服务机器人室内未知环境主动探索与特征地图的构建

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1、中图分类号：TP242.3学校代码：10213UDC：681密级：公开工程硕士学位论文服务机器人室内未知环境主动探索与特征地图构建硕士研究生：李志鹏导师：吕伟新教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2011年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP242.3U.D.C:681DissertationfortheMasterDegreeofEngineeringINITIATIVEEXPLORATIONANDFEATUREMAPSBUILDINGINUNKONWNENVIRONMENTFORIND

2、OORROBOTSCandidate：LiZhipengSupervisor：Prof.LvWeixinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2011Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要随着现代科技的不断

3、发展，服务机器人已经开始逐步走入家庭，自主探索室内未知环境和构建地图是服务机器人的基本功能之一，因此不可避免地成为了研究的热点，这是实现服务机器人自主性的第一步。面向室内未知复杂环境，本文主要进行了以下工作：在快速扩展随机树路径规划算法（RRT）的基础上，提出一种适用于室内服务机器人构建地图的主动探索方法；针对室内环境，在点线特征地图框架下对特征的提取方法进行了改进，提出了一种新的角特征提取方法；实现了对环境中动态因素的提取，构建了一个主动探索与地图构建系统，对实际试验中出现的问题进行了分析，提出了解决方法。本文首先从机器人的运动模型、传感器模型和里程

4、计模型三个角度对服务机器人平台进行了分析，从实际应用角度对后期工作中需注意的问题进行了说明。针对RRT在已知静态环境中应用的局限性，为避免探索的盲目性，将RRT与边界启发式路径规划相结合，融入包围式搜索思想，并加入动态因素避障策略，提出了一种适用于室内服务机器人构建地图的探索方法HSRRT，并通过仿真验证了其可行性。在点线特征地图框架下，针对角特征点提取困难的问题，提出了逐步二分法；在直线提取过程中融入了Ransac算法，保证了直线特征的精确度；运用差分法实现了动态因素的提取；最终通过地图优化降低了存储空间，实现了一个完整的地图构建系统。在实验方面，通

5、过Matlab仿真实验验证了HSRRT算法的可行性；在地图构建方面验证了逐步二分法的实用性，并通过与三点预测法对比证明了其准确性高和重复性好；通过加入RANSAC前后直线拟合实验的对比，证明了本方法的准确性。用MbICP算法修正了里程计的打滑造成的相对误差影响，通过实验进行了证明，并提出一种用于修正里程计累积误差的方法，用于构建更准确的地图；通过实验证明了对动态因素的处理，在探索时对其避障，在构建地图时将其排除。关键词：服务机器人；主动探索；地图构建；点线特征地图；动态因素-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractWiththedevelop

6、mentofsociety,theservicerobotshaveenteredfamilygradually.Exploringunknowninteriorenvironmentindependentlyandbuildingmapsarethebasicfunctionsoftheservicerobots,soitisinevitabletobetheresearchfocusandthefirststeptorealizeautonomy.Fortheunknowninteriorenvironment,thispapercarriedou

7、tthefollowingworks:BasedontheRRT,thenewmethodisproposed,whichissuitabletobuildmapsfortheindoorservicerobots.Accordingtotheindoorenvironment,theextractionmethodsofthefeatureareimprovedontheframeworkofpointlinefeaturemaps,thenewanglefeatureextractionmethodisproposed.andtheextracti

8、onofdynamicfactorsisrealized,finally,thecomplet