基于SLAM技术的智能机器人定位导航研究

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所属分类:AGV设计资料
摘要

本论文提出了一套阿克曼轮式机器人的室内导航方案,设计完成了一款基于ROS(机器人操作系统)的自主移动机器人,结合SLAM(同时定位与绘图)技术和路径规划算法,机器人可以在目标点之间自主移动并且可以进行避障,实时的定位。通过课题研究设计完成了一款管廊巡检机器人原型机。移植完成了基于USB接口的rosserial client库,实现了在MDK(一款单片机软件开发环境)软件开发环境下编写单片机的ROS(机器人操作系统)节点程序。机器人可以通过局域网进行相互通讯。实现了该机器人在模拟管廊环境中的自主运动。课题需要研究的主要问题是机器人如何学习和构建周围环境模型,在未知环境因素下躲避障碍物,规划出可行驶的路径。环境模型的构建主要是采用SLAM算法实现占有栅格地图的构建,依靠单个激光传感器实现机器人的位姿估计,完成环境模型的建立。文章对机器人移动机构的运动学模型进行了分析,本课题采用的机器人运动转向机构是阿克曼转向机构,符合阿克曼几何原理,此类移动机构无法进行原地的旋转,转向时候存在一个非零的转弯半径,路径规划和避障时需要把机器人的机械约束计算在内。课题在研究过程中,构造完成了一台机器人用于后续的研究和推广。在构建机器人过程中要考虑机器人的软件和硬件的架构,底层控制器和上层的决策机构的通信机制,为了方便开发,在底层控制器上实现了机器人节点程序,通过USB通信协议进行上位机和底层控制之间的通信。本课题各个算法模块都被描述为机器人操作系统节点。采用ROS系统的导航包为基础进行了开发研究。

目录
基于SLAM技术的智能机器人定位导航研究
摘要
ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 研究背景
1.2 研究现状
1.3 研究内容

第二章 系统建模和相关算法描述

2.1 机器人运动学模型
2.2 激光雷达感知模型的建立
2.3 地图的表达模型
2.4 SLAM算法描述
2.5 重要性采样理论
2.6 序贯重要性采样
2.7 粒子滤波的基本算法
2.8 路径规划算法
2.8.1 全局路径规划
2.8.2 局部路径规划
2.9 里程计实现算法
2.9.1 光电编码器
2.9.2 视觉里程计
2.9.3 激光范围流里程计算法
2.10 基于视觉的绝对定位
2.11 障碍物感知
2.12 导航方案总结

第三章 机器人设计

3.1 底盘结构
3.2 电气结构
3.2.1 传感器
3.2.2 控制单元
3.2.3 供电系统
3.2.4 电机驱动

第四章 软件结构

4.1 整体软件架构
4.2 软件系统
4.3 系统调试
4.4 单片机与计算机通讯方式
4.5 控制器的设计

第五章 实验结果分析

5.1 SLAM方案
5.2 导航方案
5.2.1 软件仿真
5.2.2 真实机器人实验

第六章 结论

参考文献
附录A
在学期间的研究成果
致谢

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