- 學位論文
基於雷射測距之機器人室內導航技術
The indoor navigation for mobile robots with a laser range finder
摘要
智慧型機器人用於室內導航的技術日益受到重視，傳統的室內導航技術，如循線導航、Wifi訊號強度定位或影像辨識等方式，已被廣泛運用在貨物搬運、倉庫管理等應用上，以上幾種導航方式其機器人行為及路線皆為固定模式。但此種室內導航技術，均需對室內場地事先進行勘查與佈建後方能運作。如機器人地面路徑規劃、Wifi基地台配置與調校等，皆無法在未知室內環境達到導航的目的。因此在未知室內環境導航技術漸成主流，而在目前主流的室內導航技術中，以雷射測距的導航方式最為精確，且不易受到磁場、光線等外在因素影響。因此本研究將選用此一技術作為主要發展方向。 本研究將以嵌入式系統與雷射測距儀(RPLIDAR)進行室內機器人導航之探討。包括：360度雷射掃描、地圖融合、導航與避障整合及導航路徑規劃等相關技術之探討，基於以上研究，提出一新穎之室內導航暨主動地圖繪製方法。在本論文中，我們實作出以下的相關技術，包括行動機器人面對角度與距離控制、未知環境下主動地圖繪製、自身位置感知、路徑規劃導航等相關領域，並與相關既有研究進行比較，最終提出可以透過行動裝置之觸控螢幕進行簡易操作，並能在室內環境主動前往指定目標的機器人。 而本研究利用雷射測距儀所掃描未知室內地圖的周邊環境，並且依靠著機器人的移動到不同的地點存取該方位的子圖，而每張子圖之間皆有相關性並且是有順序的產生的，而機器人是依靠著步進馬達可以精準移動的特性並且搭配本研究提出的地圖融合演算法將兩子圖融合起來，而當子圖漸漸融合成室內地圖的完整環境後，繪製地圖的部分即算完成。 然而在室內地圖完成後，可以透過雷射測距儀所掃描的地圖並且搭配本研究所提出的自身位置偵測演算法取得機器人目前位置，然而在導航途中，若導航路徑上遇到障礙物可以透過本研究所提出的自主路徑規劃演算法，可以規劃有效的路徑閃避障礙物並成功導航至終點。
並列摘要
With the trend of smart robots are using, the technology of indoor navigation is becoming an important research area. Traditional passive indoor navigation technologies, such the line leader, WIFI navigations and Image recognition, generally need beforehand indoor environment exploration. Therefore active technologies of indoor navigation are growing into the main stream. Common active indoor navigations include ultrasonic detection, infrared detection, and image recognition and laser range finder (LRF). Among these navigation methods, a laser range finder could supply the most exact data of the distance between robots and obstacles without the interferences of magnetic field and various lights. In this research, we combine the embedded systems and laser range finder to do indoor robot navigation. Include map integration, 360 degrees scan technology, integrated navigation with obstacle avoiding and route planning, etc. Based on these researches, we propose a new and original indoor navigation method in our study.