基于激光雷达的移动机器人环境探测与定位导航研究
发布时间：2021-12-16 05:33
随着计算机科学的发展和人工智能技术的进步,为了进一步提高生产效率和方便人类生活,迫切要求移动机器人能够适应各种复杂的环境从而自主运动以完成给定的任务。同时定位与地图创建作为移动机器人在未知环境下实现自主导航的关键,因而具有重要的理论研究价值和实际应用价值。本次课题研究的主要任务:搭建移动机器人实验平台,通过对扩展卡尔曼滤波SLAM算法的仿真研究,结合扫描匹配算法实现ROS系统下以激光雷达为主要数据源的未知环境地图创建和移动机器人自主定位。论文主要研究内容包括以下四个方面:（1）建立移动机器人的运动模型和激光雷达的观测模型,简单介绍激光雷达传感器RPLIDAR的基本原理以及机器人操作系统的核心概念,详细阐述激光雷达和外部系统的通信模式和扫描测距数据获取流程,实现ROS下激光雷达RPLIDAR的数据采集。（2）基于移动机器人底层运动控制的基本思想,采用STM32单片机完成底层平台的硬件电路设计和软件编程实现。自定义串口通信数据格式,分别编写ROS系统和STM32单片机的串口处理程序,从而实现ROS平台与底层平台之间的通信。（3）基于SLAM基本原理和常用算法,详细论述扩展卡尔曼滤波算法的实...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
移动机器人Shakey
且普遍取得了令人瞩目的成果。1995 年由中国科学院沈阳自动化研究所研制出的我国第一部 6000 米水下机器人[20]，成功实现深海探测任务，使得我国在这一领域跃居世界先进行列；2000 年我国第一个类人型机器人由中国国防大学研发成功，既能够在已知的环境下行走，也能够在未知的环境下自由移动，而且误差较小；2004 年，哈尔滨工业大学机器人研究所研发的迎宾服务机器人“飘雪”[21]自身携带多个传感器，通过多传感器信息的融合可以实现自主移动、避障导航的功能，从而为人们提供相应的服务。2006 年开始的全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛[22]将自主运动小车的研究推向了高潮，越来越多的高校都投入到了智能车的研究当中，如激光小车、红外小车、电磁小车、摄像头小车及两轮自平衡小车等。2011 年 7 月 14 日，由国防科技大学自主研制的红旗 HQ3 无人车[23]，首次完成了从长沙到武汉 286 公里的高速全程无人驾驶实验，并取得圆满成功，创造了我国自主研制的无人车在复杂交通状况下自主驾驶的新纪录，标志着我国在地面无人复杂环境识别、行为决策和控制等技术方面取得了新的突破。机器人技术在太空领域也取得了显著的成功。2013 年，我国首个外星探索机器人“玉兔号”由嫦娥三号探测器搭载[24]，成功在月球表面登陆。“玉兔号”装载多种科学探测仪器，例如全景相机、测月雷达和红外成像光谱仪等等，从而完成自主导航和对月球表面的探测任务。
第二章 移动机器人实验平台第二章 移动机器人实验平台本次课题研究搭建的整个移动机器人实验平台包含上位机平台和底层运动控制平台两个部上位机平台主要是由安装有 Ubuntu14.04+indigo 版本 ROS 系统环境的 PC 计算机和 RPL雷达传感器组成，两者之间通过串口转 USB 模块进行连接从而实现扫描测距数据采集，主结合底层运动控制平台发来的机器人运动的里程计数据完成整个移动机器人系统的 SLAM务；底层运动控制平台主要是根据上位机平台规划计算得到的机器人线速度和角速度，32 单片机控制伺服驱动器和驱动电机从而达到移动机器人运动控制的目的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种人机交互式室内建模方法[J]. 杨学. 软件导刊. 2015(08)
[2]粒子滤波算法[J]. 王法胜,鲁明羽,赵清杰,袁泽剑. 计算机学报. 2014(08)
[3]基于多级安全的车联网平台[J]. 任飞,吴开均,曾兵. 信息安全与通信保密. 2014(02)
[4]几种滤波器跟踪性能的比较[J]. 刘鑫,郭云飞,薛安克. 计算机与数字工程. 2013(03)
[5]无路标环境下遥操作机器人SLAM系统[J]. 曹卫华,吴净斌,吴敏,陈鑫. 智能系统学报. 2010(03)
[6]用改进的Rao-Blackwellized粒子滤波器实现移动机器人同时定位和地图创建[J]. 厉茂海,洪炳熔,罗荣华. 吉林大学学报(工学版). 2007(02)
[7]移动机器人技术研究现状与未来[J]. 李磊,叶涛,谭民,陈细军. 机器人. 2002(05)
[8]自主式移动机器人导航研究现状及其相关技术[J]. 卢韶芳,刘大维. 农业机械学报. 2002(02)
[9]移动机器人的发展现状及其趋势[J]. 徐国华,谭民. 机器人技术与应用. 2001(03)
硕士论文
[1]水下机器人AUV环境地图构建与定位技术研究[D]. 李飞飞.青岛科技大学 2015
[2]基于SLAM的移动机器人导航系统研究[D]. 徐曙.华中科技大学 2014
[3]移动机器人控制系统设计及算法研究[D]. 包玉.南京理工大学 2014
[4]多机器人协作定位算法研究与仿真[D]. 白玉洁.东北大学 2013
