發(fā)布時(shí)間：2021-12-22 05:57

　　近年來(lái),由于科技進(jìn)步的發(fā)展,各類機(jī)器人開始進(jìn)入各個(gè)領(lǐng)域幫助完成各類任務(wù),比如危險(xiǎn)環(huán)境下的各種勘測(cè)機(jī)器人,工業(yè)環(huán)境下的碼垛機(jī)器人等。機(jī)器人事業(yè)的蓬勃發(fā)展改善了人們的生活環(huán)境,在人類的日常生活中起到越來(lái)越重要的作用。而同時(shí)定位與地圖構(gòu)建（Simultaneous Localization and Mapping,SLAM）技術(shù)和路徑規(guī)劃（Path Planning）作為實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人自主導(dǎo)航能力的關(guān)鍵,具有十分深遠(yuǎn)的研究意義。本文基于二維激光雷達(dá)作為機(jī)器人室內(nèi)觀測(cè)系統(tǒng),分別對(duì)SLAM技術(shù)與路徑規(guī)劃技術(shù)進(jìn)行理論研究與仿真實(shí)驗(yàn),使用機(jī)器人操作系統(tǒng)（Robot Operation System,ROS）設(shè)計(jì)了一款低成本基于激光雷達(dá)的SLAM與路徑規(guī)劃系統(tǒng),該系統(tǒng)可以高精度的完成建圖,滿足室內(nèi)環(huán)境下的避障與路徑規(guī)劃。首先,對(duì)本文所建立的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型以及環(huán)境地圖模型進(jìn)行介紹,對(duì)比分析了激光雷達(dá)的兩種測(cè)距數(shù)學(xué)模型,并選用似然場(chǎng)模型作為本文激光雷達(dá)的測(cè)距模型,針對(duì)機(jī)器人系統(tǒng),研究分析了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以及柵格地圖的構(gòu)建算法。然后,主要對(duì)基于粒子濾波的SLAM進(jìn)行了理論研究。并對(duì)本文提出的基于量子粒子群優(yōu)化（Qua... 

【文章來(lái)源】：蘭州交通大學(xué)甘肅省

【文章頁(yè)數(shù)】：72 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

激光雷達(dá)和攝像頭SLAM技術(shù)經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，流程結(jié)構(gòu)框架已完善，并且在虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)

基于激光雷達(dá)的機(jī)器人室內(nèi)SLAM與路徑規(guī)劃研究-10-圖2.2激光雷達(dá)RPLIDARA1RPLIDARA1激光雷達(dá)默認(rèn)順時(shí)針掃描，掃描頻率可以設(shè)定。思嵐科技的激光雷達(dá)不會(huì)因電壓的供電不穩(wěn)導(dǎo)致轉(zhuǎn)速的變化，因?yàn)槠渥陨淼臋z測(cè)系統(tǒng)可以通過(guò)檢測(cè)電壓的變化，自適應(yīng)的調(diào)節(jié)導(dǎo)致誤差絕對(duì)的小于17mm，占整個(gè)測(cè)量誤差的總體會(huì)小于25%。激光雷達(dá)測(cè)距其實(shí)是三角測(cè)距原理，即發(fā)射紅外光束，并通過(guò)另一個(gè)接口接收部分發(fā)射的紅外光束，其中兩條光束與發(fā)射器和接收器之間的連線構(gòu)成三角線，根據(jù)三角形角邊角唯一確定一個(gè)三角形，因此通過(guò)三角測(cè)距得到被照射的物體與移動(dòng)機(jī)器人上搭載的激光雷達(dá)之間的距離。一般情況下，激光雷達(dá)都安裝在移動(dòng)機(jī)器人的正中心，因此可以建立以激光雷達(dá)為中心的直角坐標(biāo)，和都表示當(dāng)前狀態(tài)下激光雷達(dá)到障礙物的距離，為掃描點(diǎn)從初始0°到當(dāng)前掃描過(guò)的角度差值，其所有掃描點(diǎn)的坐標(biāo)為：=(，)=(，)，i=1,,N(2-5)式中，N為激光雷達(dá)旋轉(zhuǎn)一周的掃描點(diǎn)個(gè)數(shù)，可以通過(guò)設(shè)定改變旋轉(zhuǎn)一周的掃描點(diǎn)數(shù)。2.2.2激光雷達(dá)測(cè)距數(shù)學(xué)模型運(yùn)用激光雷達(dá)進(jìn)行測(cè)距的數(shù)學(xué)模型主流有兩種，接下來(lái)分別對(duì)兩種進(jìn)行說(shuō)明，通過(guò)對(duì)比說(shuō)明本設(shè)計(jì)運(yùn)用似然場(chǎng)模型的原因。（1）光束模型期望的光束模型p(|,)是四個(gè)密度的混合，每一種密度都與一個(gè)特定類型的誤差有關(guān)。當(dāng)考慮理性情況時(shí)，激光測(cè)距可以測(cè)得物體的正確距離，但是即使激光雷達(dá)正確得測(cè)量了物體的距離，但返回值會(huì)收到大氣、測(cè)距儀的測(cè)量分辨率的影響而造成誤差，所以由p來(lái)表示第一種高斯測(cè)距模型。當(dāng)考慮機(jī)器人處于動(dòng)態(tài)環(huán)境時(shí)，由于所建立的地圖是靜態(tài)的，地圖中不包含的對(duì)象比如說(shuō)行人就該剔除出所建立的靜態(tài)地圖中，由指

基于激光雷達(dá)的機(jī)器人室內(nèi)SLAM與路徑規(guī)劃研究-14-圖2.4機(jī)器人坐標(biāo)系圖2.4反應(yīng)了機(jī)器人坐標(biāo)系與世界世界坐標(biāo)系的關(guān)系，為了將機(jī)器人觀測(cè)到的m點(diǎn)在機(jī)器人坐標(biāo)0=[0，0]轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)0=[0，0]中，可以通過(guò)式(2-9)計(jì)算。000000cossincossinWrrrWrrrxxxyyyxy(2-9)2.4地圖模型2.4.1地圖模型分類（1）柵格地圖柵格地圖（Gridmap）是將地圖信息離散化，將其表示為大小一致的柵格形式。而對(duì)于柵格的狀態(tài)只有兩種，0表示自由空間，1表示被占用。圖2-4就是一個(gè)簡(jiǎn)單的刪個(gè)地圖，其中黑色的方塊表示障礙物，白色的方塊表示自由空間。本文研究的SLAM技術(shù)是基于柵格地圖的形式。因?yàn)闁鸥竦貓D容易實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的路徑規(guī)劃。但當(dāng)環(huán)境信息過(guò)于龐大，而地圖的分辨率又很高時(shí)，此時(shí)會(huì)導(dǎo)致柵格數(shù)目的增加，導(dǎo)致信息存儲(chǔ)的增加。而把分辨率設(shè)置太小時(shí)，又不能真實(shí)反應(yīng)環(huán)境信息。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3545880