基于传感器融合的移动机器人定位及地图构建技术的研究

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1、劣参未交硕士学位论文基于传感器融合的移动机器人定位及地图构建技术的研究Studyonlocalizationandmappingofamobilerobotbasedonsensorsfusion作者：廖方波导师：王纪武北京交通大学2014年3月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用

2、本授权说明)学位论文作者签名：虏高坡／签字日期：≯扩，午年；月，7日⋯钰王‰＼签字日期：bf午年；月·7Et中图分类号：TP242．6UDC：681．5学校代码：10004密级：公开北京交通大学硕士学位论文基于传感器融合的移动机器人定位及地图构建技术的研究Studyonlocalizationandmappingofamobilerobotbasedonsensorsfusion作者姓名：廖方波导师姓名：王纪武学位类别：工学学科专业：机械制造及其自动化学号：ll121404职称：副教授学位级别：硕士研究方向：智能机器人北京交通大学2014年3月致谢本

3、论文的工作是在我的导师王纪武副教授的悉心指导下完成的，王纪武副教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来王老师对我的关心和指导。王纪武副教授悉心指导我完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向王老师表示衷心的谢意。王纪武副教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。我最感谢的是我的父母，他们给我的帮助永远是无条件的，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。最后向这三年以来所有关心过帮助过我的人表示感谢!中文摘要摘要：为了研究室内移动机器人自主能力，论文

4、完成了一个实际的移动机器人实验平台和基于Matlab的机器人仿真模型，并在此基础上主要研究了机器人的运动控制，位姿分析，以及SL舢Ⅵ(同时定位与地图构建)。对于实体机器人的实现，机器人上层软件架构采用机器人操作系统(即RobotOperatingSystem．缩写ROS)平台开发机器人算法，算法主要包括位姿测量的传感器融合和基于粒子滤波的SLAM等，并通过ROS提供的消息传递机制完成软件模块的集成；机器人的底层控制和采集系统，采用arm7微控制器完成闭环速度控制和avr微控制器完成IMU惯性数据采集，并设计完成各模块之间满足ROS消息传递的接口及驱动

5、。基于Matlab的仿真研究，首先通过实际机器人的运动学方程，建立了研究对象的数学模型。在此基础上采用simulink仿真对机器人运动特性作进一步分析。另外，还采用Matlab对机器人航迹推算和路标位姿推算完成了相关的理论验证。在SLAM仿真部分，完成了对EKF和粒子滤波的SLAM算法迭代仿真分析。在理论方面，为了提高机器人的位姿估计准确性，设计了基于Kalman滤波的惯性传感器数据与编码器数据融合算法。论文在运动控制分析部分完成了机器人的控制模型，并推导完成了基于kinect的深度传感器测量模型，控制模型和测量模型是实现SLAM的前提。对于SLAM

6、算法，论文采用栅格地图表示，通过引入SLAM算法的基本数学模型，在此基础上分别采用EKF和粒子滤波实现SLAM算法作了深入分析。最终论文通过粒子滤波SLAM建立实验室部分地图，完成了地图的构建任务。关键词：移动机器人；定位与制图；机器人操作系统分类号：TP242．6ABSTRACTABSTRACT：Inordertostudytheautonomyoftheindoormobilerobot，anexperimentalmobilerobotplatformanditssimulationmodelbasedonMatlabwerecompleted

7、．Andmotioncontrol，postureanalysis，andSLAM(SimultaneousLocalizationandMapping)oftherobotweremainlystudied．TheROSoperatingsystemwaschosenastherobotsoftwaredevelopmentplatform．Theserobotsoftwarealgorithmsincludedsensorsfusionforpostureestimation，SLAMbasedonparticlesfilterandSOon．T

8、heROSprovidedmessagingtransformmechanismforsoftwaremod