基于LiDAR与IMU融合的SLAM算法研究及其在校园巡检机器人上的应用
发布时间：2021-06-13 02:39
随着计算机、人工智能等领域的飞速发展,移动机器人正逐步走向智能、成熟和实用阶段。智能化的移动机器人能够做出独立的判断,在无人监管的状态下完成自动行走、目标跟踪等多种复杂任务,已广泛应用于电力巡检、物流配送、消防灭火等方面。校园安全巡检任务具有场景固定、路况良好、重复性强等特点,非常适合移动机器人的应用。相比于人力巡检,移动机器人能够全时段工作,有效增强了校园的安全性,是校园巡检的未来发展方向。实现校园巡检机器人的首要步骤是实现机器人自主定位。目前主流的定位系统存在各种应用局限,GPS（Global Positioning System）受高楼遮挡而存在接收信号盲区;RTK（Real time kinematic）与 IMU（Inertial measurement unit）组合系统虽然定位精度高,但其设备成本过高,且受到基站范围限制;物联网定位技术需要前期布设大量的节点,消耗人力物力,资源需求过大。因此本文选择了低成本、环境鲁棒性高、无需预设节点、可与多种传感器融合的激光雷达SLAM（Simultaneous Localization And Mapping）技术完成机器人的自主定位...
【文章来源】：华中师范大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．〗５００ｋＶ变电站自动巡检机器人??加拿大的魁北市水力发电站自主研发了一款自动巡检机器人［３］，该机器人采用??
硕士学位论文??．ＭＡＳＴＥＲ＇Ｓ?ＴＨＥＳＩＳ??ＵｆｉＦｏ？??＊Ａｓｒ＊ｙ＊ｉａａ??ＥｉａｉＦｗＷ??：：ｍ＾??Ｔ＿：?ｉ＾Ａ??Ｒｏｂｏｔ?ｙｉａｏｅ??Ｃｒａｓｋ??图１．３高压线巡检机器人??（２）室内巡检机器人??Ｓｒｉｎｉｖａｓａ等人［７］在２０１０推出了一款室内巡检移动机器人Ｈｅｒｂ，如图１．４所示。??该机器人采用视觉ＳＬＡＭ?（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ?Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ?Ａｎｄ?Ｍａｐｐｉｎｇ），可以准确地识??别室内物体，获取当前机器人定位同时构建出视觉环境地图，最后操作机械手完成??更复杂的任务。??ｍｍ??图１．４?Ｈｅｒｂ室内巡检机器人??美国Ｃｙｂｅｒｍｏｔｉｏｎ公司研发了一台军用仓库管理巡检机器人，名为“ＭＤＡＲＳ”??号［８］。它能够以最低时速（３ｋｍ／ｈ）持续运行八小时，预警范围达１０ｍ。西班牙莱里??达大学设计了一款室内巡检机器人［９］，如图１．５所示。该机器人使用激光ＳＬＡＭ技??术获取室内定位，并构建室内三维点云地图，同时安装了气体传感器，能够以１米??的精度计算出室内气体泄漏位置。??
