導(dǎo)航機(jī)器人的地圖構(gòu)建和定位研究.pdf

1、導(dǎo)航機(jī)器人在未知環(huán)境下的自主導(dǎo)航研究內(nèi)容包括對環(huán)境地圖構(gòu)建、自主定位、路徑規(guī)劃和動態(tài)避障等，其中環(huán)境地圖構(gòu)建和自主定位是最基本的研究方面，是實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃和動態(tài)避障的前提，所以本文從兩方面進(jìn)行了深入研究和探討。主要工作內(nèi)容如下:
　　設(shè)計(jì)了導(dǎo)航機(jī)器人機(jī)械和控制系統(tǒng)，研制了樣機(jī)。為了減少二維激光雷達(dá)數(shù)據(jù)中噪聲點(diǎn)的影響和平滑環(huán)境數(shù)據(jù)，對中值濾波和均值濾波算法進(jìn)行了研究，并對濾波效果進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)分析。
　　為了減少特征提取時的迭代次

2、數(shù)，加快數(shù)據(jù)處理速度，在進(jìn)行特征提取之前需要進(jìn)行激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的分割。本文對激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)特點(diǎn)和測量原理進(jìn)行了研究，提出一種環(huán)境特征自適應(yīng)激光雷達(dá)數(shù)據(jù)分割算法，以數(shù)據(jù)的鄰近點(diǎn)擬合的虛擬環(huán)境線和鄰近激光掃描射線的交點(diǎn)確定閾值，建立自適應(yīng)閾值確定模型;提出偽斷點(diǎn)判斷方法，對算法進(jìn)行優(yōu)化。進(jìn)行了多環(huán)境特征下的數(shù)據(jù)分割實(shí)驗(yàn)，并將此算法與分段閾值分割算法、線性方程閾值分割算法進(jìn)行比較和分析。
　　本課題中的特征提取中主要研究直線特征的提取，首

3、先建立了激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的直線描述模型，并對分裂-合并直線特征提取算法進(jìn)行了研究。為了減少噪聲點(diǎn)的影響，本文對分裂-合并法進(jìn)行了優(yōu)化，改進(jìn)了分裂點(diǎn)的判斷方法，進(jìn)行了直線特征提取對比實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行分析。進(jìn)行了濾波算法、環(huán)境特征自適應(yīng)分割算法和改進(jìn)的分裂-合并法聯(lián)合處理的環(huán)境特征提取實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了以上算法的有效性和實(shí)用性。
　　對基于蒙特卡洛方法的粒子濾波定位算法進(jìn)行了研究，建立了粒子濾波定位算法在導(dǎo)航機(jī)器人系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)步驟。針對粒子濾波定位算

4、法中的多項(xiàng)式重采樣方法帶來的粒子多樣性衰減問題，提出多項(xiàng)式-組合重采樣方法，對高權(quán)值粒子按照權(quán)值進(jìn)行排序然后組合。并在MATLAB中建立實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行對比仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)證明，多項(xiàng)式-組合重采樣方法能有效增加粒子多樣性、提高定位精度。
　　在導(dǎo)航機(jī)器人樣機(jī)上進(jìn)行了ROS操作系統(tǒng)搭建，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)航機(jī)器人樣機(jī)的運(yùn)動控制功能、激光雷達(dá)數(shù)據(jù)采集功能、地圖構(gòu)建和定位功能。并在真實(shí)環(huán)境中進(jìn)行地圖構(gòu)建實(shí)驗(yàn)，分析試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題并給出了解決方案。進(jìn)行定