救援环境下移动机器人自主探索问题研究

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作者：

刘懿

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摘要：

城市搜救(USAR)是一项机器人面临的非常复杂的紧急任务.灾难发生后,机器人必须在短时间内探索整个未知环境,定位受困者并传回灾后现场信息.救援机器人研究的一个重要目标是使机器人具备自主执行搜救任务的能力.本文对救援环境下移动机器人环境自主探索问题展开研究,设计了相关算法,实现了机器人在救援环境中的三维位姿估计和高度地图创建,自主探索决策和路径规划等功能,并在多种典型的模拟救援环境进行了测试.本文所设计的算法成功应用于自主研制的NuBot救援机器人自主探索系统,在RoboCup救援机器人组自主挑战项目中表现优异.本文提出了多传感器信息融合的三维位姿估计和高度地图创建算法,通过单线激光雷达,RGB-D相机以及惯性测量单元等传感器,实现了机器人在救援环境中的自定位和高度地图创建,解决了二维同步定位与建图算法中三维信息缺失的问题.本文改进了基于"边界"的自主探索决策算法,以搜救任务为应用场景提出了基于探测范围的"边界点"检测算法,并且结合高度地图提出了一种评价路径崎岖程度的梯度代价,将其引入路径代价计算,有效改善了二维路径规划在复杂地形中的局限性,确保了机器人自主探索未知环境过程的安全性和有效性.

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