基于ROS的未知环境下履带式机器人的自主建图导航技术研究

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机器人被广泛应用于工业和生活服务业中,国内正处于旧房拆迁改造的时代趋势中,在改造过程中对周围未知环境提前探知成为具有挑战的任务,即时定位建图与导航是其中的两个关键点。针对机器人软件复用率差和环境适应能力弱的问题,本论文设计的机器人搭载了 ROS(Robot Operating System)系统,行走机构采用履带式。对机器人的系统软件进行模块化节点设计和开发,给出激光雷达数据节点、键盘操作节点、底盘控制节点、同时定位建图节点、路径规划导航节点以及其他辅助节点。针对履带式机器人的运动学问题,对履带式机器人进行运动学分析,将履带式机器人设计成两轮差速驱动,改变左右两主动轮的速度差值,控制机器人的旋转角度大小,从而准确运动到指定目标点。通过两主动轮上搭载的光电编码器,计算获得机器人相对于世界坐标的位姿变化,进一步得到履带式机器人的里程计控制信息。针对履带式机器人的定位建图问题,提出了一种改进重采样Rao-Blackwellized粒子滤波的同步定位与地图构建(RBPF-SLAM)算法,改善粒子权重退化和粒子匮乏造成栅格地图构建不精确的问题。通过仿真实验验证本文改进算法的可行性与准确性。采用基于多传感器的信息融合定位,克服了因底盘滑动造成的定位误差,从而提高定位精度,给出MATLAB环境下仿真及Gazebo环境下定位实验,从而验证了改进算法的有效性。针对局部路径规划过程中出现的“U”型困惑等问题,设计了基于全局路径的DWA算法,对局部路径规划评价函数进行改进。经过仿真实验验证基于全局路径的DWA算法的可行性与准确性。将履带式机器人通过改进算法所建地图导入到对应代码包,编写导航功能包与相应的Launch启动文件,进行导航,通过相关数据分析,说明本章路径规划算法相对于传统算法具有更好的准确性和更强的鲁棒性。
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