基于深度相机的室内自主导航的研究与应用

《基于深度相机的室内自主导航的研究与应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学号201620001080密级学术硕士研究生学位论文中文题目：基于深度相机的室内自主导航的研究与应用英文题目：ResearchandApplicationofIndoorAutonomousNavigationBasedonDepthCamera姓名：李国祥专业：机械电子工程导师：马小铁二0一八年十二月基于深度相机的室内自主导航的研究与应用摘要近年来机器人技术不断发展，机器人已经慢慢的走进了人们的日常生活中，帮助人们完成生活中的一些任务。在使用机器人时，机器人越智能它能发挥出的作用越大，具有自主导航能力的机器人可以帮助人们完成更多的任务，

2、解决更多的问题。本文主要研究机器人室内的自主导航，主要分为同时定位与创建地图（SimultaneousLocalizationandMapping，简称SLAM）和路径规划，这些技术都是目前研究的热点。SLAM技术为机器人描述周围的环境并确定机器人在环境中的位置，路径规划帮助机器人规划从当前位置到目标位置的最优路径，本文主要研究了机器人移动控制的软硬件，SLAM系统和路径规划：1)首先搭建了机器人移动底盘的控制电路，使用双轮差分驱动控制方式，采用正运动学模型控制机器人移动，由上位机发送机器人移动速度，最终转化为机器人底盘左右轮速度，调试PI

3、D参数使机器人可以以平稳的速度移动，完成机器人底盘稳定控制。2)研究视觉SLAM前端。介绍了RGB-D相机，并分析了相机模型以及相机的内外参数，在ROS系统下对相机进行了内参标定。根据ORB特征来提取特征点，并使用快速最近邻（FLANN）方法对相邻帧进行特征匹配，最后使用RANSAC算法将匹配的误差项去除。由于RGB-D相机的深度信息的噪声影响较大，使用3D-2D的空间投影求取连续帧的运动估计，研究了PnP算法求解机器人六自由度位姿，并使用非线性优化使误差项最小化。3)研究了SLAM后端。介绍了SLAM的运动模型和观测模型，并研究了基于机器

4、人位姿和路标点的图优化，同时对位姿和路标点进行优化。分析了后端优化求解的稀疏矩阵，为SLAM实时性提供基础。研究了回环检测算法，基于ORB特征构建字典，使用词袋模型完成回环检测，构建全局一致的环境地图和机器人移动轨迹。为了实现机器人避障和导航等功能，需要构建稠密地图，并转换成八叉树地图，压缩地图存储大小，在保证导航功能的基础上减小存储地图的压力。4)研究了基于全局路径规划算法，使机器人在已经构建好的环境地图的基础上进行自主导航。主要研究了具有广度优先搜索和启发代价的?∗算法，并对该算法进行改进，使路径搜索算法效率更高，并且规划出的路径更加平

5、滑。关键词：SLAM；图优化；回环检测；路径规划；?∗算法IResearchandApplicationofIndoorAutonomousNavigationBasedonDepthCameraAbstractInrecentyears,withthecontinuousdevelopmentofroboticstechnology,robotshaveslowlyenteredpeople'sdailylife,helpingpeopletocompletesometasksinlife.Themoreintelligenttheyar

6、e,themoreimportanttheycanplaywhentheyarebeused.TheRobotswhichcanmoveautonomouslycouldhelppeopleaccomplishmoreandmoretasksandproblems.Thispapermainlystudiestheautonomousnavigationofrobotsindoors.ItismainlydividedintoSimultaneousLocalizationandMapping(SLAM)andpathplanning,wh

7、icharethehot-topicsofcurrentresearch.TheSLAMdescribesthesurroundingenvironmentfortherobotanddeterminesthepositionoftherobotintheenvironmentandthepathplanninghelpstherobottoplantheoptimalpathfromthecurrentpositiontothetargetposition.Thispapermainlystudiesthehardwareandsoftw

8、are,SLAMsystemandpathplanningoftherobotmobilecontrol:1)Firstly,thecontrolcircuitoftherobo