基于SLAM算法的轮式移动机器人的路径规划研究

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近年来,机器人技术被广泛的应用在农业、医疗、军事和科研等领域。对于自主移动机器人来说,如何使机器人准确规划出一条安全最优的路径?如何在自主导航时准确自定位?如何为移动机器人的自主导航精准避障?机器人定位建图、路径规划技术逐步成为机器人智能控制的研究重点。本文以自主搭建的轮式移动机器人为研究对象,从理论研究和工程应用方向入手,对基于激光雷达传感器的轮式移动机器人的地图构建和路径规划问题进行研究。利用ROS系统中的SLAM和navigation等功能包框架搭建机器人的操作平台,该平台主要包括传感器数据、坐标转换、SLAM、路径规划和移动机器人运动等五个部分。首先,在地图构建部分,对主流SLAM算法进行了详细的介绍与分析,通过对Gmapping和Hector算法在Gazebo仿真环境中所获取的数据对比分析,选择建图效果良好的Gmapping算法作为本课题地图构建的算法。其次,在路径规划部分,针对传统A*算法存在的内存占用严重和计算时间长等问题,对A*算法进行改进,在A*算法基础上引入跳点思想,增加一个预处理的过程,以此来减少A*算法对大量中间节点的不必要计算,从而大大减少了对openlist与closelist的维护,同时也降低了内存占用。在Matlab和Gazebo上对A*算法和改进A*算法进行仿真测试,结果表明该引入跳点思想的改进A*算法在保证寻路效率的同时规划出安全无碰撞路径,寻路时间得到了较大提高。最后,选取第三教学楼五楼走廊和521房间为应用测试场景。利用自主搭建的轮式移动机器人进行A*算法和改进A*算法路径规划测试,通过所获取的测试数据分析表明改进A*算法可以生成较优且光滑的路径,大大提高了寻路速度和实时性,达到实验预期效果。
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