基于激光測(cè)距儀的救援機(jī)器人二維地圖實(shí)時(shí)創(chuàng)建技術(shù)研究.pdf

1、在災(zāi)難(如地震、火災(zāi)、海嘯等)發(fā)生后,現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境非常復(fù)雜,救援人員工作的開展十分困難。同時(shí)災(zāi)后現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜,救援人員的工作伴隨著很大的危險(xiǎn),這些危險(xiǎn)嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)＜暗骄仍藛T的生命安全。而救援機(jī)器人能夠代替人類在危險(xiǎn)的環(huán)境中進(jìn)行探索,搜救遇難者,提高了救援工作的效率。對(duì)救援機(jī)器人的研究和探索也是目前機(jī)器人技術(shù)在實(shí)際領(lǐng)域運(yùn)用的熱門方向,受到各國的重視。
　　RoboCup世界機(jī)器人大賽設(shè)置有一個(gè)救援機(jī)器人的單項(xiàng)比賽,參賽機(jī)器人需要在一

2、個(gè)災(zāi)難模擬環(huán)境中探索,搜尋遇難者并建立環(huán)境地圖,以幫助救援人員更快的到達(dá)遇難者所在地,其中,機(jī)器人建立環(huán)境地圖的能力是該項(xiàng)比賽的一個(gè)重點(diǎn)要求。本文的工作主要針對(duì)救援機(jī)器人環(huán)境建圖的問題展開,介紹了以激光雷達(dá)作為感知傳感器的環(huán)境建圖算法,并開發(fā)了實(shí)際的軟件、硬件,通過實(shí)際試驗(yàn)有效地建立出地圖,證明了算法的有效性和合理性。論文的主要工作如下:
　　1.救援機(jī)器人的設(shè)計(jì)。首先介紹了為了參加Robo Cup Rescue救援機(jī)器人比賽設(shè)計(jì)

3、的兩套機(jī)械方案,蛇形機(jī)器人方案和履帶機(jī)器人方案,簡單介紹了設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)的方式,并比較了兩種方案的優(yōu)劣,最終選擇了履帶式機(jī)器人方案。然后,在分析了整個(gè)履帶式機(jī)器人控制系統(tǒng)的需求后,提出了系統(tǒng)控制方案的設(shè)計(jì),并介紹了硬件和軟件的實(shí)現(xiàn)方法。
　　2.基于激光雷達(dá)的環(huán)境感知系統(tǒng)和環(huán)境建圖原理介紹。首先介紹了激光雷達(dá)的工作原理,并針對(duì)Robo Cup Rescue比賽場(chǎng)地的特點(diǎn)和各型號(hào)激光雷達(dá)的參數(shù),選擇了合適的激光雷達(dá)。然后,介紹了一個(gè)

4、二自由度電控轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。二自由度轉(zhuǎn)臺(tái)是為了保證激光雷達(dá)在救援機(jī)器人本身姿態(tài)不穩(wěn)定的情況下探索到所需要的環(huán)境信息(墻面)。最后,介紹了激光雷達(dá)感知系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)境建圖的原理,并給出了在傳感器存在誤差的情況下的建圖效果。
　　3.基于直線特征的環(huán)境地圖創(chuàng)建方法。將地圖創(chuàng)建分為特征提取和特征匹配兩個(gè)步驟,特征提取采用一種改進(jìn)的Split-and-Merge直線特征提取算法,提取出激光雷達(dá)掃描的點(diǎn)集數(shù)據(jù)中的直線特征。特征匹配按照機(jī)器人的