北斗导航辅助移动机器人同时定位和地图构建研究_陈炜峰

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1、第14卷第19期2014年7月科学技术与工程Vol.14No.19Jul．20141671—1815(2014)19-0091-05ScienceTechnologyandEngineering2014Sci.Tech.Engrg.北斗导航辅助移动机器人同时定位和地图构建研究*陈炜峰薛冬周旺平(南京信息工程大学信息与控制学院，南京210044)摘要针对未知环境下移动机器人实时构图和导航问题，将基于激光的环境特征提取和地图构建技术与北斗卫星导航相结合，设计了一种基于特征地图的移动机器人自主导航系统。利用激光提取环境信息，采用点和直线段进行环境表示

2、，结合里程计进行定位，同时进行地图构建。然后在地图上关联北斗坐标，丰富地图信息，根据路径规划方法实现移动机器人自主导航。在Poineer3-AT机器人上实验表明:该方法能够快速提取直观的表示环境信息，并实现自主导航功能，有效提高了移动机器人导航能力。关键词激光北斗导航特征地图里程计移动机器人中图法分类号TP242.6;文献标志码A移动机器人是集环境感知、路径规划、导航与行航。同时将SLAM技术和卫星导航融合的研究目前为执行等功能于一体的综合系统。其中导航和提取较少，但该方向是移动机器人导航研究的趋势。所环境信息是移动机器人相关技术研究中的难点和热

3、以本文将这两种技术结合，实现未知环境下移动机点。移动机器人需要能够最大程度的感知周围的环器人自主导航和构图功能。［1］境以及获得自己的定位信息，才能让移动机器人1移动机器人SLAM融合北斗系统能够在某个环境下自主地行驶，达到导航目的。近年来，移动机器人的同时定位和地图构建(simulta-如图1所示，整个系统主要由里程计，激光测距neouslocalizationandmapping，SLAM)问题，被认为仪，北斗模块组成。首先由激光测距仪扫描环境信是实现移动机器人智能化和导航的真正问题。在息，同时由里程计确定移动机器人位置，用扩展卡尔SLAM中

4、，激光测距由于具有在距离和范围上具有曼滤波器融合传感器信息，通过移动机器人的行驶，［2］较高的精度，已经成为移动机器人同时定位和构增量式的生成由点和线段组成的特征地图。北斗模建地图中常用的传感器。然而单单依靠一种技术来块采集移动机器人位置信息，提取经纬度，再将北斗实现移动机器人导航是有局限性的，不可能适用于经纬度坐标转化为地图直角坐标系下坐标，关联到不同未知环境和条件下对移动机器人自主行驶的要地图坐标系上，根据初始点和目标点坐标关系，采用求。对于室外导航，常采用GPS(全球定位系统)，设计的导航算法，指导移动机器人行驶，实现导航而我国的北斗卫星定

5、位系统(Compass)已经可与目的。GPS定位精度相比拟，所以本文采用北斗系统作为全局定位中绝对定位的方法。以往的移动机器人导航研究中大多是将GPS坐标与内置的地图进行经纬度匹配，同样也很少采用北斗导航系统来实现导图1SLAM融合北斗系统体系结构Fig.1SLAMFusionBeidousystemarchitecture2014年1月2日收到江苏省产学研前瞻性研究项目(BY2013001－05)、产学研联合创新资金、国家安监总局2同时定位和地图构建项目资助第一作者简介:陈炜峰(1964—)男，汉族，江苏兴化人，教授，博士，同时定位和地图构建问

6、题是机器人从一个具有硕士生导师。研究方向:电磁兼容性技术、电气检测与控制技术、智给定不确定性的位置开始运动，逐渐获得相对其位能机器。E-mail:cwf6426@163.com。*置的环境特征测量值，并用这些测量值增量地创建通信作者简介:薛冬(1989—)男，汉族。E-mail:xdtianshi@［3］163．com。和保持导航地图以及在这个地图中定位。92科学技术与工程14卷2.1里程计定位原理距离数据存在不确定性，所以进行测量点与线段之里程计(odometer)因其价格低廉、采样速率间的拟合程度，可用加权后的误差之和来表示高、短距离内能够提

7、供精确的定位精度，成为移动机S=∑μd2=∑μ［ρcos(θ－α)－r］2iiiiiii器人最常用的定位工具。它的工作原理是通过光电(6)编码器来检测车轮在一定时间内转过的弧度，进而然后对S求关于α和r的一阶偏导为0，使S趋推算机器人相对位姿的变化。设车轮半径为r，光向最小化。所以可以得到特征线段(r，α)的表达电码盘精度P，t时间内光码盘输出的脉冲数为N，式如下则该车轮移动距离为S。2S=2(N/P)πr(1)K－∑μNμiρNρicosθNcosθi根据t时间内左右两轮光电编码器输出的脉冲∑μii＜N1i＜Nα=arctan数，就可以得到其左

8、右两轮的运动变化量SL，SＲ，22K－∑μNμiρNρicos(θN+θi)左右两轮的间距为b，移动机器人位置用(X，Y)，姿∑μii＜