服務機器人二維激光里程計構(gòu)建及自主導航.pdf

1、近年來，服務機器人正逐漸走進千家萬戶，也不斷改變著人們的日常生活方式。自主導航是服務機器人完成其它復雜任務的前提。本文研究了服務機器人在未知環(huán)境中基于二維激光測距的自主導航問題，其重點包括位姿跟蹤、自主定位、柵格地圖構(gòu)建和路徑規(guī)劃。
　　為有效實現(xiàn)移動機器人的位姿跟蹤，對Mb-ICP、PSM和PL-ICP這三種典型的掃描匹配算法進行對比分析，并確定采用PL-ICP算法作為最終里程計構(gòu)建算法。為減少原始雜亂數(shù)據(jù)對算法的影響，分別采用

2、中值濾波和分割處理對激光數(shù)據(jù)進行預處理，剔除雜亂點和無效點，從而提高位姿跟蹤算法的魯棒性。此外利用關鍵幀技術(shù)解決由激光數(shù)據(jù)動態(tài)誤差引起的位姿漂移問題。采用Rao-Blackwellized粒子濾波算法將機器人同時定位與地圖構(gòu)建(SLAM)問題分解為機器人全局位姿估計和柵格地圖構(gòu)建兩個部分。為了改善粒子濾波算法的建議分布性能，采用激光里程計信息代替碼盤里程計，從而在不影響算法精度的前提下減少了粒子的數(shù)量。此外根據(jù)粒子重要性權(quán)重的離散程度決

3、定是否進行重采樣，從而有效避免了粒子衰退現(xiàn)象?；跂鸥竦貓D各個柵格之間狀態(tài)獨立的假設，將柵格地圖構(gòu)建問題轉(zhuǎn)化為估計每個柵格后驗概率問題。
　　考慮到機器人自身尺寸對實際導航的影響，根據(jù)機器人尺寸在柵格地圖中將靜態(tài)障礙物和實時檢測到的動態(tài)障礙物進行膨脹處理。以代價地圖、機器人位姿和目標點為基礎，采用A*算法進行全局路徑規(guī)劃，給出從當前位姿到目標位姿的全局路徑規(guī)劃結(jié)果。在全局路徑的指導下，采用動態(tài)窗口法進行局部路徑規(guī)劃，該方法可在速度