基于激光雷达的动态避障算法研究

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自主导航是实现机器人智能化的关键一步,是赋予机器人感知和行动能力的重要因素。路径规划与避障算法是自主导航机器人在非结构化的动态空间中,自主寻找一条安全无碰撞最佳路线的关键。本文重点开展了基于激光雷达动态避障算法的研究与分析。通过对3D激光雷达点云数据的处理,完成了障碍物的精准定位;并在此基础上,使用人工势场法进行动态避障,同时针对传统人工势场法存在的三个缺点提出改进。本文的主要研究内容如下:(1)在完成激光雷达与机器人IMU联合标定的基础上,对激光雷达进行运动畸变的补偿。同时,采用引入方差值的多扇区平面拟合法、RANSAC算法、最小二乘法构建最优地平面模型,达到有效去除地面点,准确构建环境地图的目的。(2)针对传统人工势场法存在目标不可达、动态环境适应力差以及局部极小值问题,提出在斥力势场函数中增加距离因子、分解斥力、构造障碍物自适应有效范围、与A*算法融合,构建总斥力旋转评价函数的方法改进人工势场法。经仿真实验及机器人平台算法验证,改进后的动态避障算法能够在复杂环境中顺利到达目标位置,解决了传统人工势场法存在的目标不可达、动态环境适应力差以及局部极小值等问题。同时,与其他算法对比分析可知,改进后的算法规划出的路径转弯角度小、路径搜索时间缩短,实现了机器人在复杂环境中更为高效且平滑的动态避障。
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