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摘 要

随着机器人技术的快速发展，自主移动机器人在日常生活和研究工作中得到广泛的应用，比如太空探索、矿藏勘探和室内外清扫。实现机器人的自主移动需要具备定位、创建地图、路径规划等能力，这就需要同步定位与建图(SLAM)技术。SLAM技术可以创建环境地图和定位机器人自身位置，为机器人提供必要的环境信息，从而实现导航能力。另外，自主移动机器人的遍历路径规划是机器人研究领域的一个重要研究方向。在实际应用中，对于简单的环境，机器人能够进行完全的遍历，但是对于复杂的环境，有时单单靠自主移动机器人的“思维”不能很好的进行遍历，这时就需要人为的干预和控制。因此，研究三驱车的自主路径规划和控制功能具有重要的意义。

本文完成的主要工作如下：

（1）分析已知环境和未知环境下的遍历路径规划算法，结合实际应用的可能性与局限性，选择基于已知环境的遍历算法：Boustrophedon单元分解算法，然后实现该遍历路径规划算法，最后进行实际测试，验证算法的有效性。

（2）在编程工具vs2010 SP1上，利用微软MFC基础类库，创建简单的、友好的用户控制界面。目标是实现按钮控制小车执行动作，实时显示环境地图，并且能够对地图进行缩放和移动显示。

（3）利用提供的配套SDK软件开发包，在上述MFC界面工程中添加所需的资源和项目文件，并对其中调用的函数及其实现的功能进行简要的介绍。同时结合MFC界面工程，实现上述所说的目标。最后进行整体的实验测试，验证控制界面的便捷性和实用性。

关键词：自主移动机器人；遍历算法；路径规划；MFC界面；消息映射

THE ACHIEVEMENT OF AUTONOMOUS ROBOT PATH PLANNING AND CONTROL FUNCTION BASED ON LIDAR

Abstract

With the rapid development of robot technology, autonomous mobile robots are widely used in daily life and research work, such as space exploration, mineral exploration and indoor and outdoor cleaning. Autonomous mobile robot needs to have the ability to locate, create a map, path planning, etc. This requires simultaneous localization and mapping (SLAM) technology. SLAM technology can create the environment map and locate the position of the robot itself, so as to provide the necessary environmental information for robot, enabling navigation capability. In addition, the coverage path planning for autonomous mobile robot is an important research in the field of robot research. In practice, for a simple environment, the robot can complete coverage, but for a complex environment, sometimes just relying on autonomous mobile robot "thinking" can not be a perfect completely coverage, and it needs human intervention and control. So, it is great important to research the achievement of autonomous robot path planning and control function. The main work is summarized as follows:

(1) We analysis the coverage path planning algorithm in the known and unknown environment and select the coverage algorithm based on a known environment: Boustrophedon decomposition, combining with the possibilities and limitations of the practical application. Then, we achieve the coverage path planning algorithm in the program, and finally the actual test is carried out to verify the effectiveness of the algorithm.

(2) On the programming tool VS2010 SP1, we create a simple, user-friendly control interface using the Microsoft foundation class library(MFC). The goal is to achieve the control of the robot to perform action through the button, display the environment map in real-time, and that the map can be scaled and mobile displayed.

(3) We add the required resources and project files to the above interface project, using the provided supporting software development kit(SDK), and briefly introduce the function which are used. Meanwhile, we achieve the above mentioned goals combining with MFC interface project. Finally, the whole experiment was carried out to verify the convenience and practicability of this control interface.

KEYWORDS: autonomous mobile robot; coverage algorithm; path planning; MFC interface; message mapping

目录

基于激光雷达三驱车的自主路径规划和控制功能实现 I

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 自主移动机器人的研究现状 2

1.2.1 国内研究现状 2

1.2.2 国外研究现状 2

1.3 选题背景和意义 3

1.4 本文研究内容 4

1.4.1 SLAM的遍历路径规划应用 4

1.4.2 MFC界面实现 4

1.4.3 SLAMWare SDP框架编程 4

1.4.4 实验测试 4

第2章 遍历路径规划算法 5

2.1 已知环境 5

2.1.1 Trapezoidal单元分解算法 5

2.1.2 Boustrophedon单元分解算法 7

2.2 未知环境 9

2.2.1 基于拓扑图遍历算法 9

2.2.2 基于栅格遍历算法 10

2.3 本章小结 11

第3章 软件设计 13

3.1 系统框架 13

3.2 Slamware SDP功能 14

3.2.1 Slamware SDP具备的功能 14

3.2.2 课题实现的具体功能 15

3.3 MFC概要 16

3.3.1 .MFC应用程序框架 16

3.3.2 消息映射机制 16

3.4 slam小车控制界面设计 17

3.4.1 位图绘制和显示 17

3.4.2 滚动条控件 19

3.4.3 滚轮控制位图缩放 20

3.4.4 工具栏 22

3.4.5 按钮控件 22

3.4.6 本节小结 23

3.5 Slamware SDK的开发 24

3.6 遍历算法的实现 25

3.7 软件调试总结 27

3.7.1 调试手段 27

3.7.2 遇到的问题及其解决 28

第4章 Slam小车实验结果及分析 30

4.1 SLAMWare SDP实验平台 30

4.2 实验环境 32

4.3 实验结果及其分析 33

4.3.1 控制功能实验 33

4.3.2 遍历实验 35

第5章 总结与展望 37

5.1 工作总结 37

5.2 未来展望 38

参考文献 39

致谢 41

绪论

引言

机器人的出现是现代自动化技术与人工智能技术发展的典型体现。自主移动机器人是属于机器人中的一个重要的部分，其主要目的是研究在已知或者未知的复杂环境下机器人的实时自主控制和导航问题，涉及到运动控制与导航、目标识别与自身定位、路径规划、自主避障等关键问题。随着自主移动机器人技术的发展，室内自主移动机器人已经成为机器人研究的热点。近年来，传感器技术以及信息和图像处理等技术的提高，自主移动机器人取得了很大的发展，在实际环境中具备了一定的适应性。

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