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基于SLAM的能源型无人船自主导航和避障研究
| 论文题名： | 基于SLAM的能源型无人船自主导航和避障研究 |
| 关键词： | 无人船;自主导航;避障控制;SLAM技术;路径规划 |
| 摘要： | 无人船（UnmannedSurfaceVessel，USV）作为一种智能海洋载体和工具，可以帮助人们在复杂水面环境下更好地利用海洋。同步定位与建图技术（SimultaneousLocalizationandMapping，SLAM）可以为无人船自主导航提供实时的环境信息和位置信息，是无人船自主导航和避障的前提。自主导航作为无人船智能的重要特征，也需要我们对无人船定位和路径规划技术进行深入研究。本文尝试将SLAM技术引入到无人船中，使无人船能够借助激光雷达传感器，实现建图、定位以及自主导航和避障等功能。 首先，本文采用开源机器人操作系统（ROS）及其相关软件包作为无人船自主导航研究的软件平台。其硬件系统由激光雷达、高精度惯性导航仪以及底层的编码器和控制器组成。在硬件方面，本文还考虑了海洋环境下的能源效益，采用风光浪储能一体化驱动的智能化控制，主要提出了一种新颖的微风储能和波浪能转换装置，以充分获取可再生能源，提高电源的存储能力，从而满足无人船操作过程中控制采集等设备的能源需求，对无人船硬件系统搭建以及能源效益的设计为其后续的SLAM技术和导航避障提供了研究平台和能量供给。 其次，在定位方面，本文通过对基于RBPF的Gmapping算法和基于图优化的Cartographer算法进行建图以获取无人船的定位和建图信息，并对建图结果进行了分析，然后无人船采用A*路径规划算法来实现地图中的全局路径规划，并使用动态窗口法(DynamicWindowApproaches，DWA)来实现无人船的局部规划，最终使无人船能够避开障碍物并沿着最优路线到达目的地。 最后，通过上述软硬件平台，本文采用无人船搭载激光雷达，对无人船SLAM技术和导航避障技术进行了多个仿真场景测试实验。实验结果也验证了本文所使用的无人船SLAM定位技术和路径规划、导航和避障技术的可行性，为未来无人船技术的研究提供新思路。 |
| 作者： | 徐娜娜 |
| 专业： | 计算机技术 |
| 导师： | 陈添丁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 闽南师范大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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