基于ROS2平台的室内移动机器人导航系统设计与研究

作     者：季怀明 

作者单位：齐鲁工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张玉伟

授予年度：2024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：移动机器人 自主导航 机器人操作系统 激光雷达 路径规划 

摘      要：自主导航是室内移动机器人的核心技术。在复杂的室内环境中,实现机器人的精确定位、地图构建和路径规划是实现自主导航的关键。然而,机器人在面临斜坡、狭窄通道和行人等复杂环境时,无法顺利导航通过。因此,本文以复杂室内环境下的移动机器人自主导航为背景,提出了一种基于ROS2平台的导航框架来解决这些问题。 首先,本文对移动机器人领域的SLAM算法和路径规划研究现状进行了分析。为提高机器人通信的实时性和安全性,本文引入ROS2机器人操作平台作为导航系统平台,使用Gazebo仿真软件和Rviz可视化软件进行导航算法性能仿真比较和验证。 其次,针对在复杂室内环境中移动机器人面临的特征点混乱和定位困难问题,本文采用Fast＿LIO2算法构建点云地图,通过地面提取分割算法分离障碍物与地面,同时剔除特征少的点云以减少算力消耗,使用ICP算法进行点云帧间匹配,从而准确确定机器人在室内环境中的位姿。为解决Cartographer算法在机器人运动过程中建图漂移和畸变的问题,本文提出了基于多传感器融合的Cartographer算法。 在路径规划方面,本文选择A*算法和TEB算法的组合作为路径规划算法。最后,使用基于ROS2平台的移动机器人对算法进行实际验证分析,在复杂室内环境下进行了自主导航实验,验证了自主导航系统框架的可行性。 综上,本文系统介绍了在复杂室内环境中移动机器人的自主导航技术,提出了一种基于激光雷达和ROS2平台的导航框架来解决精确定位、地图构建和路径规划的问题。通过实验验证,证明了该框架的有效性和可行性,对于提高移动机器人在室内环境中的导航能力具有重要的研究和应用价值。