基于激光雷達的移動機器人定位與導(dǎo)航技術(shù).pdf

1、在計算機技術(shù)、人工智能理論和傳感器技術(shù)的推動下，國際上廣泛開展了對機器人的研究，而移動機器人是機器人技術(shù)實用化、普及化的生力軍。在關(guān)于移動機器人諸多研究主題中，導(dǎo)航技術(shù)涉及到人工智能技術(shù)的每一個問題：感知，執(zhí)行，規(guī)劃，結(jié)構(gòu)，硬件，計算效率以及問題求解。因此，導(dǎo)航技術(shù)目前仍是需要研究的最具有挑戰(zhàn)性的問題之一。導(dǎo)航技術(shù)需解決三方面的問題：1) 地圖，映射移動機器人工作空間的模型，是移動機器人路徑規(guī)劃的平臺。2) 路徑規(guī)劃，指移動機器人按照某

2、一性能指標，在地圖中搜索一條從起始狀態(tài)到目標狀態(tài)的最優(yōu)或次最優(yōu)的無碰路徑，是移動機器人導(dǎo)航的核心技術(shù)。3) 定位，確定移動機器人在二維工作環(huán)境中相對于全局坐標的位置及其本身的姿態(tài),是保障移動機器人導(dǎo)航質(zhì)量的最基本環(huán)節(jié)。 在過去的研究中，人們針對移動機器人導(dǎo)航技術(shù)中的地圖建模、路徑規(guī)劃和自定位問題分別提出了許多理論和方法，并都有不同程度的實際應(yīng)用。然而，要組成一個穩(wěn)定實用的導(dǎo)航系統(tǒng)整體，并不是任意組合這些技術(shù)，它需要根據(jù)應(yīng)用選擇

3、合適的地圖建模、路徑規(guī)劃和自定位術(shù)。因此，本文提出一個基于混合地圖模型的全自主移動機器人遞階導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，采用遞階的路徑規(guī)劃方法，以滿足機器人大范圍導(dǎo)航的要求，運用基于線段關(guān)系的掃描匹配定位以及與里程計的結(jié)合，保證機器人順利導(dǎo)航。其中主要的創(chuàng)新點在于： l. 針對在較大范圍環(huán)境中如何順利實施導(dǎo)航任務(wù)，提出了拓撲地圖和柵格地圖相結(jié)合的混合地圖模型。 2. 定位過程中完全使用自然路標，工作環(huán)境沒有經(jīng)過任何特意的人為

4、更改，使機器人導(dǎo)航適合自然環(huán)境的需要。 3. 提出基于線段關(guān)系掃描匹配的機器人自定位技術(shù)，它對不完整信息的利用率很高，能夠允許較大的估計誤差，且在匹配過程中不使用可能引起失配的位姿估計，有很好的魯棒性。 4. 多種定位工具和方法在導(dǎo)航過程中共存，它們之間取長補短，相互融合，實現(xiàn)了實時準確的機器人自定位，保障了導(dǎo)航任務(wù)的成功。 5. 根據(jù)基于混合地圖進行遞階導(dǎo)航的理念，設(shè)計開發(fā)了一個移動機器人遞階導(dǎo)航系統(tǒng)軟件