基于麦克纳姆轮移动平台的激光导航关键技术研究

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1、基于麦克纳姆轮移动平台的激光导航关键技术研究KeyTechnologiesofLaserNavigationBasedonMecanumWheelMobilePlatform专业学位类别：仪器仪表工程作者姓名：郑兵指导教师：刘蓉副教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一七年十二月摘要自动导引车（AutomatedGuidedVehicle，AGV）是一类导引式移动机器人，其高度的自动化水平能够提高工业生产的效率和灵活性，目前已广泛在各种物流系统中。随着人工智能等新兴机器人技术的引入，传统AGV技术也在向智能化和自动化快速发展。针对目前AGV的移动方式不灵活以及激光导引技术依

2、赖反光板的问题，本文搭建了基于麦克纳姆轮的AGV平台，对其全向运动方式和基于同时定位与地图构建(SLAM，SimultaneousMappingandLocalization)算法的激光导航技术展开了研究。开展的主要工作如下：(1)搭建了基于麦克纳姆轮的AGV全向移动平台，基于STM32完成了伺服驱动系统及相关传感器的驱动硬件设计，分析麦克纳姆轮的运动学方程，建立其全向运动模型，编写了以全向运动控制为核心的下位机程序。(2)结合AGV移动平台建立了SLAM算法相关数学模型，包括SLAM问题的概率模型，全向移动平台的里程计运动模型和基于激光雷达的观测模型。比较SLAM算法常用地

3、图描述方法的优缺点，分析了占据栅格地图实现过程。(3)基于粒子滤波理论实现了移动平台的自主定位。分析传统RBPF-SLAM的不足，研究优化提议分布改进的RBPF-SLAM算法原理，对改进算法进行了SLAM仿真实验。(4)基于Qt框架完成了上位机软件设计，实现了与下位机之间的无线通信、AGV状态显示、参数设置、模式切换等功能。将改进的RBPF-SLAM算法应用到AGV移动平台，完成了室内环境地图构建和导航实验。关键词：全向AGV，激光导航，同时定位与地图创建，Rao-Blackwellized粒子滤波ABSTRACTAutomatedGuidedVehicle(AGV)isak

4、indofindustrialguidedmobilerobot,whichcanimprovetheefficiencyandflexibilityofindustrialproduction.Itisnowwidelyusedinlogisticssystems.Withtheintroductionofnewrobottechnologysuchasartificialintelligence,traditionalAGVisalsodevelopingrapidlytohighlyintelligentandautomation.Aimingattheproblemt

5、hatthetraditionalAGVmobileplatformisnotflexibleandthelaserguidanceisverydependentonthereflector,theAGVomnidirectionalmobileplatformbasedonMecanumwheelisbuilt.Andtheomni-directionalmotionmodelandlasernavigationtechnologybasedonSimultaneousMappingandLocalization(SLAM)algorithmisstudied.Themai

6、nworkcarriedoutisasfollows：(1)TheAGVomnidirectionalmobileplatformbasedonMecanumwheelisbuilt,andthedrivecontrolcircuitofthesafetyprotectionmoduleandtheservodrivesystembasedonSTM32controlleriscompleted.AccordingtothekinematicsequationofMecanumwheel,themodelofomnidirectionalmovementisestablish

7、ed,andthemotioncontrolprogramsisdesigned.(2)ThemathematicalmodelofSLAMalgorithmisestablishedbasedonthemobileplatform,includingtheprobabilisticmodelofSLAMalgorithm,theodometrymotionmodelofmobileplatformandtheobservationmodelbasedonLIDAR.Theadvantagesanddi