基于前倾斜2D激光雷达移动扫描的障碍检测与道路跟踪方法研究

发布时间：2023-03-19 07:54

　　近年来,室外自主导航机器人在不同应用领域得到广泛应用,比如小型UGV、送货机器人等。在机器人应用中,障碍物和道路特征检测是室外自主导航机器人主要研究内容之一。激光雷达因其高精度和高速的测量速度,被广泛应用于移动机器人的室外导航。激光雷达分为单线(2D)和多线(3D)两种类型,单线激光雷达由于其经济优势,被更多应用于小型室外移动机器人的开发中。本文采用向前倾斜的2D激光雷达,在机器人前进过程中,对其前方的障碍物和道路边界进行检测,并根据检测的边界信息,使机器人能够跟踪道路右边界行驶,主要研究内容如下:首先,针对每一帧激光雷达扫描到的数据,进行直线分割,并提出一种自适应路面障碍物信息提取方法。该方法通过提取每帧激光雷达扫描到的路面高度和路面向量,对分割出的每条线段,根据其平均高度及其与上一帧路面向量的偏离度,进行障碍物和路面线段分离。获取到的路面高度和路面向量,随着激光雷达扫描到的路面状况不同而变化,可以反映出不同时刻的路面状况,从而能自适应提取出障碍物信息。其次,为了确定机器人的安全行驶区域和行驶目标方向,对道路边界信息进行提取。由于单帧激光雷达数据信息较小,难以准确的检测出道路边界信息...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 自主移动机器人研究现状
        1.2.1 自主导航系统框架
        1.2.2 国外研究现状
        1.2.3 国内研究现状
    1.3 自主导航中的环境感知系统
        1.3.1 常用的传感器与技术
        1.3.2 基于激光雷达的障碍物检测现状
        1.3.3 基于激光雷达的道路检测现状
    1.4 研究内容及结构安排
第二章 基于直线特征提取的障碍物检测
    2.1 激光雷达的数据预处理
        2.1.1 激光雷达的基本测距原理
        2.1.2 坐标系定义与变换
        2.1.3 激光雷达扫描数据的滤波
    2.2 激光扫描数据分割和直线特征提取
        2.2.1 断点检测
        2.2.2 直线提取
    2.3 障碍物检测算法
        2.3.1 激光路面扫描状况
        2.3.2 路面高度估计
        2.3.3 路面向量提取
        2.3.4 障碍物提取
    2.4 实验结果及分析
        2.4.1 普通道路环境中的障碍物提取
        2.4.2 复杂的斜坡转弯环境中的障碍物提取
    2.5 本章小结
第三章 道路边界检测
    3.1 激光雷达道路扫描模型
    3.2 道路边界候选点提取
        3.2.1 扫描数据的一阶微分滤波
        3.2.2 一阶微分滤波的加权处理
    3.3 道路边界点提取
        3.3.1 基于单帧数据的左右边界候选点分离
        3.3.2 基于多帧扫描数据联合处理的道路边界点提取
    3.4 实验结果及分析
    3.5 本章小结
第四章 基于栅格地图的道路边界跟踪
    4.1 栅格地图的构建
        4.1.1 栅格地图的映射与更新
        4.1.2 八邻域膨胀
    4.2 基于目标引导点的道路跟踪
        4.2.1 目标引导点的选取原则
        4.2.2 目标引导点的选取与切换更新
        4.2.3 目标引导点的安全性保障
    4.3 机器人速度控制律设计
        4.3.1 线速度控制
        4.3.2 角速度控制
    4.4 实验结果及分析
        4.4.1 静态环境中道路边界跟踪结果分析
        4.4.2 动态环境中道路边界跟踪结果分析
    4.5 本章小节
第五章 总结与展望
    5.1 工作总结
    5.2 工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢



本文编号：3764872