基于激光雷达的移动机器人定位与导航技术

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1、上海交通大学硕士学位论文基于激光雷达的移动机器人定位与导航技术姓名：葛坤峰申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：陈卫东20060201基于激光雷达的移动机器人定位与导航技术摘要在计算机技术人工智能理论和传感器技术的推动下国际上广泛开展了对机器人的研究而移动机器人是机器人技术实用化普及化的生力军在关于移动机器人诸多研究主题中导航技术涉及到人工智能技术的每一个问题感知执行规划结构硬件计算效率以及问题求解因此导航技术目前仍是需要研究的最具有挑战性的问题之一导航技术需解决三方面的问题1)地图映射移动机器人工作空间

2、的模型是移动机器人路径规划的平台2)路径规划指移动机器人按照某一性能指标在地图中搜索一条从起始状态到目标状态的最优或次最优的无碰路径是移动机器人导航的核心技术3)定位确定移动机器人在二维工作环境中相对于全局坐标的位置及其本身的姿态,是保障移动机器人导航质量的最基本环节在过去的研究中人们针对移动机器人导航技术中的地图建模路径规划和自定位问题分别提出了许多理论和方法并都有不同程度的实际应用然而要组成一个稳定实用的导航系统整体并不是任意组合这些技术它需要根据应用选择合适的地图建模路径规划和自定位术因此本文提出一个基于混合地图

3、模型的全自主移动机器人递阶导航系统的设计与实现采用递阶的路径规划方法以满足机器人大范围导航的要求运用基于线段关系的扫描匹配定位以及与里程计的结合保证机器人顺利导航其中主要的创新点在于l针对在较大范围环境中如何顺利实施导航任务提出了拓扑地图和栅格地图相结合的混合地图模型l定位过程中完全使用自然路标工作环境没有经过任何特意的人为更改使机器人导航适合自然环境的需要l提出基于线段关系扫描匹配的机器人自定位技术它对不完整信息的利用率很高能够允许较大的估计误差且在匹配过程中不使用可能引起失配的位姿估计有很好的鲁棒性l多种定位工具和

4、方法在导航过程中共存它们之间取长补短相互融合实现了实时准确的机器人自定位保障了导航任务的成功l根据基于混合地图进行递阶导航的理念设计开发了一个移动机器人递阶导航系统软件SmartNavigator该系统能够进行多任务实时在线规划基于自然环境定位的机器人自主导航有很强的实用价值我们将该导航系统成功集成在多功能全自主移动机器人天骄-I上并设计一个大范围长距离的导航实验验证了导航系统的有效性和鲁棒性关键词移动机器人导航混合地图拓扑地图栅格地图激光雷达线段关系路径规划定位LaserRangeFinderBasedLocaliz

5、ationandNavigationTechnologyforMobileRobotABSTRACTUnderthepromotionofcomputertechnology,artificialintelligencetechnologyandsensortechnology,robotisplayinganincreasinglyimportantroleinpeople’slife.Mobilerobotisdoingagoodjobinthepopularizationofrobotics.Amongthemo

6、bilerobot’sresearchthemes,navigationisinvolvedineveryfieldofartificialintelligencetechnologylikesensing,action,planning,architecture,hardware,computingefficiencyandproblemsolving.Therefore,navigationtechnologyisoneofthemostchallengingsubjectswhicharerequiredtobe

7、deeplyresearchednowadays.Therearethreekeysreferringtonavigation:1)Mapping,themodelthatrepresentstheworkingspaceofmobilerobotservespathplanning;2)Pathplanning,thekeytechnologyfornavigationisaimedtosearchinganoptimalpathavoidingobstaclesfromstartpositiontogoalposi

8、tioninthemapwithregardstorequiredperformanceguideline;3)Localization,theelementaryfactorensuringthesuccessofnavigationprovidestheaccuratepositionandposeofmobileroboti