Autonomous Navigation System of Indoor Mobile Robots Using 2D Lidar

移动机器人 计算机科学 运动规划 里程表 激光雷达 随机树 人工智能 同时定位和映射 机器人 颗粒过滤器 计算机视觉 路径(计算) 实时计算 卡尔曼滤波器 地理 遥感 程序设计语言
作者
Jian Sun,Jie Zhao,Xiaoyang Hu,Hongwei Gao,Jiahui Yu
出处
期刊:Mathematics [MDPI AG]
卷期号:11 (6): 1455-1455 被引量:17
标识
DOI:10.3390/math11061455
摘要

Significant developments have been made in the navigation of autonomous mobile robots within indoor environments; however, there still remain challenges in the face of poor map construction accuracy and suboptimal path planning, which limit the practical applications of such robots. To solve these challenges, an enhanced Rao Blackwell Particle Filter (RBPF-SLAM) algorithm, called Lidar-based RBPF-SLAM (LRBPF-SLAM), is proposed. In LRBPF, the adjacent bit poses difference data from the 2D Lidar sensor which is used to replace the odometer data in the proposed distribution function, overcoming the vulnerability of the proposed distribution function to environmental disturbances, and thus enabling more accurate pose estimation of the robot. Additionally, a probabilistic guided search-based path planning algorithm, gravitation bidirectional rapidly exploring random tree (GBI-RRT), is also proposed, which incorporates a target bias sampling to efficiently guide nodes toward the goal and reduce ineffective searches. Finally, to further improve the efficiency of navigation, a path reorganization strategy aiming at eliminating low-quality nodes and improving the path curvature of the path is proposed. To validate the effectiveness of the proposed method, the improved algorithm is integrated into a mobile robot based on a ROS system and evaluated in simulations and field experiments. The results show that LRBPF-SLAM and GBI-RRT perform superior to the existing algorithms in various indoor environments.

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