移動(dòng)機(jī)器人主動(dòng)環(huán)境感知及三維場(chǎng)景數(shù)字化.pdf

1、移動(dòng)機(jī)器人主動(dòng)環(huán)境感知及三維場(chǎng)景數(shù)字化是移動(dòng)機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。對(duì)三維環(huán)境的主動(dòng)感知是機(jī)器人進(jìn)行避障、定位和導(dǎo)航的前提和基礎(chǔ)，而三維場(chǎng)景的數(shù)字化在虛擬現(xiàn)實(shí)、文物保護(hù)、地形測(cè)量等領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用前景。本文利用Kinect傳感器和三維激光測(cè)距系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人工作場(chǎng)景的主動(dòng)感知，進(jìn)而利用三維點(diǎn)云處理算法實(shí)現(xiàn)了三維場(chǎng)景的數(shù)字化。
　　教研室自主研發(fā)了SmartROB移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)，該平臺(tái)應(yīng)用了開源機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS，并在兩

2、個(gè)SmartROB機(jī)器人上分別配備有傳感器ASUS Xtion PRO和全景三維激光測(cè)距系統(tǒng)，可以對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行感知。利用帶有ASUS Xtion PRO傳感器的SmartROB平臺(tái)對(duì)環(huán)境進(jìn)行感知時(shí)，基于Kinect的開源驅(qū)動(dòng)OpenNI開發(fā)了機(jī)器人SmartROB的遠(yuǎn)程控制終端，遠(yuǎn)程控制終端獲取控制者的控制命令并通過TCP/IP發(fā)送給機(jī)器人主機(jī)，同時(shí)機(jī)器人再根據(jù)ASUS Xtion PRO傳感器所感知到的機(jī)器人前方環(huán)境三維信息確定避障

3、策略，通過控制命令和避障命令的融合實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的安全遙操作。
　　用帶有全景三維激光測(cè)距系統(tǒng)的SmartROB機(jī)器人對(duì)環(huán)境進(jìn)行感知前對(duì)該三維激光測(cè)距系統(tǒng)進(jìn)行了標(biāo)定，即通過兩次旋轉(zhuǎn)平移將Hokuyo激光測(cè)距掃描儀獲取的原始數(shù)據(jù)先后轉(zhuǎn)化到旋轉(zhuǎn)云臺(tái)坐標(biāo)系和機(jī)器人坐標(biāo)系，針對(duì)兩次旋轉(zhuǎn)平移誤差較大的問題，借助輔助標(biāo)定物分別用牛頓下降法和ICP算法計(jì)算得到更精確的旋轉(zhuǎn)平移矩陣，再接著利用機(jī)器人自身位姿值對(duì)機(jī)器人坐標(biāo)系下的三維點(diǎn)云進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)償，

4、實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)器人對(duì)周圍環(huán)境的主動(dòng)感知，最后利用開源點(diǎn)云庫PCL(Point Cloud Library)中的算法對(duì)環(huán)境三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行了平面提取處理，并用教研室已有的方法對(duì)三維點(diǎn)云進(jìn)行了數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)和柵格化顯示，實(shí)現(xiàn)了三維場(chǎng)景的數(shù)字化。
　　在安裝有ROS(Robot Operating System)的SmatROB移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行感知的算法以及三維場(chǎng)景數(shù)字化算法的有效性和實(shí)用性。