无人工标记室内环境下SLAM技术的研究

作     者：徐鹏洋 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋锐;李拥军

授予年度：2017年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：实时定位与地图创建 移动机器人 机器人操作系统 

摘      要：SLAM(Simultaneous Localization And Mapping)技术,我们平时称之为实时定位与地图创建,顾名思义,指的是机器人处在一个未知的环境中,从毫无所知,到完全熟悉该环境,并在机器人的记忆中创建出一张完整的环境地图,根据这张地图可以完成自定位与导航任务,这个过程需要用到机器人内部自带的一些传感器,同时也需要外界的部分信息。本课题以搭载了 ROS的移动式服务机器人为平台,进行了机器人SLAM研究,进行了机器人运动模型搭建、数据信息的获取和处理,完成了室内地图的创建,利用所创建的地图进行了机器人运动的导航,最后进行了实验和仿真,证明了方法的可行性。本文从以下几个方面进行了研究:(1)以自主研发的移动机器人为平台,介绍了该款机器人系统的组成,包括系统参数配置,硬件和软件模块,同时建立了运动学模型,便于今后对机器人运动的控制。(2)使用Kinect和SickTIM561进行外部信息的采集和处理,使用IMU和编码器进行机器人内部信息的采集,同时使用外部信息和内部信息进行多传感器信息融合,利用融合之后的信息进行定位与导航,可以提高整个系统的稳定性,同时也减少了因为某一方面的信息原因出现的偏差。(3)采用相对简单的线条表示地图的方法提高了地图的更新速度,克服了地图信息表示不全的缺点。建立了机器人状态模型并将扩展卡尔曼滤波方法用于本系统中,实时更新和预测机器人状态,包括机器人位置、速度、观测信息等。(4)在ROS的RVIZ和GAZEBO中进行仿真实验,对多个环境进行了探索,成功地创建环境地图并利用所创建的地图进行导航与定位,给定机器人一个目标位置,机器人会根据所创建的地图自主进行避障、路径规划和导航,同时在这期间我们可以实时观察到机器人的一系列信息,包括运动速度、全局路径规划、局部路径规划等。(5)进行了机器人SLAM中相关数据的分析,对实验中的一些问题作了说明,总结了本课题的成果,提出了下一步将要进行的任务。