基于三維激光傳感器的移動(dòng)機(jī)器人室內(nèi)未知環(huán)境三維地圖創(chuàng)建.pdf

1、移動(dòng)機(jī)器人是一個(gè)多學(xué)科多領(lǐng)域交叉集合的綜合體系,它集合了人工智能、環(huán)境檢測、路徑規(guī)劃、控制與執(zhí)行設(shè)計(jì)、機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等多方面的功能需求于一體,綜合了工程信號(hào)處理、電子電路設(shè)計(jì)、智能控制、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多領(lǐng)域的前沿研究成果,是國家機(jī)電綜合設(shè)計(jì)制造能力的最高表現(xiàn)。為了使移動(dòng)機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境下真正實(shí)現(xiàn)自主移動(dòng),必須通過自身裝載的各式傳感器獲取周邊的環(huán)境信息,并對(duì)這些地圖信息進(jìn)行感知和分析,這也就意味著移動(dòng)機(jī)器人極大程度地依賴于地圖創(chuàng)建,研究大型精

2、確三維地圖的創(chuàng)建具有非常重要的意義。
　　傳統(tǒng)的具備地圖創(chuàng)建功能的移動(dòng)機(jī)器人通常裝備的是單目或者雙目視覺相機(jī)以及二維激光傳感器,相機(jī)在環(huán)境光線發(fā)生變化或者環(huán)境過于復(fù)雜的地方都不能正常使用,而二維激光傳感器則只能探測到某一高度的環(huán)境信息,只能在簡單環(huán)境中進(jìn)行移動(dòng),最終得到的是二維地圖,不能有效描述出空間的三維結(jié)構(gòu)。近年來,Kinect傳感器的出現(xiàn)提供了一個(gè)快速高效獲取三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的途徑,但是由于其精度問題,仍然無法完成大型精確三維地

3、圖的創(chuàng)建。為了實(shí)現(xiàn)在未知的復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境下創(chuàng)建三維地圖,我們采用了由二位傳感器和旋轉(zhuǎn)平臺(tái)構(gòu)成的三維激光傳感器,對(duì)地圖創(chuàng)建中的一系列問題進(jìn)行了詳細(xì)的研究和實(shí)踐。
　　首先,本文利用三維激光傳感器收集360°的點(diǎn)云數(shù)據(jù),通過直通濾波和統(tǒng)計(jì)方法過濾掉了雜點(diǎn)和漂浮點(diǎn),之后進(jìn)行了稀疏化處理,得到了有效的原始數(shù)據(jù);然后通過似然函數(shù)的配準(zhǔn)方法對(duì)三維點(diǎn)云進(jìn)行了拼接以獲取完整的三維點(diǎn)云地圖;由于三維點(diǎn)云的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量太大,本文又使用了Octree數(shù)據(jù)結(jié)

4、構(gòu)將三維點(diǎn)云地圖轉(zhuǎn)換成為了三維柵格地圖,并在此數(shù)據(jù)架構(gòu)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展改進(jìn)了D*算法,從而實(shí)現(xiàn)了三維柵格地圖下的路徑規(guī)劃。為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主確定下一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的位置,我們將三維地圖降低維度至二維,以提高算法運(yùn)行速度,然后使用了基于邊界的探索算法,按照已知和未知信息將區(qū)域進(jìn)行劃分;為了提高地圖精度和機(jī)器人定位精度,我們同時(shí)還進(jìn)行了主動(dòng)的閉環(huán)檢測,實(shí)時(shí)監(jiān)測當(dāng)前位置與之前訪問的位置之間的最短距離,以便執(zhí)行閉環(huán)動(dòng)作。以上這些方法都采用真實(shí)的移動(dòng)機(jī)器人