基于激光云点的户外环境机器人地形倾斜模型

摘要

激光扫描仪系统在近年的户外环境检测中得到了很广泛的应用。很多人都在利用激光扫描仪完成户外机器人的定位或者路径规划的研究。要完成户外的任务,就得对户外的环境进行提取,但是户外的地形环境情况复杂多变,提取出真实有效的地形信息是一个难题。如果直接利用激光扫描仪的三维的数据云点表示环境,将会占用大量的存储空间以及计算的时间,进而不能在大规模环境中得到运用。因此建立一个准确高效的机器人地形模型用于户外定位和路径规划等研究将会有深远的意义。
　　本文中提出的是一种利用激光数据云点建立户外环境中机器人地形倾斜模型(Robot Terrain Inclination模型,简称RTI模型)的方法。在机器人的路径已知的情况下,该模型的定义描述的是关于机器人的姿态(偏航角、俯仰角、翻滚角)与环境位置之间的关系。其中,机器人的俯仰角和翻滚角由推导公式计算,而偏航角由已知的路径决定。为了建立该模型,需要在得到环境激光扫描仪数据点的基础上,完成地面点与非地面点的分离,并根据提取出的地面点信息建立机器人地形倾斜模型。
　　为了对整个系统的可靠性和实用性进行初步验证,在户外进行了实验。将计算值与IMU惯性测量单元测得的参考值进行比较,两者在误差允许范围内有很好的吻合。表明本文提出的模型方法能很好的描述机器人的姿态与位置之间的关系,并且可以在未来的机器人户外的可穿越性分析以及辅助定位中得到很好地应用。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1课题背景及研究的意义

1.2相关技术研究现状

1.3论文的贡献

1.4论文的结构

第2章 激光扫描仪数据的处理

2.1引言

2.2激光扫描仪数据的获取

2.3地面点的提取

2.4地面点的插值

2.5本章小结

第3章 机器人地形倾斜模型的提取

3.1引言

3.2地形倾斜角的提取

3.3本章小结

第4章 户外实验设计和分析

4.1前言

4.2实验平台

4.3短距离实验

4.4长距离实验

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

声明

致谢