基于同時(shí)定位與地圖創(chuàng)建的月球車避障路徑規(guī)劃研究.pdf

1、月球車作為一個(gè)具有一定智能的自主機(jī)器人必須能夠在復(fù)雜月面環(huán)境下移動(dòng)并完成各種任務(wù)，因此安全導(dǎo)航是月球車必須具備的功能。為了完成月球車的安全導(dǎo)航，必須依靠月球車所攜帶的傳感器感知周圍環(huán)境，避開障礙物，進(jìn)行局部路徑規(guī)劃，最后安全到達(dá)目的地。因此，避障路徑規(guī)劃是未來月球車必須具備的功能之一。隨著移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)定位與地圖創(chuàng)建問題也已經(jīng)成為移動(dòng)機(jī)器人規(guī)劃安全路徑的重要組成部分。本文主要研究如何利用二維激光掃描測(cè)距器實(shí)現(xiàn)月球車的同時(shí)定位

2、與地圖創(chuàng)建，進(jìn)一步在AS-R平臺(tái)上完成月球車的避障路徑規(guī)劃。主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　首先，通過將遺傳算法中的交叉和變異操作引入到極坐標(biāo)掃描匹配算法中，提出了一種基于遺傳算法的極坐標(biāo)掃描匹配算法。該算法首先利用遺傳算法對(duì)激光掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)配準(zhǔn)，然后利用PSM(Polar Scan Matching)對(duì)GA(Genetic Algorithm)的結(jié)果進(jìn)行細(xì)調(diào)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法能夠有效地解決掃描匹配算法中任意角度的配準(zhǔn)問題，

3、較大地提高了機(jī)器人的定位精度。
　　其次，將概率掃描匹配算法與快速同時(shí)定位與地圖創(chuàng)建（Fast Simultaneous Localization and Mapping，F(xiàn)astSLAM）粒子濾波器相結(jié)合，提出了新的概率掃描匹配同時(shí)定位與地圖創(chuàng)建算法(Probability Scan Matching Algorithm SLAM, PSMASLAM)。該算法通過建立概率掃描匹配方法，改進(jìn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模型，并采用自適應(yīng)的混合提議

4、分布來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的提議分布，有效地減輕了粒子耗散問題，減少了地圖的創(chuàng)建時(shí)間。該算法既可解決結(jié)構(gòu)化室內(nèi)環(huán)境下的SLAM問題，也可解決非結(jié)構(gòu)化室外環(huán)境下的SLAM問題。
　　最后，提出了一種基于SLAM的避障路徑規(guī)劃算法。該算法首先采用概率掃描匹配SLAM算法完成機(jī)器人任意時(shí)刻的同時(shí)定位與地圖創(chuàng)建問題；根據(jù)機(jī)器人與環(huán)境中障礙物之間的關(guān)系，建立初始最近距離向量極坐標(biāo)直方圖(Nearness Distance Vector Polar Hi

5、stogram, NDVPH)，獲得自由行走區(qū)和避障區(qū)間，通過定義時(shí)變的閾值函數(shù)獲得二元極坐標(biāo)直方圖，設(shè)定瞬時(shí)目標(biāo)點(diǎn)作為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的臨時(shí)目標(biāo)點(diǎn)，有效地確定了機(jī)器人的候選轉(zhuǎn)向。該算法可以在密集復(fù)雜的環(huán)境中較好地完成避障和路徑規(guī)劃，不會(huì)陷入死鎖。
　　最后，本文完成了基于激光測(cè)距的機(jī)器人避障路徑規(guī)劃系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用概率掃描匹配算法實(shí)現(xiàn)同時(shí)定位與地圖創(chuàng)建，并且采用基于SLAM的最近距離向量極坐標(biāo)直方圖算法實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境下的免碰路徑