結(jié)構(gòu)化環(huán)境中移動機(jī)器人位姿估計研究.pdf

1、位姿估計是移動機(jī)器人領(lǐng)域研究熱點(diǎn)，也是移動機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主定位的關(guān)鍵技術(shù)，位姿估計包括位置估計和角度估計。結(jié)構(gòu)化環(huán)境中靜態(tài)物體具有明顯特征，諸如直線、角度等，因此結(jié)構(gòu)化環(huán)境多指代為室內(nèi)靜態(tài)環(huán)境。2維激光測距儀獲取的數(shù)據(jù)具有測量精度高，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于室內(nèi)移動機(jī)器人位姿估計。本文主要圍繞在結(jié)構(gòu)化環(huán)境中基于激光測距儀的移動機(jī)器人位姿估計展開研究，主要工作如下：
　　 介紹了移動機(jī)器人位姿估計的研究背景，對目前國內(nèi)外關(guān)

2、于位姿估計的研究現(xiàn)狀、研究方法等進(jìn)行了歸納和總結(jié)，制定了本文的研究內(nèi)容。
　　 闡述了SICK公司的LMS200激光測距儀，分析了影響激光測距儀獲取掃描數(shù)據(jù)的4個參數(shù)：數(shù)據(jù)傳輸率、分辨角度、安裝定位高度、掃描范圍。提出了將獲取的極坐標(biāo)數(shù)據(jù)按照以極軸為橫軸，極徑為縱軸的數(shù)據(jù)表示形式，并采用中值濾波、數(shù)據(jù)分割等方法對激光原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理。
　　 介紹了位姿估計模型，分析了在笛卡爾坐標(biāo)系下的位姿估計公式，得出了以極軸為橫軸

3、，極徑為縱軸的數(shù)據(jù)表示形式的優(yōu)勢。闡述了極坐標(biāo)掃描匹配（PSM）的核心算法，分別給出了位置估計與角度估計的計算公式，同時編寫了程序代碼。提出了一種在結(jié)構(gòu)化環(huán)境中位姿估計方案，該方案將PSM位姿估計與卡爾曼濾波融合，在一定角度范圍內(nèi)使用卡爾曼濾波更新PSM角度估計值，提高了位姿估計的魯棒性。
　　 設(shè)計了三組實(shí)驗，分別為在同一角度下的位姿估計，不同旋轉(zhuǎn)角度下的位姿估計，融合卡爾曼濾波的PSM位姿估計。確定了位置估計中距離殘差參數(shù)范