微小型多旋翼无人机激光雷达SLAM算法研究

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20151100092硕士学位论文学生类别：全日制学术型硕士研究生学科名称：计算机应用技术论文题目：微小型多旋翼无人机激光雷达SLAM算法研究英文题目：ResearchonSLAMAlgorithmsofLiDARforMicroMulti-RotorUAV学生姓名：程溪导师姓名：李健教授二○一八年四月由扫描全能王扫描创建内蒙古工业大学硕士学位论文摘要随着MUAV在无GNSS信号环境下完成自主飞行的发展，本文在概述激光雷达SLAM关键技术和MUAV的研究成果的基础上，以未知室内结构化环境为背景，针对SLAM算法复杂度、M

2、UAV平台姿态对SLAM算法的影响以及对低成本二维扫描式激光雷达的SLAM实现算法等关键问题展开工作。针对MUAV搭载低成本二维激光雷达实现SLAM问题，研究了计算复杂度较低的几何特征关联匹配SLAM算法。采用了极值与最值相结合方法进行区域分割，提高区域分割准确度，对进一步特征提取奠定基础。增加角点类型检测角点特征，提高检测角点特征的正确性和增加角点数量，使特征匹配更加准确。低成本二维激光雷达数据特性是影响SLAM算法准确性的关键，本文对获取环境数据进行了误差分析。实验结果表明，使用低成本二维激光雷达采用几何特征SLAM算法能够实现结构化室内环境的定位与环境轮廓

3、地图的构建，同时该算法计算复杂度较低，能够满足MUAV嵌入式平台。针对MUAV平台姿态变化导致SLAM算法中特征提取误差问题与特征匹配失败问题，给出了GFA-ICP组合SLAM算法方案。其中，采用几何特征SLAM算法为ICP算法提供初始位姿，降低ICP算法的迭代次数。采用提供的翻转角与俯仰角补偿姿态变化导致环境特征非水平情况，降低特征提取误差。同时采用提供的航向角补偿SLAM位姿角，降低定位误差。使用特征库检索机制对特征编号进行引导匹配，解决特征匹配失败问题。为了验证GFA-ICP组合SLAM方案的有效性，搭建了在双轴电动转台上搭载RPLIDAR-A1和AHRS

4、的实验测试平台，获取环境信息与姿态信息，对上述组合算法进行了动态测试全局环境定位与建图实验。实验验证了上述基于GFA-ICP组合SLAM方案的可行性与有效性。关键词：二维激光雷达；几何特征提取；ICP算法；SLAMI内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofautonomousflightintheMUAVwithoutGNSSsignalenvironment,basedontheoverviewofthekeytechnologyofthelaserradarSLAMandtheresearchresultsofMUA

5、V,theinfluenceoftheSLAMalgorithmcomplexityandtheMUAVplatformattitudeontheSLAMalgorithmandthelowcosttwo-dimensionalscanninglaserradararegivenonthebasisoftheoverviewofthekeytechnologyofthelaserradarSLAMandtheresearchresultsoftheunknownindoorenvironment.Thekeyproblems,suchastheSLAMimple

6、mentationalgorithm,arecarriedout.FortheproblemofimplementingSLAMbyMUAVequippedwithalow-cost2Dlaserradar,thegeometricfeaturecorrelationmatching-SLAMalgorithmwithlowercomputationalcomplexityisstudied.Themethodofcombiningtheextremevaluewiththebestvalueforregionalsegmentationimprovesthea

7、ccuracyofregionsegmentationandlaysafoundationforfurtherfeatureextraction.Increasethecornertypetodetectcornerfeatures,improvethecorrectnessofdetectioncornerfeaturesandincreasethenumberofcornerpoints,sothatfeaturematchingismoreaccurate.Thelow-costtwo-dimensionallaserradardatacharacteri

8、sticsarethek