室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人的魯棒定位與三維避障方法研究.pdf

1、室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人的定位與避障算法一直是機(jī)器人領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)，其中定位的魯棒性主要是指機(jī)器人發(fā)生異常狀況時(shí)，對(duì)定位功能的自我恢復(fù)能力，而避障功能包括對(duì)障礙物的檢測(cè)以及繞行策略的研究。本文主要圍繞改進(jìn)粒子濾波定位算法的魯棒性，以及提高機(jī)器人障礙物檢測(cè)能力方面開展創(chuàng)新性研究，并取得了以下成果：
　　（1）室內(nèi)機(jī)器人SLAM算法的概述，全面介紹了國(guó)內(nèi)外對(duì)于機(jī)器人同時(shí)定位與構(gòu)圖問題的研究意義和狀況。分析闡述其中的關(guān)鍵技術(shù)和存在的問題，包括定

2、位失效與恢復(fù)、障礙物檢測(cè)方法以及數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與融合等。
　?。?）設(shè)計(jì)了機(jī)器人系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)模型和觀測(cè)模型，以及對(duì)機(jī)器人導(dǎo)航過程中包括的地圖模型和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換進(jìn)行了建模分析，并在數(shù)學(xué)模型加入噪聲影響使其更符合機(jī)器人實(shí)際狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上仿真對(duì)比了目前關(guān)于機(jī)器人室內(nèi)定位的各類算法，包括基于卡爾曼濾波器的系列改進(jìn)算法，以及蒙特卡洛思想基礎(chǔ)上的粒子濾波算法。以理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)，總結(jié)各類SLAM算法的優(yōu)缺點(diǎn)和改進(jìn)的地方。
　?。?）提出一種結(jié)合機(jī)器

3、學(xué)習(xí)技術(shù)的重定位算法，解決了粒子濾波定位算法通過均勻分布初始化粒子的運(yùn)算效率低下問題，以及機(jī)器人被搬動(dòng)后，粒子濾波無法收斂到新位置的低魯棒性問題。本文重定位算法實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)環(huán)境幾何信息進(jìn)行特征編碼，并結(jié)合位姿進(jìn)行關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)，構(gòu)建對(duì)地圖模型對(duì)應(yīng)的特征知識(shí)庫(kù)。當(dāng)機(jī)器人被人為搬動(dòng)到地圖模型的另一位置時(shí)，仍可通過本文的重定位算法對(duì)定位功能實(shí)現(xiàn)快速的恢復(fù)，提高了機(jī)器人的定位魯棒性，且大大降低了粒子濾波進(jìn)行初始化時(shí)所需的粒子樣本數(shù)量。結(jié)合Gazebo

4、仿真軟件，分析了本文算法關(guān)于訓(xùn)練時(shí)間和預(yù)估準(zhǔn)確度的性能，并驗(yàn)證了在導(dǎo)航過程中對(duì)機(jī)器人定位恢復(fù)的可行性。
　　（4）針對(duì)目前常用的紅外、超聲波以及輕觸開關(guān)等避障傳感器的不足，以及激光雷達(dá)存在較大檢測(cè)盲區(qū)的問題。本文提出通過深度相機(jī)模擬激光的三維檢測(cè)方法，將機(jī)器人對(duì)障礙物的檢測(cè)能力從單個(gè)水平面提升到前進(jìn)方向上的整個(gè)三維空間。對(duì)于檢測(cè)過程中存在的噪聲和地面影響問題，均給出了相應(yīng)的解決方法。實(shí)驗(yàn)證明本文提出的三維檢測(cè)方法能使機(jī)器人有效檢測(cè)