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

1、移動機器人是一個多學科多領(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)行設計、機械機構(gòu)設計等多方面的功能需求于一體,綜合了工程信號處理、電子電路設計、智能控制、計算機科學等多領(lǐng)域的前沿研究成果,是國家機電綜合設計制造能力的最高表現(xiàn)。為了使移動機器人在復雜環(huán)境下真正實現(xiàn)自主移動,必須通過自身裝載的各式傳感器獲取周邊的環(huán)境信息,并對這些地圖信息進行感知和分析,這也就意味著移動機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)建功能的移動機器人通常裝備的是單目或者雙目視覺相機以及二維激光傳感器,相機在環(huán)境光線發(fā)生變化或者環(huán)境過于復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)境中進行移動,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)提供了一個快速高效獲取三維點云數(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。為了實現(xiàn)在未知的復雜室內(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)平臺構(gòu)成的三維激光傳感器,對地圖創(chuàng)建中的一系列問題進行了詳細的研究和實踐。
　　首先,本文利用三維激光傳感器收集360°的點云數(shù)據(jù),通過直通濾波和統(tǒng)計方法過濾掉了雜點和漂浮點,之后進行了稀疏化處理,得到了有效的原始數(shù)據(jù);然后通過似然函數(shù)的配準方法對三維點云進行了拼接以獲取完整的三維點云地圖;由于三維點云的數(shù)據(jù)存儲量太大,本文又使用了Octree數(shù)據(jù)結(jié)

4、構(gòu)將三維點云地圖轉(zhuǎn)換成為了三維柵格地圖,并在此數(shù)據(jù)架構(gòu)的基礎上擴展改進了D*算法,從而實現(xiàn)了三維柵格地圖下的路徑規(guī)劃。為了實現(xiàn)機器人自主確定下一個目標點的位置,我們將三維地圖降低維度至二維,以提高算法運行速度,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)域進行劃分;為了提高地圖精度和機器人定位精度,我們同時還進行了主動的閉環(huán)檢測,實時監(jiān)測當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)動作。以上這些方法都采用真實的移動機器人