基于SLAM的扫地机器人控制系统研究

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所属分类:AGV设计资料
摘要

吸尘器的发明,改善了人们的劳动条件,提高了人们的清洁效率并降低了了人们的劳动强度,使清洁环境的工作变得简单而有效率。但传统的吸尘器体积大、需要专门人员操作,智能化程度不足。随着科技的不断进步,扫地机器人结合了传统吸尘器与自主移动机器人的优点出现在市场上,并从最初的随机碰撞式扫地机器人逐渐向着路径规划式扫地机器人演变。基于视觉SLAM技术的快速发展,扫地机器人成了视觉SLAM技术从实验室走进市场的突破口之一。但现在市场上的路径规划式智能扫地机器人的价格一直居高不下,而且很多都是国外产品,价格便宜的扫地机器人又不具备足够的智能。为了降低扫地机器人的成本,提高随机碰撞式扫地机器人的智能化程度并对当前流行的视觉SLAM算法进行应用研究,本文对基于SLAM的扫地机器人控制系统进行了研究。根据扫地机器人的使用环境与使用要求,选择并改进了相关算法实现了扫地机器人环境建图功能和路径规划功能。针对LSD-SLAM算法获得的环境地图与路径规划算法所使用环境地图不一致的问题,采用octomap方法和三维投影变换原理实现了地图类型转换。在栅格地图的基础上,针对内螺旋算法容易陷入死区的问题,使用A*算法对其做了改进以实现扫地机器人全覆盖路径规划。为验证算法的实际效果,本文进行了扫地机器人控制系统总体方案设计,说明了实验平台各模块构成及功能,根据功能和使用要求选择了合适的硬件设备,并进行了相关计算,完成了扫地机器人控制系统构建。本文完成了单目摄像头的标定,进行了扫地机器人环境建图实验与路径规划实验。经验证,所采用的LSD-SLAM算法获得的点云图最大相对误差为1.36cm。在栅格边长为14cm的二维栅格地图基础上进行了点到点路径规划实验和全覆盖路径规划实验,点到点路径规划可以使扫地机器人避开障碍物障到达指定位置,全覆盖路径规划所得路径的重复率为2.7%,覆盖率为100%。

论文目录

摘要
Abstract

第1章 绪论

1.1 课题的研究意义及目的
1.2 国内外扫地机器人与SLAM技术研究现状
1.2.1 国外扫地机器人与SLAM技术研究现状
1.2.2 国内扫地机器人与SLAM技术研究现状
1.3 课题主要研究内容

第2章 SLAM算法选择与改进和路径规划算法设计

2.1 引言
2.2 SLAM算法传感器选择与相机标定模型的建立
2.2.1 SLAM算法传感器类型比较
2.2.2 单目相机标定模型的建立
2.3 扫地机器人视觉SLAM算法选择与改进
2.3.1 视觉SLAM算法的比较
2.3.2 LSD-SLAM算法流程与改进
2.4 路径规划算法地图类型选择与转换
2.4.1 路径规划常用地图类型比较
2.4.2 八叉树结构与地图类型转换
2.5 扫地机器人路径规划算法设计
2.5.1 点到点路径规划算法设计
2.5.2 全覆盖路径规划算法设计
2.6 扫地机器人环境建图与路径规划流程
2.7 本章小结

第3章 基于嵌入式系统的扫地机器人控制系统设计

3.1 引言
3.2 扫地机器人控制系统组成及功能
3.3 嵌入式控制系统的选型与引脚使用
3.4 摄像头模块的选型与安装位置确定
3.5 电机驱动模块选型与车身运动参数计算
3.6 功率匹配计算与直流调压模块的选型
3.7 扫地机器人控制系统的安装与调试
3.8 本章小结

第4章 扫地机器人环境建图与路径规划实验研究

4.1 引言
4.2 单目相机标定实验
4.2.1 标定板制作与标定图像采集
4.2.2 相机标定流程与标定结果
4.3 扫地机器人实验环境搭建
4.4 扫地机器人环境建图实验
4.5 扫地机器人路径规划实验
4.5.1 点到点路径规划实验
4.5.2 全覆盖路径规划实验
4.6 本章小结
结论
参考文献
致谢

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