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随着传感器等领域的技术进步,智能机器人系统开始应用在服务行业中,开辟了机器人自主服务的新领域,服务机器人的研究和开发如今越来越受到企业界和商业界的重视。本文将从实用和成本考虑,研究和开发室内助老/助残机器人的定位方法,开发软件结构及其定位模块,其中,机器人本地控制软件旨在设计实用有效的陪护机器人软件系统,控制服务机器人运行,通过人机交互界面,方便用户操作。
本文首先对移动机器人定位方法进行了综述,指出定位技术的研究重点和发展趋势。然后介绍了常用的机器人传感器,重点介绍了机器人配置的里程计和声纳传感器,分析了声纳传感器相对于激光传感器的优缺点。HHR-0303服务机器人配备了8组声纳,精度比较低,针对这种情况,一方面采用软件方法对声纳数据进行处理,对超过1m的声纳数据放弃处理:另一方面,由于声纳的散射角较大,使得声纳数据不够准确,本课题由于受声纳测量范围的限制,采用运行过程中只允许机器人转90°,使机器人有较多的声纳垂直于障碍物,从而使得数据的准确性有所提高。
然后详细分析了卡尔曼滤波算法和粒子滤波算法的优缺点,利用CARMEN平台对基于声纳的粒子滤波算法进行仿真,研究各种因素对定位的影响,仿真结果表明,机器人收敛速度较快,能够达到预期效果。
根据课题需要和实验室环境,结合卡尔曼滤波和粒子滤波算法的特点,针对陪护机器人配置的传感器的限制,对粒子滤波算法进行改进,选用基于高斯采样的粒子滤波算法。利用定位之初的障碍物信息估计机器人大体位置,随后进行高斯采样,加快粒子滤波收敛速度。
最后,本文在vc++环境下设计了机器人系统软件,包括仿真软件和控制软件两部分。能够实现环境地图读取、定位、路径规划等功能。在实验室环境下进行实验,主要做了定位和路径规划两组实验,通过对实验结果和数据的进一步分析讨论,验证了所提出方法的有效性。