基于激光測距儀的救援機器人二維地圖實時創(chuàng)建技術(shù)研究.pdf

1、在災(zāi)難(如地震、火災(zāi)、海嘯等)發(fā)生后,現(xiàn)場環(huán)境非常復(fù)雜,救援人員工作的開展十分困難。同時災(zāi)后現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜,救援人員的工作伴隨著很大的危險,這些危險嚴重時甚至?xí)＜暗骄仍藛T的生命安全。而救援機器人能夠代替人類在危險的環(huán)境中進行探索,搜救遇難者,提高了救援工作的效率。對救援機器人的研究和探索也是目前機器人技術(shù)在實際領(lǐng)域運用的熱門方向,受到各國的重視。
　　RoboCup世界機器人大賽設(shè)置有一個救援機器人的單項比賽,參賽機器人需要在一

2、個災(zāi)難模擬環(huán)境中探索,搜尋遇難者并建立環(huán)境地圖,以幫助救援人員更快的到達遇難者所在地,其中,機器人建立環(huán)境地圖的能力是該項比賽的一個重點要求。本文的工作主要針對救援機器人環(huán)境建圖的問題展開,介紹了以激光雷達作為感知傳感器的環(huán)境建圖算法,并開發(fā)了實際的軟件、硬件,通過實際試驗有效地建立出地圖,證明了算法的有效性和合理性。論文的主要工作如下:
　　1.救援機器人的設(shè)計。首先介紹了為了參加Robo Cup Rescue救援機器人比賽設(shè)計

3、的兩套機械方案,蛇形機器人方案和履帶機器人方案,簡單介紹了設(shè)計思路和實現(xiàn)的方式,并比較了兩種方案的優(yōu)劣,最終選擇了履帶式機器人方案。然后,在分析了整個履帶式機器人控制系統(tǒng)的需求后,提出了系統(tǒng)控制方案的設(shè)計,并介紹了硬件和軟件的實現(xiàn)方法。
　　2.基于激光雷達的環(huán)境感知系統(tǒng)和環(huán)境建圖原理介紹。首先介紹了激光雷達的工作原理,并針對Robo Cup Rescue比賽場地的特點和各型號激光雷達的參數(shù),選擇了合適的激光雷達。然后,介紹了一個

4、二自由度電控轉(zhuǎn)臺的設(shè)計和實現(xiàn)。二自由度轉(zhuǎn)臺是為了保證激光雷達在救援機器人本身姿態(tài)不穩(wěn)定的情況下探索到所需要的環(huán)境信息(墻面)。最后,介紹了激光雷達感知系統(tǒng)進行環(huán)境建圖的原理,并給出了在傳感器存在誤差的情況下的建圖效果。
　　3.基于直線特征的環(huán)境地圖創(chuàng)建方法。將地圖創(chuàng)建分為特征提取和特征匹配兩個步驟,特征提取采用一種改進的Split-and-Merge直線特征提取算法,提取出激光雷達掃描的點集數(shù)據(jù)中的直線特征。特征匹配按照機器人的