【摘 要】
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近年来,随着自动化、网络通信等技术高速发展,高度智能化的移动机器人开始在越来越多的行业中创造出重要价值。其中,室内环境中的移动机器人与人们关系最为密切,是移动机器人智能化发展的重要方向。移动机器人能够完成高度智能化工作的基础是实现精确稳定的快速定位导航。本文首先针对室内环境中的移动机器人定位技术进行了多方面分析对比。其中,超宽带（Ultra Wide band,UWB）定位技术具有范围广,精度高,
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近年来,随着自动化、网络通信等技术高速发展,高度智能化的移动机器人开始在越来越多的行业中创造出重要价值。其中,室内环境中的移动机器人与人们关系最为密切,是移动机器人智能化发展的重要方向。移动机器人能够完成高度智能化工作的基础是实现精确稳定的快速定位导航。本文首先针对室内环境中的移动机器人定位技术进行了多方面分析对比。其中,超宽带（Ultra Wide band,UWB）定位技术具有范围广,精度高,成本低的优势,但在非视距环境（Non Line of Sight,NLOS）中会产生较大的定位误差。基于激光雷达（Light Detection and Ranging,Li DAR）的定位技术具有运行稳定、定位精度高的优点,但当环境中出现透明介质如玻璃等材料,会使激光发散从而导致定位失效且该技术的成本较高。为充分发挥UWB与激光雷达定位导航技术的优势,克服各自存在的技术缺点,本文针对室内环境中的移动机器人,采用UWB和激光雷达组合定位导航的方式,提高室内移动机器人的定位精度,同时降低整体系统的成本。本文基于分布式系统的思想,构建了分布式UWB/激光雷达移动机器人组合定位导航模型。在本模型中设计了UWB和激光雷达定位导航子系统与数据融合子系统,各子系统间并行运行。其中,UWB定位子系统基于最小二乘估计算法对测距信息进行解算得出移动机器人的位置信息,激光雷达子系统在前期的地图构建基础上得到移动机器人位姿信息,两个子系统分别实现了对移动机器人的定位导航功能。同时两系统将定位及观测信息传入数据融合子系统进行数据融合,该子系统中使用本文提出的数据融合滤波算法得到数据融合滤波后的位姿信息,从而实现更高精度的UWB/激光雷达的组合定位。本文设计并搭建了移动机器人组合定位导航系统平台,平台分为硬件部分和软件部分。基于搭建的多传感器移动机器人底盘硬件部分,本文采用C++语言,通过ROS-QT联合开发的方式编写了可视化操控软件,实现与硬件部分的可视化交互。本系统通过无线局域网通讯的方式,实现了在远程端对传感器观测信息的采集、移动机器人底盘的控制以及对数据的实时解算显示等功能。最后,本文对于组合定位导航模型中数据融合子系统,提出了基于UWB/激光雷达组合定位导航的双粒子滤波算法。算法针对UWB定位的非视距误差和激光雷达的定位误差,将UWB的测距信息和激光雷达的观测信息作为观测量,通过两个粒子滤波器的不同状态模型,实现UWB和激光雷达的组合定位导航数据融合。为了对算法进行验证,本文设计了室内移动机器人运动实验。通过实验结果证明,本文所提算法在X和Y方向将移动机器人的定位误差缩小了40%～60%。在此基础上,本文将所提数据融合滤波算法集成入搭建的组合定位导航系统平台操控软件部分,实现了对移动机器人的数据融合实时滤波,并在软件中将移动机器人滤波后的组合定位位置实时显示。
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