基于优化Hector-SLAM算法的机器人自主导航系统设计

作     者：汪建华 黄磊 石雨婷 张晓倩 祁良剑 WANG Jianhua;HUANG Lei;SHI Yuting;ZHANG Xiaoqian;QI Liangjian

作者机构：南京林业大学机械电子工程学院江苏南京210037 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(31901239) 南京林业大学2023年大学生创新训练计划项目(2023NFUSPITP0066) 

出 版 物：《工程设计学报》 (Chinese Journal of Engineering Design)

年 卷 期：2023年第30卷第6期

页      码：678-686页

摘      要：针对机器人在复杂地形环境下定位不准确、建图精度不高和误差堆积等问题,设计了一种基于优化Hector-SLAM(simultaneous localization and mapping,实时定位与建图)算法的自主导航系统,以实现机器人在及时躲避障碍物的同时准确到达目标点。首先,采用双三次插值法代替原有插值法,以解决Hector-SLAM算法在使用低精度激光雷达数据建图时易出现地图不清晰等问题,从而提升扫描匹配的精准度。其次,采用扩展卡尔曼滤波算法对里程计和惯性测量单元的数据进行融合,以提高定位的准确性。再次,针对激光点数据无法瞬时获得而机器人持续运动所导致的运动畸变问题,结合里程计辅助法与PL-ICP(point to line iterative closest points,点到线迭代最近点)配准法,以实现运动畸变的校正;同时,设置倾斜角阈值以消除地图重影,并利用A*算法和动态窗口法规划最优路径。最后,以AGV(automated guided vehicle,自主导引车)为例,在实际场景中开展建图实验和自主导航实验。结果表明,优化后自主导航系统的平均建图相对误差约为0.44%,最小建图误差为0.236 m,较优化前减小了0.041 m,有效地解决了因误差堆积和运动畸变而导致的建图不清晰问题,增强了AGV在复杂地形环境中的适应能力,实现了高精度定位。研究结果对提高移动机器人在室内多障碍物环境下的自主导航能力具有一定的理论和工程意义。

主 题 词：Hector-SLAM(实时定位与建图) 双三次插值法 运动畸变 消除重影 自主导航 

学科分类：08[工学] 081104[081104] 0803[工学-仪器类] 0811[工学-水利类] 

核心收录：

D　O　I：10.3785/j.issn.1006-754X.2024.03.161

馆 藏 号：203125241...