导盲机器人自主导航技术研究

来源 :郑州轻工业学院 | 被引量 : 3次 | 上传用户:yang123jun123hui
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目前,全世界现有视力障碍者的数量极其庞大且新发视力障碍者的数量也在不断的增加。相较于其他引导设备,能够结合多样感测器并且信息处理性能更加优越的移动式机器人更具发展潜力和市场前景。然而,现阶段的导盲机器人大都只能在特定的环境或单一的空间中引导视力障碍者,无法适应环境的转变,缺乏实用性,难以满足社会需求。为拓宽导盲机器人的适用范围,使导盲机器人能够突破空间限制,在多种多样的环境中引导视觉障碍者,本文设计了一种导盲机器人自主导航方法。首先,整体规划自主导航机制的原理框架;然后,根据SLAM算法同步进行二维环境地图创建和自身定位;接着,采用A*启发式搜索算法在已创建地图中完成静态全局路径规划,并结合改进的人工势场法在导盲机器人行进过程中实现动态避障;之后,在ROS系统机制中搭建导盲机器人自主导航软件控制系统,使各性能模块有序高效地分享数据信息,增强控制系统的实时性。分别采用不同的程序语言对A*算法和人工势场法进行仿真分析,并在ROS框架中绘制各功能之间的通讯节点图;最后,在三种典型的环境下进行实验。结果表明,与其他导盲方法相比,此方法中导盲机器人不再依赖于其他设备,完全依靠自身实现导航,可以灵活变更使用环境,突破环境和空间的限制,适用环境更广,导盲精确度更高。在地图创建过程中的特征估计误差和自身位置估计误差,以及在路径规划过程中的轨迹误差均在小范围内浮动,相对来说,该策略更为贴合视觉障碍患者的真实需求。此外,研究并总结影响导盲机器人自主导航的不利因素,提出相应措施,为导盲机器人的发展提供依据。本文设计的导盲机器人自主导航方法不需要依赖外界设施,能够创建不同环境地图,躲避动态障碍,适用于多种环境。实验证明,该方法使导盲机器人能够在多种环境中较为准确的创建二维环境地图,导盲机器人行走轨迹与规划路径基本一致,导盲精度相对较高,且能够灵活适应环境转变,普遍适用于室内、外各种环境,能够在日常活动区域引导视觉障碍者,更具社会意义和市场前景。
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