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伴随着人类社会和科学技术的发展,对制造、交通、物流、医疗、餐饮、服务、国防等各种环境下的移动机器人的需求日益扩大,人类对移动机器人的智能水平和准确性、精确性、安全性有了越来越高的要求。为了提高移动机器人的开发效率和技术平台的通用性,快速满足应用环境和场景的多样性需求,本文以室内办公环境下移动机器人自主导航为应用背景,基于具有通用性的机器人开源操作系统(Robot Operating System,ROS)平台,对移动机器人的环境建模和路径规划进行研究。1、基于ROS的移动机器人平台构建。以小型移动机器人为硬件平台,在PC机和机器人上位机分别安装Linux系统(Ubuntu)和ROS,创建移动机器人软件平台,实现ROS环境下机器人和PC机的组网,并在PC机ROS系统中,对可视化仿真环境及与移动机器人上位机通信进行测试,完成移动机器人软件平台构建。2、基于多传感器信息融合的Hector SLAM环境地图创建。为了建立移动机器人导航用环境模型,对单纯依赖激光雷达数据的Hector SLAM地图创建方法进行改进,将激光雷达、里程计和惯导(IMU)多个传感器数据进行融合,通过里程计辅助方式改进数据预处理环节的ICP配准精度,有效降低了 Hector SLAM建图过程中打滑现象的影响。3、基于A*算法和行为动力学方法的路径规划研究。对ROS中的全局路径规划算法A*和Dijkstra进行分析,基于剔除冗余节点的思想对A*算法进行优化。通过ROS仿真环境和真实环境下的路径规划实验,得知优化后的A*算法所规划的路径更为平滑,行为动力学方法在路径长度上没有趋于最优,但所规划的路径更趋于安全、无碰撞区域。4、基于ROS的移动机器人导航实验。对移动机器人定位能力和直行与旋转精度进行了测试,分别在仿真环境和真实环境中实现了移动机器人的自主导航,验证了环境建模和路径规划方法的有效性。