基于ROS的室内移动机器人自主导航技术.docxVIP

摘要

随着机器人技术的发展，近些年来室内移动机器人的研究热度越来越高。本文主要利用ROS操作系统对室内移动机器人的建图定位与自主导航关键技术进行研究。

ROS是目前开发较为完整具有广阔应用前景的开源机器人操作系统，具有分布式、模块化、代码复用等优良特点。同时ROS还提供了许多开源库，在这些库的基础之上研究同时定位与地图构建和机器人自主导航技术可以节省大量时间。

ORB-SLAM2是比较优秀的视觉SLAM算法之一，它具有计算量比较小、能够实时运行等优点。在介绍ORB-SLAM2的框架之前，首先会介绍视觉SLAM的一些基础知识，在此基础之上简要介绍ORB-SLAM2的前端和后端，最后在ROS环境下对该算法进行验证并和VINS-MONO进行对比。

机器人自主导航的核心可以归结为机器人的定位和路径规划。机器人定位解决机器人在环境中的位置问题，知道机器人的位置后利用路径规划技术寻找一条代价最小的路线完成机器人的自主导航。本文利用蒙特卡洛完成机器人定位，结合A*全局路径规划算法验证移动机器人的导航效果并和Dijkstra算法进行对比。

关键词：ROS、自主导航、视觉SLAM、路径规划

Abstract

Inrecentyears,withthedevelopmentofrobottechnology,researchonindoormobilerobotshasbecomeincreasinglypopular.Thisarticlefocusesonthekeytechnologiesofmapping,localization,andautonomousnavigationofindoormobilerobotsusingtheROSoperatingsystem.

ROSiscurrentlythemostcompleteopensourcerobotoperatingsystemwithbroadapplicationprospects.Ithasexcellentfeaturessuchasdistributedcomputing,modularity,andcodereuse.Atthesametime,ROSalsoprovidesmanyopensourcelibraries,whichcansavealotoftimeinresearchonsimultaneouslocalizationandmapping(SLAM)androbotautonomousnavigationtechnologybasedontheselibraries.

Inrecentyears,researchonvisualSLAMhasbecomeincreasinglypopular.Amongthealgorithms,ORB-SLAM2isoneofthebetterones,asithastheadvantagesoflowcomputationalcomplexityandreal-timeoperation.BeforeintroducingtheframeworkofORB-SLAM2,somebasicknowledgeofvisualSLAMwillbediscussed.Onthisbasis,thefront-endandback-endofORB-SLAM2willbebrieflyintroduced.Finally,thisalgorithmwillbevalidatedintheROSenvironmentandcomparedwithVINS-MONO.

Thecoreofrobotautonomousnavigationcanbeattributedtorobotlocalizationandpathplanning.Robotlocalizationsolvestheproblemoftherobotspositionintheenvironment,andthenusespathplanningtofindapathfromthestartingpointtotheendpointtocompletetherobotsautonomousmovement.T