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《北京交通大学》 2018年
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基于激光雷达的机器人定位和3D环境建模技术研究

葛增晔  
【摘要】：定位是移动机器人应用中的关键技术。以此为背景,本文以单线激光雷达作为主要的环境感知传感器,结合IMU(Inertial Measurement Unit)搭建机器人定位和三维重建装置,开展移动机器人6DOF(Degree of Freedom)定位和3D环境建模方面的研究。主要工作如下:首先,对移动机器人定位所用到的坐标系和位姿变换进行介绍,坐标系主要包括世界坐标系、机器人坐标系和传感器坐标系;位姿变换主要包括旋转矩阵、欧拉角和四元数。接着阐述IMU基本原理,运动模型,以及如何通过运动模型计算两个离散采样时刻之间的相对运动,为下文依靠IMU数据矫正激光雷达点云以及处理环境退化做准备。然后,对单线激光雷达实现移动机器人6DOF实时定位和3D重建问题展开深入研究。包括单线激光雷达旋转云台设计、三维点云、局部里程计和全局里程计四个主要部分。激光雷达旋转云台能够使单线激光雷达获取三维空间信息;局部里程计可以通过点云特征点匹配计算移动机器人相对运动;全局里程计部分首先将局部里程计输出的点云进行矫正,矫正后的点云和全局地图匹配获得移动机器人在世界坐标系下的位姿,最后将全局里程计和局部里程计融合获得高频和高精度的移动机器人位姿。最后,基于单线激光雷达,IMU,ROS(Robot Operating System),编写算法程序进行移动机器人定位和3D环境重建实验。借助ROS可视化工具rviz将实验结果进行展示,并和LOAM算法结果进行比较。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP242

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【参考文献】
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