基于激光传感器的移动机器人地图创建研究.pdf

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1、第20卷第3期电子设计工程2012年2月Vo1．20No．3ElectronicDesignEngineeringFeb．2012基于激光传感器的移动机器人地图创建研究彭晟远，吴怀宇，闫贺，时也(武汉科技大学信息科学与工程学院，湖北武汉430081)摘要：主要研究了室内自主移动机器人基于激光传感器在未知环境下的地图创建的问题。分析了目前地图创建的方法．采用一种分层聚类的方法从原始激光测量数据中提取直线特征，并计算直线特征参数的方差矩阵，最后通过Maflab仿真以及在带有激光型号为lms200的MT—r机器人进行物理实验验证了其可行性。结果所得为机器人实时定位和SLAM提

2、供了理论依据。关键词：移动机器人；激光测距仪；特征提取；地图创建中图分类号：TF24文献标识码：A文章编号：1674—6236(2012)03一O1O3—03Basedonlaserofcreatingmobilerobot’SmapsPENGSheng—yuan，WUHuai—yu，YANHe，SHIYe(CollegeofInformationScienceandEn~neenng，WuhanUnwemofscienceandTechnology，Wuhan430081，China)Abstract：Theindoorindependentmobilerobotba

3、sedonlasersensorsinunknownenvironmentmapoftheproblemisstudied．Analysisofthecurrentcreatingmap’Smethods，usingahierarchicalclusteringmethodfromtheoriginallasermeasurementdataextractionstraightline~ures，andcalculationofcharacteristicparametersvariancelinearmatrix，ian~Uythroughthesimulationo

4、fmatlabandtheMT-rwithlms200robot’Sphysicalexperimentspmveditsfeasibility．Theresultsforrobotreal-timelocationandSLAMprovidestheorybasis．Keywords：mobilerobot；laser；featureextraction；mapbuilding地图创建是移动机器人相关技术中的一个基本而且十测量点的权值。实验表明该方法具有很好的鲁棒性和实时性。分重要的问题．在移动机器人导航定位和全局路径规划等相1环境的表示关领域有着广泛的应用。为了实现

5、移动机器人的自主导航．必须通过自定位来获取及其其人在环境中的准确位姿。根据1．1地图的分类先验地图进行的移动机器人定位和导航技术得到了广泛的环境模型的建立通常是通过建立环境地图来实现。环境研究。并取得了很好的应用效果．快速地创建环境地图是移地图是表示环境的一种方式，可分为栅格地图，几何地图，拓动机器人自定位、导航和路径规划【-31问题解决的关键。扑地图3种表示方法。如图1所示。在未知环境中，如何通过传感器提取出环境和障碍物信基于栅格的地图表示方法(OccupancyGridMapphag)将息。是创建地图的关键问题。在未知环境下地图的表示方法整个环境分为若干相同大小的栅

6、格。对于每个栅格指出其中有栅格[41、几何四、拓扑嘲。文献[7】提出对激光测距仪用加权最是否存在障碍物，图l(a)为一幅典型的栅格地图。这种地图tJ~-乘拟合方法提取二维水平环境特征、对单目视觉使用非表示方法非常适合于超声阵列、激光测距仪等范围传感器的局部最大抑制算法提取垂直物体边缘的方法进行信息融合。地图创建过程。基于几何特征的地图表示方法(Feature文中对基于激光测距仪的MT—R机器人在室内环境中Mapping)是指机器人从收集的环境感知信息中提取更为抽的地图创建进行了研究。与声纳传感器相比激光雷达测距仪象的几何特征，这些几何特征也称为路(Landmark)，应

7、用这的价钱低，但激光测距仪创建的地图精确度高。采用激光测些特征对环境进行描述；图1(b)为一幅典型的点特征地图。距仪对环境进行感知具有广泛的应用。所以研究基于这激光拓扑地图(TopologicalMapping)是一种紧凑的地图表示方传感器信息融合的SLAM具有极大的实用价值。激光构图采法，这种方法将环境表示为一张拓扑(Graph)；图1(C)显示了用一种从原始测量数据中提取直线特征的方法，并计算直线某一室内环境的拓扑地图，地图中的节点由室内墙壁的拐角特征参数的方差矩阵。文中介绍Arras和Siegwart提出的从及机器人可达的局部区域等