基于激光雷达的移动机器人定位和地图创建.pdf

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1、李贻斌；基于混沌理论的真实环境下移动机器人行为适应性控制策略研究；山东省科学技术厅；Z2007G02*基于激光雷达的移动机器人定位和地图创建LocalizationandMappingUsingLaserScannerforMobileRobot123王元华，李贻斌，汤晓WANGYuan-hua,LIYi-bin,TANGXiao（1.山东教育学院；2.3.山东大学机器人研究中心）摘要：针对未知环境下移动机器人定位和地图创建问题，提出了创建局部地图-机器人定位-更新全局地图的方法和步骤。利用激光雷达数据，采用“聚合-分割-聚合”的方法并运用动态阈值获得精确的局部地图。通

2、过匹配局部地图和全局地图的线段关系，实现了机器人的定位，更新了机器人的位姿，减少了机器人的系统误差和环境误差，进而完成了全局地图的创建与更新。实验证明，此算法可以在实现机器人定位的同时获得精确的环境地图，并且有效的缩短了地图生成时间，可靠性高、实时性好。关键词：移动机器人；激光雷达；定位；地图创建中图分类号：TP24文献标识号：AAbstract:Inordertosolvetheproblemoflocalizationandmappingforthemobilerobotunderuncertaintyenvironment,aprocessoflocalmapbu

3、ilding-robotlocalization-globalmapbuildingisintroduced.Usinglaserscannertoacquireenvironmentdata,animproved“merge-divided-merge”meansbasedondynamicthresholdisadoptedinlocalmapbuildingtogetmoreaccuratelocalmaps.Realizetherobotlocalizationandupdatetherobotlocalizationthroughmatchingtheloca

4、lmapandglobalmap.Themethodreducesthesystemandenvironmenterror,andthenrealizesthebuildingofglobalmap.Theexperimentalresultsshowthatthemethodcanacquiremoreaccuratemapintheprocessofimplementingthelocalizationofrobot,andreducethetimeofbuildingglobalmapgreatly.Italsohashighreliabilityandgoodr

5、eal-timeperformance.KeyWords:mobilerobot;laserscanner;localization;mapping1引言地图创建是移动机器人领域中的一个基本问题，环境地图在移动机器人导航定位和路径规划中起到很重要的作用。要实现移动机器人的自主导航，最重要的是通过定位来获得机器人在环境中的准确位姿。根据先验地图进行移动机器人定位和自主导航得到广泛应用，但实际环境往往不能提供准确的先验地图，这给移动机器人的自主导航带来很大的问题。因此，[1]移动机器人在未知环境中的定位和地图构建成为移动机器人研究领域的一个热点问题。[2]目前移动机器人常用

6、的地图表示方法有二种，一是占据网格法，用每一个网格被占据的概[3]率值来表示环境信息，但网格地图的精确度不高。二是基于几何的表示方法，利用线段、弧线来表示环境信息。几何地图信息存储量小，可以直接应用在移动机器人的导航和路径规划上。激光雷达和红外、声纳等传感器相比，获取数据速度快而精确。因此，利用激光雷达数据做出的地图具有很高的精确度。[4,5]地图创建可分为局部地图创建和全局地图创建。全局地图是通过融合多个局部地图[6]的信息形成的，由于通过机器人硬件系统得到的位姿存在累计发散的误差，因此寻找局部地图和已经获得的全局地图的相关性是移动机器人定位和全局地图创建的一个关键问

7、题。在局部地图的创建过程中，本文提出了一个“聚合-分割-聚合”的方法来获得线段用以表示环境信息。在聚合和分割的过程中采用动态阈值的方法，可以在较短的时间内获得一个精确的局部地图。利用局部地图创建过程中获得的线段参数，寻找局部地图和全局地图的匹配关系，实现机器人的精确定位。利用激光雷达的中心和线段的端点构造一个区域，匹配过*基金项目：山东省自然科学基金重点项目（Z2007G02），山东省科学技术厅程中只考虑和这个区域有关的线段，这就是“线段范围”的方法，目的是减少匹配过程中的计算量。这种方法可显著减少全局地图的创建时间。2局部地图创建2.1