3. 機(jī)器人硬件軟件平臺(tái)
我們的長(zhǎng)期目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一個(gè)可以在我們周?chē)ぷ鞑椭藗兊囊苿?dòng)機(jī)器人系統(tǒng)展东。 開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)原則是每個(gè)硬件和軟件組件既可以作為單個(gè)模塊，也可以作為集成系統(tǒng)的一部分灭红。 為了實(shí)現(xiàn)這一原理，這些硬件組件使用螺釘和可調(diào)框架組裝，而軟件平臺(tái)則使用機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）[24]。
圖3顯示了我們機(jī)器人的硬件平臺(tái)嗜暴。 它包括一個(gè)Segway RMP100移動(dòng)基座，一個(gè)位于上部基座的ASUS Xtion议蟆，一個(gè)安裝在底座上的Hokuyo UTM-30LX激光掃描儀闷沥，以及一個(gè)配備2GHz Intel Core i7-4510U，16GB內(nèi)存（不帶GPU）的DELL筆記本電腦咐容。
該軟件系統(tǒng)在Ubuntu版本14.04LTS操作系統(tǒng)之上的ROS Indigo版本中實(shí)現(xiàn)舆逃。 3D仿真實(shí)驗(yàn)在Gazebo [25]上進(jìn)行。 圖2說(shuō)明了高級(jí)軟件架構(gòu)戳粒，軟件架構(gòu)的詳細(xì)關(guān)鍵組件將在第4和第5節(jié)中描述路狮。
4. ENVIRONMENT REPRESENTATION(？創(chuàng)建環(huán)境)
一致且準(zhǔn)確的環(huán)境表示是自主系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分享郊，因?yàn)樗勺鳛檫\(yùn)動(dòng)規(guī)劃的輸入，為機(jī)器人生成無(wú)碰撞和最佳運(yùn)動(dòng)規(guī)劃孝鹊。
A. 用車(chē)輪里程計(jì)炊琉，2Dlaser和RGBD相機(jī)建圖
3D建圖流程通常由定位和建圖組件組成。 定位是估計(jì)機(jī)器人位姿的過(guò)程又活，而建圖（或融合）涉及將新的傳感器觀測(cè)結(jié)合到環(huán)境的3D重建中苔咪。 為了克服基于視覺(jué)的SLAM在環(huán)境缺乏局部特征時(shí)不穩(wěn)定的挑戰(zhàn)，我們同時(shí)使用車(chē)輪里程計(jì)柳骄，2D激光和RGB-D相機(jī)以相互補(bǔ)充团赏。
我們的3D 建圖框架建立在Karto SLAM [26]的基礎(chǔ)之上，這是一種2D魯棒的SLAM方法耐薯，包含掃描匹配舔清，回環(huán)，稀疏姿勢(shì)調(diào)整(Sparse Pose Adjustment)[27]作為位姿優(yōu)化和2D占用網(wǎng)格構(gòu)建的求解器曲初。 Karto SLAM從激光測(cè)距儀和車(chē)輪測(cè)距儀中獲取數(shù)據(jù)体谒。 它是現(xiàn)實(shí)世界中性能最好的支持ROS的SLAM技術(shù)，與其他2D SLAM方法相比臼婆，受噪聲影響較小[28]抒痒，如gmapping [29]，HectorSLAM [30]和GraphSLAM [10]颁褂。
我們發(fā)現(xiàn)不能使用Karto SLAM的默認(rèn)2D占用圖(occupancy map)可靠地表示不均勻的環(huán)境故响，我們構(gòu)建了基于OctoMap的環(huán)境[31]傀广。 它是一種概率，靈活彩届，緊湊的3D建圖方法伪冰，可以代表自由，占用和未知的環(huán)境惨缆。 在每個(gè)單步時(shí)間糜值，該算法使用RGB-D傳感器接受環(huán)境的點(diǎn)云，并使用2D激光和車(chē)輪測(cè)距法接收來(lái)自Karto SLAM的定位信息坯墨。 圖4(b)顯示了由我們的3D建圖生成的模擬世界的OctoMap表示寂汇。 請(qǐng)注意，自由空間在實(shí)驗(yàn)中明確建模捣染，但為清楚起見(jiàn)未在圖中顯示骄瓣。
B. 多層地圖和可穿越地圖(Multilayer maps and traversable map)
在如上所述由OctoMap表示環(huán)境之后，OctoMap從底部到頂部切割耍攘，具有多個(gè)層榕栏，具體取決于環(huán)境和所需的準(zhǔn)確度。 然后將這些多層集成到可遍歷的地圖中蕾各，這對(duì)于機(jī)器人進(jìn)行導(dǎo)航是安全且有效的扒磁。 多層地圖和可遍歷地圖都表示為2D網(wǎng)格占用地圖，其中黑色表示占用空間式曲，白色表示自由空間妨托，灰色表示未知空間。函數(shù)F用于標(biāo)記地圖可穿越性并確定區(qū)域是否可穿越：
