基于声纳的室内环境栅格地图创建方法的研究

论文摘要

机器人地图创建是为了解决如何通过移动机器人获得自然环境空间模型的问题,而地图创建通常被认为是自主机器人构造真实环境问题中的重中之重,尽管在这块领域已经取得意义重大的成绩,但仍然存在着巨大的挑战。本文作者在基于声纳传感器的基础上,以MORCS-2（中南移动2号）为实验平台,主要研究了室内环境栅格地图创建的相关技术。相关内容如下:1、通过机器人自带的声纳、里程计获取障碍物数据与机器人位姿数据,在机器人系统内部建立了机器人位姿模型、运动模型、控制模型,利用三个模型对里程计所获得位姿数据进行修正,使得机器人在地图创建的过程中对位姿进行了修正。2、在引入贝叶斯法则基本思想的同时,采用均匀分布传感器模型作为声纳传感器的工作模型,以栅格地图为外部环境的描述对象,提出了一种基于MORCS-2概率栅格的创建方法,并将其应用于实际实验中;同时在局部地图向全局地图转换的过程中,由于一般常用的局部地图向全局地图的贝叶斯变换方法需要庞大的计算量,而本文作者所提出的地图创建方法只需基于0-1两种栅格状态,那么对局部地图的信息只要进行简单的二维变换,保证了一定的栅格地图精确度,降低了噪音的影响。3、虽然声纳传感器探测目标体的距离有很高的准确度,但声纳对目标的方位判断却存在一定的误差,针对室内环境,在基于声纳传感器的移动机器人对狭窄环境的探测方法上提出了一种改进ATM方法,在ATM方法思想基础上,设定了切线的角度变化范围并引入了权值,对目标的方位进行了误差修正,使得在地图创建的精度上有一定的提升。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题研究背景和意义
• 1.3 室内移动机器人的相关介绍
• 1.4 机器人地图创建现存问题
• 1.5 本论文的研究内容与组织结构
• 1.6 本章小结
• 第二章 MORCS-2地图创建的相关模型
• 2.1 MORCS-2的位姿模型
• 2.2 MORCS-2的运动模型
• 2.3 里程计与改进的控制命令模型
• 2.4 地图模型
• 2.4.1 拓扑地图
• 2.4.2 特征地图
• 2.4.3 直接表征法
• 2.4.4 栅格地图
• 2.5 数据关联
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于声纳传感器的概率栅格地图创建
• 3.1 声纳传感器及其特性
• 3.2 声纳模型
• 3.2.1 高斯分布传感器模型
• 3.2.2 中轴线传感器模型
• 3.2.3 均匀分布传感器模型
• 3.3 栅格地图
• 3.3.1 为什么采用栅格
• 3.3.2 基于声纳传感器测距的栅格化方法
• 3.4 基于MORCS-2的概率栅格创建方法
• 3.4.1 贝叶斯概率方法的介绍
• 3.4.2 基于MORCS-2概率栅格问题具体描述
• 3.4.3 基于MORCS-2的概率栅格方法
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于改进ATM的地图创建
• 4.1 数据结构的定义
• 4.1.1 栅格地图存储结构的定义
• 4.1.2 机器人状态存储结构的定义
• 4.2 MORCS-2声纳模型
• 4.3 ATM方法
• 4.4 ATM方法的改进
• 4.5 基于改进ATM的实时地图创建
• 4.5.1 实时地图创建过程
• 4.5.2 改进ATM的算法性能分析
• 4.6 基于0-1的局部地图转换全局地图的算法思想
• 4.7 基于改进ATM的栅格地图的更新策略
• 4.8 本章小结
• 第五章 地图创建实验结果与分析
• 5.1 基于MORCS-2概率栅格的地图创建的结果与分析
• 5.1.1 简单环境
• 5.1.2 较复杂环境
• 5.1.3 两种算法的实验结果分析
• 5.2 改进ATM方法的地图创建的结果与分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果