论文部分内容阅读
移动机器人的地图构建是实现智能移动机器人导航的关键，是移动机器人进行路径规划、环境探索、自主定位的重要基础。传统的地图构建方法都是基于静态环境的假设，然而实际应用中移动机器人的工作环境都是动态变化的，因而研究动态环境中的地图构建对于智能移动机器人的导航具有重要的现实意义。本论文来源于国家自然科学基金重点项目“未知环境中移动机器人导航控制的理论与方法研究”(项目号：60234030)。动态障碍的存在直接导致移动机器人的工作环境随着时间的推移而不断变化，关联障碍的时间属性和空间属性能够更好地描述环境动态变化的特点，可以提高移动机器人构建环境地图的精度。论文以中南大学智能所自行研制的中南移动-1号机器人(MORCS-1)为原型系统，研究了二维动态未知环境中移动机器人时空关联地图的构建问题，主要集中在以下三个方面：1．提出了动态环境中基于时空关联属性的动静态障碍实时检测方法。为了快速有效地检测动态障碍与静态障碍，提出了一种新的障碍表示方法，关联障碍的空间属性与时间属性。将不同时刻环境感知传感器的读数统一转换到世界坐标系中，分析障碍的时间属性和空间属性，就能够识别动态障碍和静态障碍。该方法不需要将传感器读数映射到栅格地图上，节省了存储和计算时间。2．提出了动态环境中移动机器人时空关联地图的实时构建方法。针对动态环境中维持动静态栅格地图构建静态一致地图方法没有处理定位误差、地图更新费时、地图精度不高的缺点，首先改进了传统的占用栅格地图，引入时空关联地图的概念，其次采用八邻域滚动窗口方法处理移动机器人的定位累积误差，最后通过选择性更新机制降低了全局地图更新的时间复杂度。时空关联地图构建方法能够提高动态环境中移动机器人实时构建地图的精度，从而提高移动机器人在动态未知环境中的生存能力。3．以MORCS-1为实验平台，设计并实现了动态环境中移动机器人动静态障碍检测与地图构建相结合的软件系统。在该系统上进行了大量的实验，实验结果表明了所提方法的有效性和可靠性。