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基于激光数据的移动机器人地图创建问题研究
作 者: 蔡向东
导 师: 张辉
学 校: 国防科学技术大学
专 业: 控制科学与工程
关键词: 激光测距仪 Line-Tracking 几何特征 地图创建 分步迭代
分类号: TP242
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 61次
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内容摘要
本文主要研究了在室内环境下移动机器人基十激光扫描数据的地图创建问题。移动机器人利用激光测距仪对室内环境进行扫描,获取激光扫描数据点集。地图创建过程分为对激光扫描数据点集进行预处理和激光数据点集匹配两大步骤,通过循环执行,完成地图的创建。首先,针对激光数据点集预处理过程中对十精度和实时性的要求,本文采用基十数据点间的欧式距离进行区域分割,采用动态闽值的Line-Tracking直线提取算法进行直线提取,减小了噪声对直线提取的影响,避免了固定闽值选取不当Ifu造成的直线提取精度较差和直线提取不完整的情况。其次,针对迭代算法中存在的计算量过大,匹配效率低下的问题,本文将激光数据点集的匹配分为粗匹配、精匹配两个阶段。粗匹配阶段和精匹配阶段分别采用点一点非迭代匹配算法和ICP精匹配算法,并目‘对相应的算法进行了改进。结合两种算法完成对激光数据点集的匹配,提高了算法的可控性和匹配速度。粗匹配阶段,采用改进的非迭代点一点匹配算法,利用提取出的线段端点作为对应点对进行匹配,在保证匹配精度的前提下,有效地提高了匹配的速度。精匹配阶段,采用改进的工CP算法。首先,根据粗匹配求出的变换参数求取两幅数据点集的公共区域,减少了对应点搜索的自目性,提高了对应点的搜索速度。其次,对工CP算法进行了改进,先对提取出的直线段进行匹配,再在对应线段对中搜索对应点对,提高了匹配速度,迭代求取变换参数过程中采用分步迭代的方法,使迭代过程具有较高的可控性和鲁棒性。最后,介绍了NuBot救援机器人的机械结构以及控制系统,根据提出的基十激光扫描数据的地图创建方法,利用本实验室开发的移动机器人在室内标准救援环境中进行地图的创建,实验结果表明,本文提出的算法能够有效地完成环境中二维地图的创建。
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全文目录
摘要 9-10 ABSTRACT 10-11 第一章 绪论 11-16 1.1 引言 11-12 1.2 国内外研究现状 12-14 1.3 论文主要内容和创新点 14-15 1.4 论文的组织结构 15-16 第二章 基于激光扫描数据的地图创建 16-23 2.1 基于激光扫描数据的地图创建原理 16-17 2.2 激光扫描数据点集匹配问题分析 17-19 2.3 激光扫描数据点集匹配算法分析 19-20 2.4 基于激光扫描数据的地图创建 20-22 2.5 本章小结 22-23 第三章 激光数据预处理及改进的粗匹配算法 23-35 3.1 激光数据点集的预处理 23-27 3.1.1 特征提取问题 23-24 3.1.2 改进的Line-Tracking直线提取算法 24-26 3.1.3 实验结果与分析 26-27 3.2 基于特征点的粗匹配算法分析 27-32 3.2.1 粗匹配问题分析 27-28 3.2.2 非迭代匹配算法的改进 28-29 3.2.3 算法实现 29-32 3.3 试验结果与分析 32-33 3.4 本章小结 33-35 第四章 改进的精匹配算法 35-49 4.1 公共区域的选取 35-37 4.1.1 公共区域选取问题分析 35 4.1.2 公共区域的选取 35-37 4.2 基于数据点集的匹配问题分析 37-40 4.3 改进的ICP精匹配算法 40-46 4.3.1 基十直线段端点的对应点对选取 40-42 4.3.2 分步迭代求取变换参数 42-44 4.3.3 改进的ICP算法框图 44-46 4.4 试验结果与分析 46-48 4.5 本章小结 48-49 第五章 NuBot救援机器人系统及地图创建实现 49-58 5.1 救援移动机器人机械结构 49-52 5.2 救援移动机器人控制系统 52-54 5.3 基十救援移动机器人的激光测距系统 54 5.4 移动机器人地图创建实现 54-57 5.5 本章小结 57-58 第六章 总结与展望 58-60 6.1 论文工作总结 58-59 6.2 未来工作展望 59-60 致谢 60-61 参考文献 61-66 作者在学期间取得的学术成果 66
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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