移動機器人主動環(huán)境感知及三維場景數(shù)字化.pdf

1、移動機器人主動環(huán)境感知及三維場景數(shù)字化是移動機器人研究領(lǐng)域的一個熱點。對三維環(huán)境的主動感知是機器人進行避障、定位和導(dǎo)航的前提和基礎(chǔ)，而三維場景的數(shù)字化在虛擬現(xiàn)實、文物保護、地形測量等領(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距系統(tǒng)來實現(xiàn)移動機器人工作場景的主動感知，進而利用三維點云處理算法實現(xiàn)了三維場景的數(shù)字化。
　　教研室自主研發(fā)了SmartROB移動機器人平臺，該平臺應(yīng)用了開源機器人操作系統(tǒng)ROS，并在兩

2、個SmartROB機器人上分別配備有傳感器ASUS Xtion PRO和全景三維激光測距系統(tǒng)，可以對周圍環(huán)境進行感知。利用帶有ASUS Xtion PRO傳感器的SmartROB平臺對環(huán)境進行感知時，基于Kinect的開源驅(qū)動OpenNI開發(fā)了機器人SmartROB的遠程控制終端，遠程控制終端獲取控制者的控制命令并通過TCP/IP發(fā)送給機器人主機，同時機器人再根據(jù)ASUS Xtion PRO傳感器所感知到的機器人前方環(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現(xiàn)對機器人的安全遙操作。
　　用帶有全景三維激光測距系統(tǒng)的SmartROB機器人對環(huán)境進行感知前對該三維激光測距系統(tǒng)進行了標定，即通過兩次旋轉(zhuǎn)平移將Hokuyo激光測距掃描儀獲取的原始數(shù)據(jù)先后轉(zhuǎn)化到旋轉(zhuǎn)云臺坐標系和機器人坐標系，針對兩次旋轉(zhuǎn)平移誤差較大的問題，借助輔助標定物分別用牛頓下降法和ICP算法計算得到更精確的旋轉(zhuǎn)平移矩陣，再接著利用機器人自身位姿值對機器人坐標系下的三維點云進行數(shù)據(jù)補償，

4、實現(xiàn)了運動過程中機器人對周圍環(huán)境的主動感知，最后利用開源點云庫PCL(Point Cloud Library)中的算法對環(huán)境三維點云數(shù)據(jù)進行了平面提取處理，并用教研室已有的方法對三維點云進行了數(shù)據(jù)精簡和柵格化顯示，實現(xiàn)了三維場景的數(shù)字化。
　　在安裝有ROS(Robot Operating System)的SmatROB移動機器人平臺上進行實驗驗證，實驗結(jié)果表明了對周圍環(huán)境進行感知的算法以及三維場景數(shù)字化算法的有效性和實用性。