【摘 要】
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随着时代的发展,科技不断地进步,移动机器人已经成为当下社会生产、生活中重要的角色。移动机器人的同时定位与环境地图的创建（SLAM）是当下移动机器人技术研究的热点之一,也是实现移动机器人可以在环境中自主化、智能化移动并完成指定任务的关键技术。对于当下疫情防控使用移动机器人来帮助减轻医护人员的工作强度,降低感染风险的迫切需求,本论文针对医院隔离这种特殊场景改进SLAM算法并搭建了移动机器人实验平台,实
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随着时代的发展,科技不断地进步,移动机器人已经成为当下社会生产、生活中重要的角色。移动机器人的同时定位与环境地图的创建（SLAM）是当下移动机器人技术研究的热点之一,也是实现移动机器人可以在环境中自主化、智能化移动并完成指定任务的关键技术。对于当下疫情防控使用移动机器人来帮助减轻医护人员的工作强度,降低感染风险的迫切需求,本论文针对医院隔离这种特殊场景改进SLAM算法并搭建了移动机器人实验平台,实现了移动机器人可以在特征相似度高,封闭性强的医院隔离病房或大规模隔离方舱等疫情防控特殊环境下完成自主导航的需求。本文主要研究内容如下:（1）对移动机器人的SLAM问题给出了数学描述,之后对移动机器人的运动学、里程计、惯性测量单元（IMU）的原理进行了研究并建立了相应的数学模型,针对惯性测量单元（IMU）在实际使用过程中存在的噪声影响给出了校准方法并进行了实际标定。研究了激光雷达的三角测距原理,建立了激光雷达的观测模型。对于移动机器人构建环境地图的几种表示方法做出了对比讨论,并推导证明了栅格地图的三种构建算法。（2）针对三种类型的SLAM代表算法进行了基础理论研究,推导了算法执行的基本原理,重点研究了Cartographer算法框架,针对原始Cartographer算法在医院隔离等特殊需求场景下鲁棒性降低、计算资源消耗增大、回环检测错误数增加等问题进行了改进优化,提出加入延时决策机制来减少不必要的回环检测、优化计算效率并减少回环检测的错误。提出一种匀加速的假设方法来降低前端位姿估计的误差从而来配合在一定时间内回环检测次数相对减少,同时保证移动机器人对环境地图构建的正确性和移动机器人在运动过程中位姿的精确度。在Gazebo仿真平台对三种类型的SLAM算法及改进后的Cartographer算法进行了建图效果对比分析。（3）对比研究Dijkstra算法和原始A*算法之后,针对原始A*算法在实际使用过程存在的规划出路径会使机器人和障碍物发生刮蹭、规划出的路径平滑程度较低等问题进行了改进优化,重新确定了评价函数,提出了新的子节点筛选方法。针对本文研究的移动机器人特殊使用场景中避障的需求,研究了局部路径规划动态窗口算法（DWA）并在MATLAB中进行了仿真验证。（4）搭建了移动机器人实物平台,选取了不同类型的环境场景分别使用Cartographer算法和改进优化后的Cartographer算法进行建图来验证改进后的算法对于特殊场景的适用性。
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