在机器人两轮差速运动模型分析的基础上,根据运动模型的航迹演算公式可实时计算机器人轨迹姿态。基于机器人操作系统架构平台设计了机器人本体、机器人底座、驱动液压马达、导向轮、激光雷达等7个关节和连接的结构模型。各机器人关节坐标系变换关系经过Tf实时发布,用于计算机器人位置坐标信息。针对液压机器人没有配备编码器和视觉系统的不足,系统采用2D平面激光里程计模型(RF2O),通过建立连续激光扫描点对距离的流约束方程获得机器人平面运动估计,进而得出激光雷达的速度和机器人实际运行轨迹。设计了自主导航软件系统,实现了导航地图构建、定点任务导航和多机器人管理等功能,并对机器人定位导航精度进行了测试,分析对比多次指定位置和导航位置的数据差异,结果表明机器人导航定位精度达到设计要求。

定位技术是机器人技术中导航控制和路径规划的关键问题,传统定位方式采用全球定位系统(GPS),难以完成精准的定位导航功能,不依赖于GPS的定位导航方法是目前机器人领域的研究热点。提出一种基于激光雷达采集的点云信息帧间匹配方法,根据改进式激光点云数据的位姿估计算法,结合非线性优化进行了校正和优化,完成移动机器人对未知环境的精确定位。通过ROS机器人操作系统搭建实验平台,对改进算法进行验证,证明改进后帧间匹配算法的建图和定位效果对应的鲁棒性与定位精度效果更佳,可满足工程要求。

针对清雪机器人在未知环境中缺乏环境感知能力和自主规划路径等问题,研究基于机器人操作系统(ROS)结合激光雷达的同时定位与建图技术(SLAM)、路径规划技术,确定清雪机器人的研究思路。采用基于改进Rao-Black⁃wellized粒子滤波SLAM用于机器人在未知环境中实现同时定位和建图,通过激光雷达扫描匹配建立栅格地图,采用A^(∗)和DWA算法对建立的栅格地图进行全局路径规划和局部动态避障,并通过自主开发的清雪机器人作为实验平台验证可行性。结果表明:在实际环境中,基于激光雷达的同步定位与建图有效解决了清雪机器人位姿估计和地图构建问题,清雪机器人能够按照指定清雪路线移动,并避开实时出现的障碍物,验证了清雪机器人设计的可能性。