基于6-DOF姿態(tài)估計(jì)的室內(nèi)移動(dòng)二維與三維構(gòu)圖.pdf

1、移動(dòng)機(jī)器人的同時(shí)定位與地圖構(gòu)建是機(jī)器人學(xué)的研究熱點(diǎn)，具有重要的研究價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。精確的定位與地圖是移動(dòng)機(jī)器人自我控制與自主導(dǎo)航的基礎(chǔ)，是移動(dòng)機(jī)器人在未知環(huán)境中順利開展工作的關(guān)鍵問題，在高危環(huán)境營救、礦井環(huán)境探測、智能服務(wù)型機(jī)器人、太空及海底探索等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
　　本文以移動(dòng)機(jī)器人在未知的室內(nèi)真實(shí)環(huán)境中同時(shí)定位與地圖構(gòu)建為研究目標(biāo)，以Pioneer3-AT四輪移動(dòng)機(jī)器人為移動(dòng)平臺(tái)，通過搭載LMS100激光雷達(dá)、M

2、Ti-10慣性測量單元(IMU)及Kinect攝像機(jī)等傳感器，構(gòu)建了一個(gè)基于6-DOF姿態(tài)估計(jì)、二維柵格地圖和三維點(diǎn)云地圖同時(shí)構(gòu)建的室內(nèi)構(gòu)圖系統(tǒng)。該系統(tǒng)由“2D SLAM”模塊、“6-DOF姿態(tài)估計(jì)”模塊和“三維地圖構(gòu)建”模塊共三個(gè)模塊有機(jī)組成，其中，“2D SLAM”模塊與“6-DOF姿態(tài)估計(jì)”模塊可以單獨(dú)分離構(gòu)成6-DOF姿態(tài)估計(jì)系統(tǒng)。
　　“2D SLAM”模塊利用二維激光雷達(dá)高精度、高分辨率的性能，采用EKF-SLAM解決

3、方案，構(gòu)建精確的二維柵格地圖和估計(jì)移動(dòng)機(jī)器人二維平面內(nèi)的3-DOF姿態(tài)信息;“6-DOF姿態(tài)估計(jì)”模塊采用信息融合技術(shù)，融合慣性測量單元(IMU)和“2D SLAM”中的3-DOF姿態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人的6-DOF姿態(tài)估計(jì);“三維地圖構(gòu)建”模塊將6-DOF姿態(tài)信息引入配準(zhǔn)算法，對ICP的初始值進(jìn)行優(yōu)化，構(gòu)建信息豐富的三維點(diǎn)云地圖，通過粒子濾波器進(jìn)行閉環(huán)檢測并以g2o圖優(yōu)化器完成全局最優(yōu)化，最終生成全局一致的三維點(diǎn)云地圖。
　　本