本文關(guān)鍵詞：基于ROS的家庭服務(wù)機(jī)器人SLAM的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：近些年,伴隨著移動(dòng)機(jī)器人硬件市場的發(fā)展與成熟,使得移動(dòng)機(jī)器人的大規(guī)模應(yīng)用變成可能,特別是近幾年機(jī)器人在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的普及,移動(dòng)機(jī)器人工作的環(huán)境也變得越來越復(fù)雜,這就對(duì)移動(dòng)機(jī)器人能自主完成各種任務(wù)的能力提出了更高的要求。所以,自主導(dǎo)航技術(shù)作為移動(dòng)機(jī)器人能夠自主行走技術(shù)的關(guān)鍵,已經(jīng)成為了移動(dòng)機(jī)器人研究領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù),在靜態(tài)環(huán)境下,在眾多專家學(xué)者的共同努力下也日漸成熟并取得了諸多成果,但是在更接近真實(shí)環(huán)境的非結(jié)構(gòu)化的動(dòng)態(tài)環(huán)境下,移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)還沒有一個(gè)成熟的理論體系,以及應(yīng)對(duì)各類問題時(shí)可靠的解決方法。國內(nèi)各大科研單位對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人自主導(dǎo)航的研究,大多還是處在彼此獨(dú)立的狀態(tài),這種狀況使得在移動(dòng)機(jī)器人的軟件或者硬件系統(tǒng)發(fā)生變化的情況下,移動(dòng)機(jī)器人自主導(dǎo)航系統(tǒng)面臨著二次開發(fā)。為了提高機(jī)器人研發(fā)領(lǐng)域代碼的復(fù)用率,本文以開源機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS(Robot Operating System)作為軟件平臺(tái)、以西北師范大學(xué)侏羅紀(jì)工作室自行設(shè)計(jì)搭建的簡易R(shí)OS機(jī)器人作為硬件平臺(tái),對(duì)移動(dòng)機(jī)器人在動(dòng)態(tài)未知環(huán)境下導(dǎo)航技術(shù)中最為關(guān)鍵的問題——同步定位與地圖構(gòu)建(SLAM,Simultaneous Localization And Mapping Building)進(jìn)行研究。首先,本文研究了與SLAM問題相關(guān)的幾類系統(tǒng)模型,其中包括:坐標(biāo)系統(tǒng)模型、機(jī)器人位姿模型、里程計(jì)模型、傳感器觀測模型和環(huán)境特征模型。為SLAM算法的實(shí)現(xiàn)奠定了必要的基礎(chǔ)。其次,本文對(duì)SLAM算法的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了推導(dǎo)。并以此為基礎(chǔ),分別對(duì)基于擴(kuò)展卡爾曼濾波器和粒子濾波器的SLAM算法進(jìn)行了深入研究。然后,對(duì)上述的兩種SLAM算法在實(shí)際應(yīng)用中的性能進(jìn)行分析。由于擴(kuò)展卡爾曼濾波器和粒子濾波器各自存在的局限性,本文應(yīng)用了一種融合擴(kuò)展卡爾曼濾波和粒子濾波的Fast SLAM,并通過仿真驗(yàn)證。還將Fast SLAM獲得的環(huán)境地圖,在侏羅紀(jì)實(shí)驗(yàn)室搭建的簡易導(dǎo)航系統(tǒng)中進(jìn)行驗(yàn)證。本文采用基于粒子濾波Fast SLAM算法建立實(shí)驗(yàn)室環(huán)境真實(shí)場景地圖,完成了機(jī)器人的同步定位與地圖構(gòu)建任務(wù),在自主導(dǎo)航中得到應(yīng)用驗(yàn)證。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提出的SLAM方法的可行性和有效性。
【學(xué)位授予單位】：西北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242

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本文編號(hào)：1180715