基于自然路標(biāo)提取的森林環(huán)境移動(dòng)機(jī)器人定位.pdf

1、準(zhǔn)確的自我定位能力是移動(dòng)機(jī)器人在環(huán)境中完成各種任務(wù)的關(guān)鍵。然而，森林環(huán)境給機(jī)器人定位問題帶來了諸多挑戰(zhàn)。首先，繁茂的枝葉遮擋了GPS的信號(hào)，基于里程計(jì)的航位推算方法由于地面的崎嶇起伏而累積了很大的誤差。另外，視覺傳感器也因自然環(huán)境的光照變化和陰影而變得不再可靠。針對(duì)這些問題，本文采用三維激光傳感器獲取森林環(huán)境信息，提出了一種全新的系統(tǒng)化方法從三維點(diǎn)云中提取樹干作為路標(biāo)，并使用基于特征的掃描匹配方法解決了機(jī)器人在森林環(huán)境中的6DOF定位問

2、題。
　　 本文提出的路標(biāo)提取方法以場景理解和樹木自動(dòng)分析為基礎(chǔ)，從點(diǎn)數(shù)稀少且被噪聲干擾嚴(yán)重的三維掃描中提取樹干的幾何模型。方法分為三個(gè)步驟：
　　 1.利用樹干輪廓的圓形特征將三維點(diǎn)云分割為掃描分段，依據(jù)掃描分段的空間相鄰性將其組織成樹干分段。
　　 2.從形狀信息不充分的樹干分段中提取圓模型，并擬合樹干分段的軸線。
　　 3.通過分析樹干分段的空間不連續(xù)類型，對(duì)它們進(jìn)行聚類和整合，并最終得到唯一代表樹

3、木的直樹干作為路標(biāo)。
　　 在得到樹干作為高層特征后，本文將利用基于特征的成對(duì)掃描匹配方法跟蹤機(jī)器人的6D位姿。為了克服森林環(huán)境中機(jī)器人初始位姿估計(jì)的巨大誤差，本文提出了一種全新的獨(dú)立于相對(duì)位姿變換初始估計(jì)的掃描匹配方法。在該方法中，樹干特征直接而全方位地參與到掃描匹配的過程中，從而避免了對(duì)點(diǎn)層次掃描重疊的要求。該方法分為兩個(gè)步驟：
　　 1.提取掃描中的最大近似平行樹干組，利用其中的樹干對(duì)掃描進(jìn)行除z方向外的5D匹配。