基于激光传感器的移动机器人定位和地图构建研究.pdf

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1、合肥工业大学硕士学位论文基于激光传感器的移动机器人定位和地图构建研究姓名：刘丽雯申请学位级别：硕士专业：检测技术及其自动化装置指导教师：张崇巍20090401基于激光传感器的自主移动机器人室内定位和地图构建研究摘要本文对室内自主移动机器人的定位和地图构建方法进行了系统的研究和分析，重点是机器人的定位方法的研究。当机器人初始位姿已知时的定位方法称为局部定位或位姿跟踪。本文以履带式自主移动机器人为研究对象，以激光传感器和数字罗盘为主要数据源，运用了以下两种定位方法进行了研究与实验：首先，本文开发了基于Unscented卡尔曼滤波器(UKF)的移动机器

2、人位姿跟踪算法。该算法用二维平面激光传感器测量环境数据，用里程计测量运动信息，应用哈夫变换分簇和最小二乘法提取直线段特征参数，然后基于UKF算法，用运动学模型进行位姿预测，用直线测量模型进行位姿更新，从而得到更新后的机器人实际位姿的估计。其次，针对室内自主移动机器人，提出了一种基于栅格地图的相位相关定位算法。在获得激光传感器扫描数据后，该方法用栅格模型来构造二维环境地图。再将相邻两时刻的栅格地图利用傅氏变换的相位相关理论，对具有平移、旋转的两幅图像进行配准，进而根据每个栅格代表的实际距离得到机器人的实际运动增量，实现机器人的自主定位。通过室内环境

3、下实验，证明了上述方法有着较好精确性、实时性和鲁棒性，达到了期望的要求。关键词：自主移动机器人；Hough变换分簇；Unscented卡尔曼滤波；栅格地图；相位相关法StudyonLaserSensorBasedIndoorLocalization&Map—buildingofAutonomousMobileRobotABSTRACTThethesisstudiesapproachesforthelocalizationandmap—buildingofautonomousmobilerobotunderindoorenvironment，wit

4、hthestressonthelocalization．Thelocalizationwithknowninitialposeiscalledlocallocalizationorpose-tracking．Withlasersensorandelectroniccompassasdatacollectors，thethesisstudiesthefollowingtwomethodsforthelocalizationofautonomousmobileRobot。AposetrackingalgorithmbasedonUnscentedKa

5、lmanFilter(UKF)isdeveloped．Withtheenvironmentaldatacollectedbya2-Dlasersensorandtherobot’Smovementmeasuredbyanodometer，thealgorithmextractsthelinesegmentparametersbyusingHoughtransformclustersandleast—squares，performsposepredictionwithkinematicsmodelandbasedonUKF,refreshesthe

6、pose’Sdataandfinallyachievestheultimateestimationoftherobot’Spose．AlsoaimingatthelocalizationofautonomousmobileRobot，aphasecorrelationalgorithmbasedongridmapsisputforward．Withthedatascannedbylasersensor，thismethodusesgridmodelstobuild2一Denvironmentmap．Withthephasecorrelationa

7、nalysisbasedonFouriertransformationthelocalizationisrealizedbycomparingthegridmapsbuiltatconsecutivemomentandformedwithtranslationandrotationtoobtaintherealmovementoftheRobotexpressedbygriddistances．Theexperimentsunderindoorenvironmentverifiedtheaccuracy，real-timeabilityandro

8、bustnessoftheabovementionedmethodsthatmeetthepredefinedrequirements．