移動機器人主動環(huán)境感知及三維場景數字化.pdf

1、移動機器人主動環(huán)境感知及三維場景數字化是移動機器人研究領域的一個熱點。對三維環(huán)境的主動感知是機器人進行避障、定位和導航的前提和基礎，而三維場景的數字化在虛擬現實、文物保護、地形測量等領域也具有廣泛的應用前景。本文利用Kinect傳感器和三維激光測距系統(tǒng)來實現移動機器人工作場景的主動感知，進而利用三維點云處理算法實現了三維場景的數字化。
　　教研室自主研發(fā)了SmartROB移動機器人平臺，該平臺應用了開源機器人操作系統(tǒng)ROS，并在兩

2、個SmartROB機器人上分別配備有傳感器ASUS Xtion PRO和全景三維激光測距系統(tǒng)，可以對周圍環(huán)境進行感知。利用帶有ASUS Xtion PRO傳感器的SmartROB平臺對環(huán)境進行感知時，基于Kinect的開源驅動OpenNI開發(fā)了機器人SmartROB的遠程控制終端，遠程控制終端獲取控制者的控制命令并通過TCP/IP發(fā)送給機器人主機，同時機器人再根據ASUS Xtion PRO傳感器所感知到的機器人前方環(huán)境三維信息確定避障

3、策略，通過控制命令和避障命令的融合實現對機器人的安全遙操作。
　　用帶有全景三維激光測距系統(tǒng)的SmartROB機器人對環(huán)境進行感知前對該三維激光測距系統(tǒng)進行了標定，即通過兩次旋轉平移將Hokuyo激光測距掃描儀獲取的原始數據先后轉化到旋轉云臺坐標系和機器人坐標系，針對兩次旋轉平移誤差較大的問題，借助輔助標定物分別用牛頓下降法和ICP算法計算得到更精確的旋轉平移矩陣，再接著利用機器人自身位姿值對機器人坐標系下的三維點云進行數據補償，

4、實現了運動過程中機器人對周圍環(huán)境的主動感知，最后利用開源點云庫PCL(Point Cloud Library)中的算法對環(huán)境三維點云數據進行了平面提取處理，并用教研室已有的方法對三維點云進行了數據精簡和柵格化顯示，實現了三維場景的數字化。
　　在安裝有ROS(Robot Operating System)的SmatROB移動機器人平臺上進行實驗驗證，實驗結果表明了對周圍環(huán)境進行感知的算法以及三維場景數字化算法的有效性和實用性。