| 【中文题名】 | 基于激光雷达的移动机器人室内环境探测技术研究 |
| 【英文题名】 | Research of Mobile Robot on Indoor Environment Exploration Technology Based on Laser Radar |
| 【学科专业】 | 模式识别与智能系统 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-10-16 |
| 【中关键词】 | 移动机器人,自主探测,激光雷达,特征提取,地图创建, |
| 【英关键词】 | mobile robot,autonomous exploration,laser radar,feature extraction,map building, |
| 【分类导航】 | 工业技术>无线电电子学、电信技术>雷达>雷达：按体制分>光学定位雷达、激光雷达> |
| 【论文摘要】 |
随着机器人技术研究和应用的不断广泛深入，越来越多的要求自主式移动机器人能够在未知环境下工作。而自主探测是移动机器人导航技术的重要组成部分，是机器人在未知环境下顺利工作所必须具备的能力。它以移动机器人实验平台为载体，通过控制系统实现对复杂环境的高效探测，是当前国际学术界关注的热点问题。
本论文以中南大学智能所研制的移动机器人“中南移动-1”(MORCS-1)为平台，主要研究了基于激光雷达的移动机器人自主探测的相关技术，主要内容如下：
1、针对诸如墙壁、拐角、门口、房间和走廊这样一些典型的环境特征，分别设计了一套有效地提取特征的算法。该算法充分利用了激光雷达快速准确的特点，把传感器数据映射到机器人局部几何地图中来进行分析，只需从一次的即时观测数据便可提取出环境特征，运算起来简单快速，能够在短时间内对环境进行多次扫描与分析，满足机器人实时导航的需求，比较传统算法的性能有所改进和提高。
2、建立了几何与拓扑相结合的混合环境模型。通过激光雷达获取的环境信息提取环境特征来建立几何特征图。然后在几何地图的基础上提取拓扑信息，选择环境特征点作为拓扑节点构建出拓扑地图，同时为每个拓扑节点保存它... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
4-5 |
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ABSTRACT |
5-9 |
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第一章 绪论 |
9-16 |
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1.1 引言 |
9-11 |
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1.1.1 移动机器人研究历史与现状 |
9-10 |
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1.1.2 课题来源与论文研究内容 |
10-11 |
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1.2 移动机器人环境探测技术研究概述 |
11-14 |
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1.2.1 探测策略的研究概述 |
11-12 |
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1.2.2 环境模型的研究概述 |
12-14 |
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1.3 论文的研究思路与章节安排 |
14-16 |
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1.3.1 关键问题与研究思路 |
14-15 |
|
1.3.2 章节安排 |
15-16 |
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第二章 移动机器人 MOCRS-1体系结构 |
16-23 |
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2.1 移动机器人的移动机构及传感器系统 |
16-19 |
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2.1.1 移动机器人移动机构 |
16-17 |
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2.1.2 传感器系统 |
17-19 |
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2.2 移动机器人硬件体系 |
19 |
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2.3 移动机器人软件体系 |
19-21 |
|
2.4 移动机器人环境探测系统 |
21-22 |
|
2.4.1 系统结构 |
21 |
|
2.4.2 程序介绍 |
21-22 |
|
2.5 小结 |
22-23 |
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第三章 环境特征提取与场景辨识 |
23-37 |
|
3.1 特征提取方法的分析 |
23-24 |
|
3.1.1 特征提取技术研究概述 |
23-24 |
|
3.1.2 本文所设计方法的特点 |
24 |
|
3.2 激光雷达测距原理及误差分析 |
24-26 |
|
3.2.1 激光雷达的原理及性能介绍 |
24-25 |
|
3.2.2 激光雷达的误差分析 |
25-26 |
|
3.3 室内环境特征提取与场景辨识 |
26-31 |
|
3.3.1 局部坐标模型的建立 |
26-27 |
|
3.3.2 墙壁及拐角的特征提取 |
27-29 |
|
3.3.3 门口的特征提取 |
29-30 |
|
3.3.4 房间与走廊的场景辨识 |
30-31 |
|
3.4 实验结果及其性能分析 |
31-36 |
|
3.4.1 实验软件介绍 |
31-32 |
|
3.4.2 墙壁及拐角检测实验 |
32-34 |
|
3.4.3 门口检测实验 |
34-35 |
|
3.4.4 房间与走廊场景辨识实验 |
35-36 |
|
3.5 小结 |
36-37 |
|
第四章 几何结合拓扑的环境探测技术 |
37-55 |
|
4.1 几何与拓扑相混合的环境模型 |
37-41 |
|
4.1.1 混合模型的结构 |
37-38 |
|
4.1.2 混合模型的建立 |
38-40 |
|
4.1.3 模型特性分析 |
40-41 |
|
4.2 机器人环境探索的基础行为 |
41-48 |
|
4.2.1 反应式避障 |
41-44 |
|
4.2.2 轨迹的运动控制 |
44-46 |
|
4.2.3 Wall_Following |
46-47 |
|
4.2.4 Door-Searching |
47 |
|
4.2.5 Midline_Following |
47 |
|
4.2.6 Random_Wander |
47-48 |
|
4.3 几何结合拓扑的主动探测策略 |
48-52 |
|
4.3.1 最佳候选节点的选择 |
48-50 |
|
4.3.2 探测行为状态的设计 |
50 |
|
4.3.3 行为状态间的切换 |
50-52 |
|
4.4 实验结果 |
52-53 |
|
4.5 小结 |
53-55 |
|
第五章 总结与展望 |
55-57 |
|
5.1 论文工作总结 |
55 |
|
5.2 下一步研究方向 |
55-56 |
|
5.3 结束语 |
56-57 |
|
参考文献 |
57-62 |
|
致谢 |
62-63 |
|
攻读学位期间的主要研究成果 |
63 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.386207 |
