基于RGB-D的移动机器人自主定位和运动规划与控制

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自主移动机器人通常搭载多种传感设备,用于获取自身以及周围环境信息,从而实现在空间环境中自主定位、障碍物自主检测与规避、路径规划与运动控制。虽然通过搭载多种传感器可以大幅提高系统精度和鲁棒性,但是同时也造成了系统复杂度和价格的提高,为自主移动机器人的研究设置了较高的门槛,同时也造成了系统成本居高不下,难以大规模普及。RGB-D传感器可以同时获得环境深度信息以及彩色图像信息,可以为上述问题提供一个好的解决方案。  首先,建立了由一个运动底盘、一个通用RGB-D传感器、一个移动运算平台组成的移动机器人系统。利用RGB-D信息,基于ROS平台,利用当前已经发展较为成熟的视觉SLAM方法实现了系统的自主定位,同时利用点云分割算法实现了系统的障碍物检测与识别,并利用反馈镇定算法实现了系统的运动控制。  其次,基于已建立的自主移动机器人平台,利用RGB-D传感器基于ORB-SLAM和GMapping算法实现了系统的自主定位、2D环境栅格地图创建,并在此基础上采用改进人工势场法实现了移动机器人的路径规划,利用二次规划方法获得可解析曲线,最后采用非线性跟踪控制器实现了移动机器人的运动控制。  最后,面向酒店服务任务,利用前文已建立的系统平台,进行系统综合,解决目前酒店等环境需要大量人力完成简单的传送任务的问题。基于ROS开源机器人操作系统,利用GMapping算法实现了离线2D环境栅格地图创建,并在此基础上实现了基于离线环境地图的自主定位、障碍物检测与规避以及运动规划与控制,利用计算机视觉完成了房间门牌的提取,采用Tesseract-OCR实现了对房间门牌号码的有效识别。  由此,本文通过采用单一通用RGB-D传感器,依靠视觉SLAM等方法,实现了移动机器人的自主定位和运动规划与控制,为移动机器人技术在家庭、医院、酒店和养老机构等环境下的应用提供了一种解决方案。
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