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全向移动底盘的自主导航技术研究
| 论文题名： | 全向移动底盘的自主导航技术研究 |
| 关键词： | 全向移动底盘;自主导航;RRT算法;路径规划 |
| 摘要： | 随着移动底盘技术的发展，自主导航底盘越来越多的被应用于家居、医疗、救援和工业生产当中，推动着社会生产力的发展。然而，在工厂这种复杂环境下，非全向轮底盘受其运动模型限制，在狭窄的室内空间应用效果不理想，同时，在导航方式方面，传统的移动底盘轨道固定、智能化程度低，所以移动底盘的自主导航研究成为目前的研究热点。因此，本文针对室内工厂环境，对全向移动底盘的自主导航技术进行研究。本文的主要研究工作如下： 首先，研究了移动底盘、导航技术、激光SLAM和路径规划的研究现状，对全向导航底盘进行系统建模。介绍了基于ROS导航框架的软件系统和基于传感器与处理器的硬件系统，针对麦克纳姆轮式全向底盘，建立了本文所用移动底盘的正逆运动学模型，研究了包括里程计模型和激光雷达模型的传感器模型，并对导航系统中所用到的坐标系转换模型进行了介绍。 其次，应用全向轮底盘对室内环境进行SLAM建图。描述了SLAM问题模型，针对全向轮底盘的具体传感器配置，分析对比了两种适用的主流SLAM建图算法，选择更为合适的Gmapping算法作为导航系统中的建图算法。对Gmapping算法原理进行探究，针对本文采用的底盘平台的传感器配置特性和误差问题，改进Gmapping算法所用particle粒子数和扫描匹配阈值Score，提高建图精度，进行建图试验验证改进Gmapping算法效果。 然后，研究并改进了自主导航系统的全局规划算法。介绍了快速搜索随机树（RRT）算法及其主流变种算法，针对RRT算法存在的问题，本文提出改进RRT*算法，包括将目标偏向的RRT和渐进最优的RRT*融合提出G-RRT*算法，解决RRT算法收敛速度慢、路径非最优的缺点；提出膨胀处理思想，解决路径离障碍物过近问题；提出路径剪枝思想解决冗余点过多问题；提出曲线平滑思想解决路径曲折问题，最后通过多组仿真对比试验验证了本文所提出的改进RRT*算法的可行性、优越性与鲁棒性。 最后，进行全向轮底盘的导航设计与试验。介绍了本文所用的全向移动试验平台，设计了本文的导航系统框架，完成了基于ROS的导航系统参数配置和改进算法编写。通过蒙特卡洛定位试验与在无障碍物、有障碍物和动态障碍物环境下的自主导航试验，验证了本文所提出的全向轮底盘自主导航系统的可行性与鲁棒性。 |
| 作者： | 王韩 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 赵立军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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