？硕士学位论文??ＭＡＳＴＥＲ＇Ｓ?ＴＨＥＳＩＳ??图１．５室内气体泄漏巡检机器人??（３）园区巡检机器人??美国的Ｋｎｉｇｈｔｓｃｏｐｅ公司研发的Ｋ５巡逻机器人，于２０１４年正式在娃谷街头??投入使用。据该公司介绍，该机器人可以在商尝办公室、居民区等多种场所使用，??是增强治安、降低社区犯罪率的有效保障。科罗纳多矿业大学设计了一种基于ＷｉＨ??定位的石油工厂巡检机器人［１１如图１．６所示。该机器人采用Ｗｉｎ定位技术，可以??达到米级定位精度，并通过Ｈ２Ｓ等有毒气体传感器对室内有毒气体浓度进行监控和??报警。??二邊，：｜??图１．６石油工厂巡检机器人??１．２．２国内研究现状??国内在移动机器人和巡检机器人的研究上方面起步较晚，但也紧跟世界发展潮??流，相关成果目前在多个领域也得到了广泛应用。??（１）变电站巡检机器人??山东电力研究院的鲁守银教授［１２］在２００６年推出了一款变电站移动巡检机器人??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于激光雷达的同时定位与地图构建方法综述[J]. 危双丰,庞帆,刘振彬,师现杰. 计算机应用研究. 2020(02)
[2]高仙机器人全场景移动技术及商用落地[J]. 程昊天,陈军. 机器人产业. 2018(04)
[3]变电站巡检机器人研究现状综述[J]. 杨旭东,黄玉柱,李继刚,李丽,李北斗. 山东电力技术. 2015(01)
[4]全国首台轨道式变电站巡检机器人投入试运行[J]. 电气技术. 2012(02)
[5]惯性导航技术的新进展及发展趋势[J]. 张炎华,王立端,战兴群,翟传润. 中国造船. 2008(S1)
[6]关于MEMS惯性传感器的发展及在组合导航中的应用前景[J]. 蒋庆仙. 测绘通报. 2006(09)
[7]变电站设备巡检机器人的研制[J]. 鲁守银,钱庆林,张斌,王明瑞,李向东,王宏. 电力系统自动化. 2006(13)
硕士论文
[1]基于自主导航的移动机器人控制平台的设计与实现[D]. 华崴鉴.南京邮电大学 2019
[2]基于视觉SLAM的履带式液压挖掘机行走轨迹跟踪控制研究[D]. 章晓伟.浙江大学 2019
[3]基于IMU与单目视觉融合的位姿估计方法研究[D]. 王晨曦.哈尔滨工业大学 2019
[4]基于视觉和惯导融合的巡检机器人定位与建图技术研究[D]. 陈常.中国矿业大学 2019
[5]基于视觉巡检机器人的植物工厂控制系统的设计与实现[D]. 何子力.中国科学技术大学 2019
[6]基于ROS的惯性导航和视觉信息融合的移动机器人定位研究[D]. 王德智.哈尔滨工业大学 2017
[7]GPS/Visual/INS多传感器融合导航算法的研究[D]. 王加芳.浙江大学 2017
[8]面向巡检应用的全向轮式机器人的运动控制系统设计与实现[D]. 高明建.中国科学院大学(工程管理与信息技术学院) 2016
[9]基于Kinect和视觉词典的三维SLAM算法研究[D]. 龙超.浙江大学 2016
[10]基于ROS的移动服务机器人进门过程关键技术研究[D]. 董学会.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：3226820
【文章来源】：华中师范大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．〗５００ｋＶ变电站自动巡检机器人??加拿大的魁北市水力发电站自主研发了一款自动巡检机器人［３］，该机器人采用??
硕士学位论文??．ＭＡＳＴＥＲ＇Ｓ?ＴＨＥＳＩＳ??ＵｆｉＦｏ？??＊Ａｓｒ＊ｙ＊ｉａａ??ＥｉａｉＦｗＷ??：：ｍ＾??Ｔ＿：?ｉ＾Ａ??Ｒｏｂｏｔ?ｙｉａｏｅ??Ｃｒａｓｋ??图１．３高压线巡检机器人??（２）室内巡检机器人??Ｓｒｉｎｉｖａｓａ等人［７］在２０１０推出了一款室内巡检移动机器人Ｈｅｒｂ，如图１．４所示。??该机器人采用视觉ＳＬＡＭ?（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ?Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ?Ａｎｄ?Ｍａｐｐｉｎｇ），可以准确地识??别室内物体，获取当前机器人定位同时构建出视觉环境地图，最后操作机械手完成??更复杂的任务。??ｍｍ??图１．４?Ｈｅｒｂ室内巡检机器人??美国Ｃｙｂｅｒｍｏｔｉｏｎ公司研发了一台军用仓库管理巡检机器人，名为“ＭＤＡＲＳ”??号［８］。它能够以最低时速（３ｋｍ／ｈ）持续运行八小时，预警范围达１０ｍ。西班牙莱里??达大学设计了一款室内巡检机器人［９］，如图１．５所示。该机器人使用激光ＳＬＡＭ技??术获取室内定位，并构建室内三维点云地图，同时安装了气体传感器，能够以１米??的精度计算出室内气体泄漏位置。??
