移动机器人室内环境下自主导航系统的设计与实现

发布时间：2023-03-24 23:39

　　当前来自室内场景的全自主机器人的应用需求日益增多,代表性的产品包括家用的扫地机器人、工作在酒店、商场、餐厅、医院等环境的室内配送机器人,以及用于厂房内部巡检安保的专用机器人等。本课题目的是设计并实现面向室内环境的移动机器人自主导航系统,开发集机器人底盘、感知系统、导航系统于一体的全自主移动机器人,实现传感器信息的实时获取与处理,并通过自主探索完成室内地图的可靠构建,从而为移动机器人的自主路径规划提供支持。本文在机器人操作系统(Robot Operation System,ROS)的框架下设计并实现了室内机器人自主导航系统,该系统主要分为自主环境探索及建图和路径规划两个部分,主要解决机器人在室内环境下的探索与路径规划问题。本文基于部分可观测的马尔可夫决策过程(Partially Observable Markov Decision Process,POMDP)实现环境探索,以信息熵作为奖励函数,对观测模型和状态转移函数进行构建,并在此基础上使用了蒙特卡洛搜索法对POMDP的值近似求解,同时使用基于Rao-Blackwellized粒子滤波算法进行同时定位与地图构建(Simultaneou...

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 环境探索研究现状
        1.2.2 SLAM研究现状
        1.2.3 路径规划研究现状
    1.3 论文主要工作和章节安排
2 基于ROS的导航系统设计
    2.1 ROS系统架构
        2.1.1 文件系统级
        2.1.2 ROS计算图级
        2.1.3 ROS开源社区级
    2.2 运动模型
    2.3 观测模型
    2.4 系统总体设计方案
    2.5 本章小节
3 室内环境下移动机器人自主探索和地图构建
    3.1 环境模型构建
    3.2 基于POMDP算法的环境探索
        3.2.1 基于POMDP算法的探索方法
        3.2.2 基于信息熵的奖励函数
        3.2.3 观测模型和状态转移函数
        3.2.4 POMDP近似求解
    3.3 地图构建
        3.3.1 基于粒子滤波的SLAM算法
        3.3.2 改进提议分布的自适应重采样
    3.4 本章小节
4 基于栅格地图的路径规划
    4.1 基于改进A*算法的全局路径规划
        4.1.1 A*算法改进
        4.1.2 路径平滑处理
    4.2 基于改进动态窗口法的局部路径规划
        4.2.1 采样速度空间
        4.2.2 基于全局路径的改进动态窗口法
    4.3 自主巡航的设计与实现
        4.3.1 坐标名称标记
        4.3.2 巡航路线设置
    4.4 本章小节
5 系统功能测试
    5.1 测试环境介绍
        5.1.1 仿真测试环境
        5.1.2 真实测试环境
    5.2 功能测试
        5.2.1 探索环境模型构建测试
        5.2.2 环境探索算法测试
        5.2.3 地图构建测试
        5.2.4 改进的A*算法测试
        5.2.5 改进的动态窗口法测试
        5.2.6 自主巡航测试
结论
参考文献
致谢
作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果



本文编号：3770083