[5]结构环境下室内移动机器人的导航研究[D]. 安清华.哈尔滨工程大学 2013
[6]基于SURF的移动机器人定位技术研究[D]. 何健.哈尔滨工业大学 2012
[7]基于体感的NAO机器人展示系统研究与开发[D]. 于超.东北大学 2012
[8]多机器人协同定位与环境地图构建研究[D]. 陈光明.广东工业大学 2011
[9]基于激光雷达的移动机器人自主导航研究[D]. 聂鑫.湖南大学 2011
[10]基于AVR单片机的移动机器人控制系统设计[D]. 洪草根.华北电力大学 2011
本文编号：3537579
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
移动机器人Shakey
且普遍取得了令人瞩目的成果。1995 年由中国科学院沈阳自动化研究所研制出的我国第一部 6000 米水下机器人[20]，成功实现深海探测任务，使得我国在这一领域跃居世界先进行列；2000 年我国第一个类人型机器人由中国国防大学研发成功，既能够在已知的环境下行走，也能够在未知的环境下自由移动，而且误差较小；2004 年，哈尔滨工业大学机器人研究所研发的迎宾服务机器人“飘雪”[21]自身携带多个传感器，通过多传感器信息的融合可以实现自主移动、避障导航的功能，从而为人们提供相应的服务。2006 年开始的全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛[22]将自主运动小车的研究推向了高潮，越来越多的高校都投入到了智能车的研究当中，如激光小车、红外小车、电磁小车、摄像头小车及两轮自平衡小车等。2011 年 7 月 14 日，由国防科技大学自主研制的红旗 HQ3 无人车[23]，首次完成了从长沙到武汉 286 公里的高速全程无人驾驶实验，并取得圆满成功，创造了我国自主研制的无人车在复杂交通状况下自主驾驶的新纪录，标志着我国在地面无人复杂环境识别、行为决策和控制等技术方面取得了新的突破。机器人技术在太空领域也取得了显著的成功。2013 年，我国首个外星探索机器人“玉兔号”由嫦娥三号探测器搭载[24]，成功在月球表面登陆。“玉兔号”装载多种科学探测仪器，例如全景相机、测月雷达和红外成像光谱仪等等，从而完成自主导航和对月球表面的探测任务。
第二章 移动机器人实验平台第二章 移动机器人实验平台本次课题研究搭建的整个移动机器人实验平台包含上位机平台和底层运动控制平台两个部上位机平台主要是由安装有 Ubuntu14.04+indigo 版本 ROS 系统环境的 PC 计算机和 RPL雷达传感器组成，两者之间通过串口转 USB 模块进行连接从而实现扫描测距数据采集，主结合底层运动控制平台发来的机器人运动的里程计数据完成整个移动机器人系统的 SLAM务；底层运动控制平台主要是根据上位机平台规划计算得到的机器人线速度和角速度，32 单片机控制伺服驱动器和驱动电机从而达到移动机器人运动控制的目的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种人机交互式室内建模方法[J]. 杨学. 软件导刊. 2015(08)
[2]粒子滤波算法[J]. 王法胜,鲁明羽,赵清杰,袁泽剑. 计算机学报. 2014(08)
[3]基于多级安全的车联网平台[J]. 任飞,吴开均,曾兵. 信息安全与通信保密. 2014(02)
[4]几种滤波器跟踪性能的比较[J]. 刘鑫,郭云飞,薛安克. 计算机与数字工程. 2013(03)
[5]无路标环境下遥操作机器人SLAM系统[J]. 曹卫华,吴净斌,吴敏,陈鑫. 智能系统学报. 2010(03)
[6]用改进的Rao-Blackwellized粒子滤波器实现移动机器人同时定位和地图创建[J]. 厉茂海,洪炳熔,罗荣华. 吉林大学学报(工学版). 2007(02)
[7]移动机器人技术研究现状与未来[J]. 李磊,叶涛,谭民,陈细军. 机器人. 2002(05)
[8]自主式移动机器人导航研究现状及其相关技术[J]. 卢韶芳,刘大维. 农业机械学报. 2002(02)
[9]移动机器人的发展现状及其趋势[J]. 徐国华,谭民. 机器人技术与应用. 2001(03)
硕士论文
[1]水下机器人AUV环境地图构建与定位技术研究[D]. 李飞飞.青岛科技大学 2015
[2]基于SLAM的移动机器人导航系统研究[D]. 徐曙.华中科技大学 2014
[3]移动机器人控制系统设计及算法研究[D]. 包玉.南京理工大学 2014
[4]多机器人协作定位算法研究与仿真[D]. 白玉洁.东北大学 2013
[5]结构环境下室内移动机器人的导航研究[D]. 安清华.哈尔滨工程大学 2013
[6]基于SURF的移动机器人定位技术研究[D]. 何健.哈尔滨工业大学 2012
[7]基于体感的NAO机器人展示系统研究与开发[D]. 于超.东北大学 2012
[8]多机器人协同定位与环境地图构建研究[D]. 陈光明.广东工业大学 2011
[9]基于激光雷达的移动机器人自主导航研究[D]. 聂鑫.湖南大学 2011
[10]基于AVR单片机的移动机器人控制系统设计[D]. 洪草根.华北电力大学 2011
本文编号：3537579
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