí)定位與地圖構(gòu)建(SLAM)問(wèn)題分解為機(jī)器人全局位姿估計(jì)和柵格地圖構(gòu)建兩個(gè)部分。為了改善粒子濾波算法的建議分布性能，采用激光里程計(jì)信息代替碼盤里程計(jì)，從而在不影響算法精度的前提下減少了粒子的數(shù)量。此外根據(jù)粒子重要性權(quán)重的離散程度決

3、定是否進(jìn)行重采樣，從而有效避免了粒子衰退現(xiàn)象。基于柵格地圖各個(gè)柵格之間狀態(tài)獨(dú)立的假設(shè)，將柵格地圖構(gòu)建問(wèn)題轉(zhuǎn)化為估計(jì)每個(gè)柵格后驗(yàn)概率問(wèn)題。
　　考慮到機(jī)器人自身尺寸對(duì)實(shí)際導(dǎo)航的影響，根據(jù)機(jī)器人尺寸在柵格地圖中將靜態(tài)障礙物和實(shí)時(shí)檢測(cè)到的動(dòng)態(tài)障礙物進(jìn)行膨脹處理。以代價(jià)地圖、機(jī)器人位姿和目標(biāo)點(diǎn)為基礎(chǔ)，采用A*算法進(jìn)行全局路徑規(guī)劃，給出從當(dāng)前位姿到目標(biāo)位姿的全局路徑規(guī)劃結(jié)果。在全局路徑的指導(dǎo)下，采用動(dòng)態(tài)窗口法進(jìn)行局部路徑規(guī)劃，該方法可在速度