基于超声波室内环境下移动机器人同时定位及地图的构建

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1、J●1J●●●●■1●●1独创性(或创新性)声明本人声明所呈交的沦文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名：埤终．同期：盈盘：主：华关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位

2、论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后遵守此规定)保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。本人签名：蛰堕嘿同期：盈＆：!：坐导师签名：王[监地日期：趔殳、．三。堙-基于超声波的室内环境下移动机器人同时定位及地图构建

3、摘要移动机器人的自主定位和地图构建是移动机器人实现自主导航的基础，也因此一直是移动机器人研究中的两个核心内容。移动机器人的工作环境可分为室外环境和室内环境两种，本文主要针对室内环境下的移动机器人同时定位及地图构建(SLAM)r．-J题进行研究。首先本文分析了移动机器人的定位模型包括移动机器人的坐标系统模型、位置模巧IJ以及基于罩程计的航位推算法运动模型，并对航位推算法运动模型进行了误差分析。其次，本义设计了一套基于超声波传感器的测距系统，包括硬件l也路设计和软件程序哎计。其ItI馁件电路设计部分，以TI公司生产的DSP：芯

4、片TMS320LF2407为核心处理器，设计相应的外围电路和超声波传感器的采集电路，同时在硬件设计巾考虑到了硬件抗干扰设计，以进一步提高系统的安全可靠性。而软件程序设计部分，在CCS编程环境下，设计了一套传感器触发、～D采样、均值法过滤噪声以及数值处理的程序。本论文在传统的轮流触发基础上设计了一套多传感器分纰轮流触发的私!序，‘叮以人人减少整个系统的测距周期，这足本文的创新点之一。同时本文还考虑了软件抗干扰设计，使整个系统更加稳定可靠。然后在此测足F系统的基础上，针对室内环境的结构化的特点和超声波测距的自身特性，本文提出了

5、一种基于相邻超声波传感器的地图构建方法。此方法依据相邻传感器数据的相互关系，从数据库中抽取相关情况的模型对周围环境进行建模。最后，本论文使用卡尔曼滤波法来解决移动机器人的同时定位及地图构建(SLAM)。针对传统的基于协方差卡尔曼滤波法计算量大的问题，本文提出了一个基于线性系统模型的方案。在建立系统观测模型时对观测方程进行了线性化处理，从而减少计算量，提高效率，这是本文的创新点之一。关键词：移动机器人同时定位及地图构建超声波室内环境卡尔曼滤波法^●▲o‘-ULTRASOUND．BASEDSIMUI，TANEOUSLOCALI

6、ZATl0NANDMAPPINGFORMOBILEROBOTININD00RENVIRONMENTABSTRACTTheabilitytosimultaneouslylocalizearobotandaccuratelymapitssurroundingsisconsideredtobeakeyprerequisiteoftrulyautonomousmobilerobots．Anditisthemostimportantfoundationsofnavigationformobilerobots．Accordingtow

7、orkingenvironment，itcanbeclassifiedintoindoorrobotandoutdoormobilerobot．Thispaperaimstostudysimultaneouslocalizationandmapping(SLAM)algorithminindoorenvironment．Thispaperfirstlyanalyzesmobilerobot’Scoordinate—systemmodel，locationmodelandmotionmodelbasedondeadrecko

8、ning．Thepaperalsoanalyzesdeadreckoningerrorswhichgeneratedbyodometer．Secondly,anultrasonicdistance-measuringsystemhasbeendesigned，includinghardwarecircu