融合视觉和惯导的机器人自主导航研究

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可变室内环境下执行探测任务是移动机器人在救援救灾领域上的重要应用,其可完成环境中点到点的探测任务,将灾难环境内部信息传递至救援人员,协助开展救援任务。因此,研究具有环境感知、决策判断以及行为执行能力的移动机器人有重要意义,而SLAM(同步定位与地图创建)与导航技术是移动机器人完成该任务的技术核心与关键。本文根据探测任务的需求分析,设计并实现了搭载双目相机和惯性测量单元IMU的SLAM与导航系统。首先,对可变室内环境中点到点探测任务进行需求分析,将SLAM与导航系统进行模块化设计,保证系统的可扩展性。两个子系统可独立运行,并通过消息总线的机制进行通信。SLAM子系统实现移动机器人在未知室内环境中定位与建图。先利用光流跟踪的方法比较相机采集的相邻帧图像信息得出相机初始运动估计,再将IMU偏差项纳入优化项进行联合优化,得出更精确的运动估计结果。同时,基于图像深度信息和运动估计信息创建增量式环境地图。导航子系统实现移动机器人安全前进至目标探测点开展环境探测任务。使用Dijkstra或*A算法规划出从当前位置到目标位置的全局最优路径;在沿轨迹前进过程中继续感知周围环境,使用改进DWA局部路径规划算法避开动态障碍物,安全到达目标点。最后将本文设计的SLAM与导航系统部署在双轮差速移动机器人上在实际场景下进行测试,并对实验结果进行分析。实验结果表明,该系统可在陌生室内环境中实现自身定位,同时创建出精度高、全局一致性好的环境地图,并可在前往目标点的过程中避开动态障碍物,具有良好的实时性和有效性。
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