？硕士学位论文??ＭＡＳＴＥＲ＇Ｓ?ＴＨＥＳＩＳ??图１．５室内气体泄漏巡检机器人??（３）园区巡检机器人??美国的Ｋｎｉｇｈｔｓｃｏｐｅ公司研发的Ｋ５巡逻机器人，于２０１４年正式在娃谷街头??投入使用。据该公司介绍，该机器人可以在商尝办公室、居民区等多种场所使用，??是增强治安、降低社区犯罪率的有效保障。科罗纳多矿业大学设计了一种基于ＷｉＨ??定位的石油工厂巡检机器人［１１如图１．６所示。该机器人采用Ｗｉｎ定位技术，可以??达到米级定位精度，并通过Ｈ２Ｓ等有毒气体传感器对室内有毒气体浓度进行监控和??报警。??二邊，：｜??图１．６石油工厂巡检机器人??１．２．２国内研究现状??国内在移动机器人和巡检机器人的研究上方面起步较晚，但也紧跟世界发展潮??流，相关成果目前在多个领域也得到了广泛应用。??（１）变电站巡检机器人??山东电力研究院的鲁守银教授［１２］在２００６年推出了一款变电站移动巡检机器人??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于激光雷达的同时定位与地图构建方法综述[J]. 危双丰,庞帆,刘振彬,师现杰. 计算机应用研究. 2020(02)
[2]高仙机器人全场景移动技术及商用落地[J]. 程昊天,陈军. 机器人产业. 2018(04)
[3]变电站巡检机器人研究现状综述[J]. 杨旭东,黄玉柱,李继刚,李丽,李北斗. 山东电力技术. 2015(01)
[4]全国首台轨道式变电站巡检机器人投入试运行[J]. 电气技术. 2012(02)
[5]惯性导航技术的新进展及发展趋势[J]. 张炎华,王立端,战兴群,翟传润. 中国造船. 2008(S1)
[6]关于MEMS惯性传感器的发展及在组合导航中的应用前景[J]. 蒋庆仙. 测绘通报. 2006(09)
[7]变电站设备巡检机器人的研制[J]. 鲁守银,钱庆林,张斌,王明瑞,李向东,王宏. 电力系统自动化. 2006(13)
硕士论文
[1]基于自主导航的移动机器人控制平台的设计与实现[D]. 华崴鉴.南京邮电大学 2019
[2]基于视觉SLAM的履带式液压挖掘机行走轨迹跟踪控制研究[D]. 章晓伟.浙江大学 2019
[3]基于IMU与单目视觉融合的位姿估计方法研究[D]. 王晨曦.哈尔滨工业大学 2019
[4]基于视觉和惯导融合的巡检机器人定位与建图技术研究[D]. 陈常.中国矿业大学 2019
[5]基于视觉巡检机器人的植物工厂控制系统的设计与实现[D]. 何子力.中国科学技术大学 2019
[6]基于ROS的惯性导航和视觉信息融合的移动机器人定位研究[D]. 王德智.哈尔滨工业大学 2017
[7]GPS/Visual/INS多传感器融合导航算法的研究[D]. 王加芳.浙江大学 2017
[8]面向巡检应用的全向轮式机器人的运动控制系统设计与实现[D]. 高明建.中国科学院大学(工程管理与信息技术学院) 2016
[9]基于Kinect和视觉词典的三维SLAM算法研究[D]. 龙超.浙江大学 2016
[10]基于ROS的移动服务机器人进门过程关键技术研究[D]. 董学会.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：3226820
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