基于ROS的導(dǎo)盲機(jī)器人實(shí)時(shí)定位與地圖創(chuàng)建研究.pdf

1、近年來我國的視力障礙者數(shù)目不斷增長，因此，研發(fā)出一款能夠輔助視力障礙者行走的工具——導(dǎo)盲機(jī)器人是非常必要且迫切的。導(dǎo)盲機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)在環(huán)境中自主運(yùn)行，一個(gè)不容忽視的前提就是建立環(huán)境地圖，并且能夠隨時(shí)在環(huán)境中完成自定位，也就是實(shí)時(shí)定位與地圖創(chuàng)建，本文的研究重點(diǎn)就是圍繞這個(gè)內(nèi)容展開的。
　　本論文中以實(shí)驗(yàn)室的Turtlebot2為基礎(chǔ)，研發(fā)了一種在ROS操作系統(tǒng)下，以無線手柄控制運(yùn)行，以激光測距儀進(jìn)行環(huán)境探測的導(dǎo)盲機(jī)器人實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。研究內(nèi)

2、容包括導(dǎo)盲機(jī)器人實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的搭建，導(dǎo)盲機(jī)器人系統(tǒng)模型的構(gòu)建，導(dǎo)盲機(jī)器人SLAM算法研究與MATALB實(shí)驗(yàn)仿真，導(dǎo)盲機(jī)器人真實(shí)環(huán)境中實(shí)驗(yàn)及分析。
　　首先，本文完成了導(dǎo)盲機(jī)器人樣機(jī)的搭建，將實(shí)驗(yàn)室turtlebot2機(jī)器人上的Kinect視覺傳感器更換為激光測距儀，作為機(jī)器人的外部觀測傳感器，同時(shí)將雙模無線震動(dòng)力反饋手柄與機(jī)器人連接，控制機(jī)器人的運(yùn)行。與此同時(shí)，在ROS下，建立激光測距儀和手柄的通訊節(jié)點(diǎn)，使得導(dǎo)盲機(jī)器人的各個(gè)節(jié)點(diǎn)間能夠

3、相互通信。
　　其次，對(duì)導(dǎo)盲機(jī)器人樣機(jī)和SLAM問題的基本思想進(jìn)行研究分析，建立導(dǎo)盲機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模型、觀測模型、地圖模型等，其中，為簡化計(jì)算，導(dǎo)盲機(jī)器人在行走過程中采用的是直線型運(yùn)動(dòng)方式。
　　然后，對(duì)導(dǎo)盲機(jī)器人實(shí)時(shí)定位與地圖創(chuàng)建的算法進(jìn)行研究，在卡爾曼濾波和粒子濾波算法的理論基礎(chǔ)上，依據(jù)文中建立的SLAM過程中的系統(tǒng)模型，采用基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的EKF-SLAM算法和基于粒子濾波的FastSLAM算法，并利用MATLAB仿真

4、軟件，創(chuàng)建導(dǎo)盲機(jī)器人運(yùn)行的仿真環(huán)境，分別進(jìn)行EKF-SLAM實(shí)驗(yàn)仿真和FastSLAM實(shí)驗(yàn)仿真，分析導(dǎo)盲機(jī)器人X方向，Y方向和航向角的位置誤差，實(shí)驗(yàn)仿真及對(duì)比結(jié)果顯示在各項(xiàng)參數(shù)基本相同的情況下，F(xiàn)astSLAM算法比EKF-SLAM算法的累積誤差要小。
　　最后，本文利用自主搭建的導(dǎo)盲機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在三個(gè)真實(shí)環(huán)境中，構(gòu)建真實(shí)環(huán)境的二維地圖，分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，可以得出在創(chuàng)建地圖的過程中，地圖的質(zhì)量與機(jī)器人車體的穩(wěn)定性、機(jī)器人行