Samanaikainen lokalisaatio ja kartoitus pyörivällä 2D-LiDARilla

Abstract

Samanaikainen lokalisaatio ja kartoitus eli SLAM on ongelma, jossa robotti kartoittaa ympäristöään ja seuraa sijaintiaan ympäristössä erinäisten antureiden avulla. Tässä työssä kartoitukseen käytettiin edullista, noin 100 euron kaksiulotteista LiDAR-skanneria. Työssä selvitettiin, mitä tarvitaan toimivaan SLAM toteutukseen sisätiloissa, kun käytössä on vain LiDAR-skannerilta saatava tieto. Työssä tutustuttiin aluksi työhön liittyviin asioihin, kuten LiDARiin, SLAMiin ja lokalisaatioon kirjallisuuskatsauksen muodossa. Tämän jälkeen vertailtiin muutamaa SLAM- ja lokalisaatioalgoritmia. Aiemmin tehtyjä tutkimuksia algoritmien toimivuudesta verrattiin omiin havaintoihin, koska tehdyissä tutkimuksissa oli käytetty erilaista laitteistoa. Algoritmien testaukseen ja lopullisen mobiiliyksikön toteutukseen käytettiin ROSia eli Robot Operating Systemiä sen monipuolisuutensa takia. Laitteistona toimivat työssä RPLiDAR A1M8 LiDAR, Raspberry Pi 4 ja tietokone. Mittauksista havaittiin, että useat algoritmit olisivat sopivia käyttötarkoitukseen, mutta paras vaihtoehto käytetyllä laitteistolla oli Cartographer, koska se oli varmimmin toimiva ja helppokäyttöinen hyvän dokumentaation ansiosta. Erilaisella laitteistolla jokin toinen algoritmi olisi kuitenkin voinut olla parempi vaihtoehto. Lopuksi toteutettiin mobiiliyksikkö, joka käytti LiDARia Raspberry Pi:llä ja toista tietokonetta karttojen muodostamiseen ja näyttämiseen Cartographerilla. Mobiiliyksikkö pystyi kartoittamaan tilaa ja selvittämään sijaintinsa aiemmin tallennetulla kartalla. Mobiiliyksikköön lisättiin myös painikkeet kartoitus- ja lokalisaatiotilojen ohjaamisen helpottamiseksi.