近年來,由于科技進(jìn)步的發(fā)展,各類機(jī)器人開始進(jìn)入各個領(lǐng)域幫助完成各類任務(wù),比如危險環(huán)境下的各種勘測機(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越重要的作用。而同時定位與地圖構(gòu)建（Simultaneous Localization and Mapping,SLAM）技術(shù)和路徑規(guī)劃（Path Planning）作為實現(xiàn)移動機(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)觀測系統(tǒng),分別對SLAM技術(shù)與路徑規(guī)劃技術(shù)進(jìn)行理論研究與仿真實驗,使用機(jī)器人操作系統(tǒng)（Robot Operation System,ROS）設(shè)計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,對本文所建立的運(yùn)動學(xué)模型以及環(huán)境地圖模型進(jìn)行介紹,對比分析了激光雷達(dá)的兩種測距數(shù)學(xué)模型,并選用似然場模型作為本文激光雷達(dá)的測距模型,針對機(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,主要對基于粒子濾波的SLAM進(jìn)行了理論研究。并對本文提出的基于量子粒子群優(yōu)化（Qua... 

【文章來源】：蘭州交通大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

激光雷達(dá)和攝像頭SLAM技術(shù)經(jīng)過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、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)順時針掃描，掃描頻率可以設(shè)定。思嵐科技的激光雷達(dá)不會因電壓的供電不穩(wěn)導(dǎo)致轉(zhuǎn)速的變化，因為其自身的檢測系統(tǒng)可以通過檢測電壓的變化，自適應(yīng)的調(diào)節(jié)導(dǎo)致誤差絕對的小于17mm，占整個測量誤差的總體會小于25%。激光雷達(dá)測距其實是三角測距原理，即發(fā)射紅外光束，并通過另一個接口接收部分發(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三角形，因此通過三角測距得到被照射的物體與移動機(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，為掃描點從初始0°到當(dāng)前掃描過的角度差值，其所有掃描點的坐標(biāo)為：=(，)=(，)，i=1,,N(2-5)式中，N為激光雷達(dá)旋轉(zhuǎn)一周的掃描點個數(shù)，可以通過設(shè)定改變旋轉(zhuǎn)一周的掃描點數(shù)。2.2.2激光雷達(dá)測距數(shù)學(xué)模型運(yùn)用激光雷達(dá)進(jìn)行測距的數(shù)學(xué)模型主流有兩種，接下來分別對兩種進(jìn)行說明，通過對比說明本設(shè)計運(yùn)用似然場模型的原因。（1）光束模型期望的光束模型p(|,)是四個密度的混合，每一種密度都與一個特定類型的誤差有關(guān)。當(dāng)考慮理性情況時，激光測距可以測得物體的正確距離，但是即使激光雷達(dá)正確得測量了物體的距離，但返回值會收到大氣、測距儀的測量分辨率的影響而造成誤差，所以由p來表示第一種高斯測距模型。當(dāng)考慮機(jī)器人處于動態(tài)環(huán)境時，由于所建立的地圖是靜態(tài)的，地圖中不包含的對象比如說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)器人觀測到的m點在機(jī)器人坐標(biāo)0=[0，0]轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)0=[0，0]中，可以通過式(2-9)計算。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就是一個簡單的刪個地圖，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。因為柵格地圖容易實現(xiàn)機(jī)器人的路徑規(guī)劃。但當(dāng)環(huán)境信息過于龐大，而地圖的分辨率又很高時，此時會導(dǎo)致柵格數(shù)目的增加，導(dǎo)致信息存儲的增加。而把分辨率設(shè)置太小時，又不能真實反應(yīng)環(huán)境信息。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]關(guān)于路徑規(guī)劃的相關(guān)算法綜述[J]. 梁曉輝,慕永輝,吳北華,江宇.  價值工程. 2020(03)
[2]多鏡頭組合式相機(jī)的全景SLAM[J]. 季順平,秦梓杰.  測繪學(xué)報. 2019(10)
[3]機(jī)器人和機(jī)器人用傳感器的發(fā)展[J]. 卞正崗.  智慧工廠. 2019(10)
[4]機(jī)器人和機(jī)器人用傳感器的發(fā)展[J]. 卞正崗.  智慧工廠. 2019 (10)
[5]人口老齡化背景下助老服務(wù)機(jī)器人研究[J]. 張榮.  信息記錄材料. 2019(09)
[6]移動機(jī)器人路徑規(guī)劃綜述[J]. 宋曉茹,任怡悅,高嵩,陳超波.  計算機(jī)測量與控制. 2019(04)
[7]基于RGB-D相機(jī)的SLAM技術(shù)研究綜述[J]. 陳世浪,吳俊君.  計算機(jī)工程與應(yīng)用. 2019(07)
[8]基于Dirichlet過程非參貝葉斯學(xué)習(xí)的高斯箱粒子濾波快速SLAM算法[J]. 羅景文,秦世引.  機(jī)器人. 2019(05)
[9]基于激光雷達(dá)的同時定位與地圖構(gòu)建方法綜述[J]. 危雙豐,龐帆,劉振彬,師現(xiàn)杰.  計算機(jī)應(yīng)用研究. 2020(02)
[10]移動機(jī)器人路徑規(guī)劃算法綜述[J]. 霍鳳財,遲金,黃梓健,任璐,孫勤江,陳建玲.  吉林大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版). 2018(06)

碩士論文
[1]基于激光雷達(dá)的室內(nèi)移動機(jī)器人SLAM與導(dǎo)航技術(shù)研究[D]. 杜哲夫.湖北工業(yè)大學(xué) 2019
[2]基于激光雷達(dá)的SLAM和路徑規(guī)劃算法研究與實現(xiàn)[D]. 劉文之.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018
[3]基于激光雷達(dá)的即時定位與制圖技術(shù)[D]. 魏楊.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017



本文編號：3545880