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基于Unitree Go2 Edu的图书馆服务机器人自主导航系统
基于Unitree Go2 Edu的图书馆服务机器人自主导航系统

作者: Aoduo Li, Haoran Lv, Bingquan Ou 等6人
arXiv: 2606.03340v1
分类: cs.RO
📝 论文摘要
图书馆需要自主机器人在狭窄通道中安静移动,同时在读者、椅子、书包和手推车周围保持安全。本文为配备4D激光雷达、前置深度摄像头和IMU的Unitree Go2 Edu四足机器人设计了一套ROS 2导航系统。我们未假设图书馆为崎岖地形,而是针对实际部署中常见的移动连续性中断问题,包括地面过渡、临时杂乱物以及低底盘轮式平台难以适应的部分堵塞通道。系统采用RTAB-Map实现视觉-激光雷达SLAM,基于AMCL和EKF的传感器融合提供定位,搭载A*和DWA算法的Nav2栈支持路径规划与局部避障。在真实图书馆环境中,系统在静态、低密度动态和高密度动态场景下的成功率分别达到100%、96%和88%;通过与测量控制距离进行地图验证,平均度量误差为3.7厘米。

📊 核心分析

🎯 研究动机
- 图书馆需要**自主移动机器人** 在狭窄过道安静、安全地穿梭,避开读者、椅子、包和手推车 - 实际部署中存在**移动性不连续(mobility discontinuities)** 问题,如地板过渡、临时杂乱、部分阻塞通道 - 低底盘轮式平台对这类场景适应性差,现有方法多假设图书馆为粗糙地形,未解决实际障碍
🔧 核心方法
- 基于**ROS 2** 构建导航系统,搭载**4D LiDAR**、前置**深度相机(depth camera)** 和**IMU** (惯性测量单元) - 使用**RTAB-Map** 进行**视觉-激光SLAM(visual-LiDAR SLAM)**,结合**AMCL(自适应蒙特卡洛定位)** 和**EKF(扩展卡尔曼滤波)** 实现传感器融合定位 - 采用**Nav2** 导航栈,集成**A*算法**进行全局路径规划,** DWA(动态窗口法)**进行局部避障
💡 核心创新
- **针对真实图书馆场景**,聚焦地板过渡、临时杂物、部分阻塞通道等**移动性不连续(mobility discontinuities)**,而非假设粗糙地形 - **多传感器融合**:视觉、激光雷达、惯性传感器的紧耦合提升定位鲁棒性 - **高成功率验证**:在真实图书馆静态、低密度动态、高密度动态场景分别达到**100%、96%、88%** 的成功率,体现了对复杂动态环境的适应能力
🏆 总体贡献
- 为图书馆服务机器人提供了一套完整的**自主导航方案**,基于商用四足机器人Unitree Go2 Edu - 系统在真实环境中验证了**高可靠性与精度**:地图均方误差仅**3.7 cm** - 填补了面向**狭窄、动态室内空间** 中低底盘不可通行场景的导航空白,可推广至类似场所(如博物馆、医院)