【摘 要】
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随着科学技术的不断突破,智能机器人成为了最具代表性的科技产物之一,其中室内轮式扫移动机器人是最具有代表性的产品。但在定位精度、清扫路径等方面相比国外,国内还有很大的进步空间。同步定位与地图构建（Simultaneous Localization and Mapping,SLAM）是机器人智能化的前提,也是目前机器人领域研究的重点和难点。针对传统移动扫地机器人存在的工作效率低,环境采集精度低等缺陷,
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随着科学技术的不断突破,智能机器人成为了最具代表性的科技产物之一,其中室内轮式扫移动机器人是最具有代表性的产品。但在定位精度、清扫路径等方面相比国外,国内还有很大的进步空间。同步定位与地图构建（Simultaneous Localization and Mapping,SLAM）是机器人智能化的前提,也是目前机器人领域研究的重点和难点。针对传统移动扫地机器人存在的工作效率低,环境采集精度低等缺陷,本文使用激光雷达和改进往复式和A*算法进行设计和研究,提高工作效率。本文从定位、数据处理、路径规划进行多方面进行优化。整个系统思路是:首先通过激光雷达采集模块获取环境信息,然后通过串口通讯方式将信息上传到上位机进行数据处理和地图构建,在地图构建的基础上,根据机器人当前的状态和路径规划算法,上位机下达指令给下位机进行完成运行指令,完成预规划运行状态。主要研究内容主要分为:（1）首先对近些年来应用在此领域的避障、定位技术、信息融合技术、路径规划技术进行了分析与对比,结合实验目标选择合适的解决方案,秉承低成本、低耗能、工作效率高等指标,对研究目标进行模型构建分析。（2）硬件平台相关设计:以STM32单片机芯片为核心构成系统的微控制器模块,主要用来采集IMU、编码器等内部位姿信息经过滤波融合处理后进行航迹推算。利用激光雷达采集外部环境信息并建立栅格地图;近距离避障模块采用超声波传感器辅助传感器;（3）软件模块的主要设计:利用Keil5软件开发平台编写相关程序;采用基于扩展卡尔曼滤波和粒子滤波两级融合算法;树莓派3B+安装基于Linux的ROS系统,对激光雷达采集信息进行处理并建立环境地图;通过Matlab软件验证可行性。采用改进的往复式结合A*算法,应用于实验开发。本文实验验证了系统算法设计的可行性和信息采集的精准度。经测试激光雷达检测能够较高的环境检测精准度。在改进的路径规划算法下,根据实验获得数据分析获得覆盖率100%,重复率仅为1%,可行高效。通过实验室实验和仿真的数据相符合,该设计的整体效果符合本课题研究的初衷。
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