基于激光雷達的移動機器人定位與導航技術.pdf

1、在計算機技術、人工智能理論和傳感器技術的推動下，國際上廣泛開展了對機器人的研究，而移動機器人是機器人技術實用化、普及化的生力軍。在關于移動機器人諸多研究主題中，導航技術涉及到人工智能技術的每一個問題：感知，執(zhí)行，規(guī)劃，結構，硬件，計算效率以及問題求解。因此，導航技術目前仍是需要研究的最具有挑戰(zhàn)性的問題之一。導航技術需解決三方面的問題：1) 地圖，映射移動機器人工作空間的模型，是移動機器人路徑規(guī)劃的平臺。2) 路徑規(guī)劃，指移動機器人按照某

2、一性能指標，在地圖中搜索一條從起始狀態(tài)到目標狀態(tài)的最優(yōu)或次最優(yōu)的無碰路徑，是移動機器人導航的核心技術。3) 定位，確定移動機器人在二維工作環(huán)境中相對于全局坐標的位置及其本身的姿態(tài),是保障移動機器人導航質量的最基本環(huán)節(jié)。 在過去的研究中，人們針對移動機器人導航技術中的地圖建模、路徑規(guī)劃和自定位問題分別提出了許多理論和方法，并都有不同程度的實際應用。然而，要組成一個穩(wěn)定實用的導航系統整體，并不是任意組合這些技術，它需要根據應用選擇

3、合適的地圖建模、路徑規(guī)劃和自定位術。因此，本文提出一個基于混合地圖模型的全自主移動機器人遞階導航系統的設計與實現，采用遞階的路徑規(guī)劃方法，以滿足機器人大范圍導航的要求，運用基于線段關系的掃描匹配定位以及與里程計的結合，保證機器人順利導航。其中主要的創(chuàng)新點在于： l. 針對在較大范圍環(huán)境中如何順利實施導航任務，提出了拓撲地圖和柵格地圖相結合的混合地圖模型。 2. 定位過程中完全使用自然路標，工作環(huán)境沒有經過任何特意的人為

4、更改，使機器人導航適合自然環(huán)境的需要。 3. 提出基于線段關系掃描匹配的機器人自定位技術，它對不完整信息的利用率很高，能夠允許較大的估計誤差，且在匹配過程中不使用可能引起失配的位姿估計，有很好的魯棒性。 4. 多種定位工具和方法在導航過程中共存，它們之間取長補短，相互融合，實現了實時準確的機器人自定位，保障了導航任務的成功。 5. 根據基于混合地圖進行遞階導航的理念，設計開發(fā)了一個移動機器人遞階導航系統軟件