基于ros的导盲机器人实时定位与地图创建研究

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1、学校代码：10289分类号：TP242密级：公开学号：132020044江苏科技大学硕士学位论文基于ROS的导盲机器人实时定位与地图创建研究研究生姓名王若怡导师姓名陈超申请学位类别工学硕士学位授予单位江苏科技大学学科专业机械设计及理论论文提交日期2016年5月04日研究方向机电系统控制及自动化论文答辩日期2016年6月04日答辩委员会主席张冰蔚评阅人2016年6月4日分类号：TP242密级：公开学号：132020044工学硕士学位论文基于ROS的导盲机器人实时定位与地图创建研究学生姓名王若怡指导教师陈超副教授江苏科技大学二○一六年

2、六月AThesisSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchofSimultaneousLocalizationandMappingBasedonROSforGuideRobotSubmittedbyWangRuoyiSupervisedbyChenChaoJiangsuUniversityofScienceandTechnologyJune，2016江苏科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是

3、本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日摘要摘要近年来我国的视力障碍者数目不断增长，因此，研发出一款能够辅助视力障碍者行走的工具——导盲机器人是非常必要且迫切的。导盲机器人要实现在环境中自主运行，一个不容忽视的前提就是建立环境地图，并且能够随时在环境中完成自定位，也就是实时定位与地图创建，本文的研究重点就是围

4、绕这个内容展开的。本论文中以实验室的Turtlebot2为基础，研发了一种在ROS操作系统下，以无线手柄控制运行，以激光测距仪进行环境探测的导盲机器人实验样机。研究内容包括导盲机器人实验样机的搭建，导盲机器人系统模型的构建，导盲机器人SLAM算法研究与MATALB实验仿真，导盲机器人真实环境中实验及分析。首先，本文完成了导盲机器人样机的搭建，将实验室turtlebot2机器人上的Kinect视觉传感器更换为激光测距仪，作为机器人的外部观测传感器，同时将双模无线震动力反馈手柄与机器人连接，控制机器人的运行。与此同时，在ROS下，建立

5、激光测距仪和手柄的通讯节点，使得导盲机器人的各个节点间能够相互通信。其次，对导盲机器人样机和SLAM问题的基本思想进行研究分析，建立导盲机器人运动模型、观测模型、地图模型等，其中，为简化计算，导盲机器人在行走过程中采用的是直线型运动方式。然后，对导盲机器人实时定位与地图创建的算法进行研究，在卡尔曼滤波和粒子滤波算法的理论基础上，依据文中建立的SLAM过程中的系统模型，采用基于扩展卡尔曼滤波的EKF-SLAM算法和基于粒子滤波的FastSLAM算法，并利用MATLAB仿真软件，创建导盲机器人运行的仿真环境，分别进行EKF-SLAM实

6、验仿真和FastSLAM实验仿真，分析导盲机器人X方向，Y方向和航向角的位置误差，实验仿真及对比结果显示在各项参数基本相同的情况下，FastSLAM算法比EKF-SLAM算法的累积误差要小。最后，本文利用自主搭建的导盲机器人实验平台，在三个真实环境中，构建真实环境的二维地图，分析实验中出现的问题，可以得出在创建地图的过程中，地图的质量与机器人车体的稳定性、机器人行走过程中打滑和环境的复杂程度有关。关键字导盲机器人；同时定位与地图创建；扩展卡尔曼滤波；粒子滤波；机器人操作系统I江苏科技大学工学硕士学位论文AbstractInrece

7、ntyearsthenumberofthevisuallyhandicappedisgrowingmoreandmoreinChina.Thereforeit’sverynecessaryandurgenttoresearchaguidetoolnamedguiderobottoassistthevisuallyhandicappedwalk.Thepreconditionofguiderobotautonomousoperationistoestablishtheenvironmentalmapandbeabletocomple

8、tetheself-localizationatanytimeintheenvironment.Thisprocessiscalledsimultaneouslocalizationandmapping.Theresearchofthearticl