基于激光雷达的室内服务机器人导航系统研究与实现

发布时间：2020-05-18 15:05

【摘要】：室内服务机器人行业飞速发展,对室内服务机器人的需求也与日俱增。室内服务机器人不仅需要具备识别环境信息的能力,还需要具备在环境中导航与避障的能力,并广泛应用于不同场景中。目前,科研机构和生产公司都对机器人导航中的关键技术进行了深入研究。机器人导航技术主要包括环境地图的构建、机器人定位和环境中的路径规划。通过这些技术,机器人在未知环境中构建地图,在已构建完成的地图上进行路径规划与避开障碍物,最终到达目标点。由于室内服务机器人应用场景不同,对机器人的导航要求也不同。本文服务机器人的应用场景是室内办公环境,在不同办公室间运送文件等相对繁琐的工作,并在运送过程中避开行人和障碍物。针对这些应用场景,分析现有导航技术基础,对当前导航方法做出改进,设计了基于激光雷达的室内服务机器人导航系统。本文的主要内容如下:1.在机器人自主导航的相关理论中,传感器数据的准确性对机器人的自主导航至关重要。但机器人在运动过程中,激光数据会产生运动畸变,影响机器人自主导航的效果。本文中采用里程数据校正激光数据,去除运动畸变,提高传感器数据表达环境的精确程度,是后续机器人导航的基础。2.针对粒子滤波算法的同时定位与建图(SLAM)方案存在粒子枯竭、估计精度差等问题,提出改进重采样方法的粒子滤波算法,在提高粒子多样性同时,提升位姿估计的精度。通过一维非线性跟踪(UNG)和二维纯角度跟踪(BOT)模型的仿真结果验证了算法的有效性,在导航系统中基于本算法有效构建了环境地图。3.由于现有的避障算法无法避开近距离障碍物,提出了改进动态窗口法(DWA)的主动避障算法。根据速度对应模拟路径的评分,选取适当的路径。当与障碍物距离过小时,先执行后退命令,再重新规划到目标点的路径,最终达到当机器人距离障碍物过近时,有效避开障碍物且重现规划路径的效果。并在实际场景中验证算法的有效性。4.针对本文对机器人自主导航系统的功能需求,结合激光SLAM模块、定位模块与导航模块,设计与实现了基于激光的室内服务机器人导航系统,在该系统上测试与验证改进算法的有效性。
【图文】：

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电子科技大学硕士学位论文内服务机器人研究现状内服务机器人作为服务机器人中的其中一种，在人类的生产和生活要的作用。在过去的几十年间机器人相关方面的研究发展迅速。国究机构研制出具有自主特色的室内服务机器人。早在年，美国就研制出世界上首台自主移动机器人Shakey]如图 - 。携带测距仪等多个传感器，能实现基本的感知、运动规划和控制功能。ostitech如图 - 是由韩国 1 电信与公司共同合作研发的检测出危险的情况并发送报警信息。年，日本索尼公司推出第机器人AIBO如图 - ，到目前为止，共发行五代。配置鱼眼传感器，具有深度学习能力，随着深入学习能够更好地完成陪伴娱年iRobot 公司推出Roomba900系列家用吸尘机器人如图 - 。该感器、超声波传感器、悬崖传感器等，首次采用视觉定位系统，实图，，更好地完成清洁任务。

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机器人AIBO如图 - ，到目前为止，共发行五代。配置鱼眼传感器，具有深度学习能力，随着深入学习能够更好地完成陪伴娱年iRobot 公司推出Roomba900系列家用吸尘机器人如图 - 。该感器、超声波传感器、悬崖传感器等，首次采用视觉定位系统，实图，更好地完成清洁任务。图 - 机器人 shakey 图 - 保安机器人 ostitech
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242;TN958.98

【参考文献】