使用三维栅格地图的移动机器人路径规划

针对移动机器人使用三维地图进行路径规划的问题,研究了使用三维栅格地图的路径规划算法.该算法将装载三维激光扫描仪的移动机器人得到的三维点云转换成为八叉树结构的三维栅格地图;扩展了D*算法使之考虑机器人的尺寸,检测每种位姿状态下是否与环境发生碰撞,生成多条可行路径可以在栅格地图中直接生成机器人的运动轨迹,保证运动过程中机器人自身及物体的安全.实验结果表明:该算法不需要对地图具有先验认识,并且考虑了机器人的实际尺寸,具有较强的可靠性和实用性,已经在真实环境中进行了实验.     

北斗导航辅助移动机器人同时定位和地图构建研究

针对未知环境下移动机器人实时构图和导航问题,将基于激光的环境特征提取和地图构建技术与北斗卫星导航相结合,设计了一种基于特征地图的移动机器人自主导航系统。利用激光提取环境信息,采用点和直线段进行环境表示,结合里程计进行定位,同时进行地图构建。然后在地图上关联北斗坐标,丰富地图信息,根据路径规划方法实现移动机器人自主导航。在Poineer3-AT机器人上实验表明:该方法能够快速提取直观的表示环境信息,并实现自主导航功能,有效提高了移动机器人导航能力。     

基于目标检测的室内动态场景同步定位与建图

为了提高室内动态场景下定位与建图的准确性与实时性,提出了一种基于目标检测的室内动态场景同步定位与建图（simultaneous localization and mapping, SLAM）系统。利用目标检测的实时性,在传统ORB＿SLAM2算法上结合YOLOv5目标检测网络识别相机图像中的动态物体,生成动态识别框,根据动态特征点判别方法只将识别框内动态物体上的ORB特征点去除,利用剩余特征点进行相机位姿的估计,最后建立只含静态物体的稠密点云地图与八叉树地图。同时在机器人操作系统（robot operating system, ROS）下进行仿真,采用套接字（Socket）通信方式代替ROS中话题通信方式,将ORB＿SLAM2算法与YOLOv5目标检测网络相结合,以提高定位与建图的实时性。在TUM数据集上进行多次实验结果表明,与ORB＿SLAM2系统相比,本文系统相机位姿精确度大幅度提高,并且提高了每帧跟踪的处理速度。     

移动机器人的导航定位和地图构建技术综述

在非结构环境或动态环境下,移动机器人必须学会如何导航。目前相关的研究主要集中于机器人定位和地图构建两个方面。本文介绍了移动机器人的主要特征和发展概况,分析了移动机器人定位技术的研究动态,总结了移动机器人地图构建的主流技术和发展趋势,为进一步的研究工作建立了基础平台。     

未知环境下移动机器人的同时定位和地图构建

针对未知室内环境下的自主移动机器人的同时定位和地图构建(SLAM)问题,通过激光测距仪来获取环境信息,采用室内环境直线特征的提取和匹配方法,使移动机器人能够自主定位,解决了里程计传感器在移动中所带来的不确定性误差,同时采用移动栅格法对全局地图更新,提高了系统运行速度.利用Pioneer-3移动机器人平台进行实验,得到了较完整的环境地图.实验结果表明了基于环境特征的移动机器人同时定位和地图构建方法的有效性和实用性.     

可移动坐标框架的智能车辆同时定位与建图

针对智能车辆在进行未知环境探测时,为实现完全自主需要解决同时定位与建图问题.基于扩展卡尔曼滤波器方法中较大的车辆方向角方差导致明显的不一致性,提出一种可移动坐标框架方法.在检测到新的特征时,将参考框架移动到车辆位姿处,使特征的初始方差与车辆位姿估计误差无关,同时车辆方向角方差由于仅受局部环境影响而始终保持为较小值,从而获得较好的一致性估计性能.人工环境和自然环境中的实验结果表明,该方法可以获得精确的车辆轨迹估计和环境特征地图.     

基于粒子滤波器的室内移动机器人自定位

针对里程计和超声波传感器构建地图时由于累积误差易造成的地图扭曲失真,引入红外定位传感器作为绝对路标信息,生成全局拓扑地图,并在此基础上利用贝叶斯理论进行局部栅格地图的构建,混合地图减小了里程计的累积误差,提高了地图的稳定性.在此栅格地图中,采用改进的粒子滤波器进行定位.基于大权值粒子及周围空间描述机器人位姿置的概率更大的思想,提出了大权值自适应算法,较好地解决了传统粒子滤波器迭代过程中的退化问题.实验结果表明,在250 cm×500 cm的区域内,绝对路标栅格定位方法能够准确生成地图,改进的粒子滤波器的定位误差小于2 cm.     

移动机器人同时定位和地图创建的一种新方法

为了实现室内环境中移动机器人的同时定位和地图创建,提出了一种新方法,该方法应用顺序蒙特卡罗方法,把定位和地图生成分成状态估计和参数估计,应用多粒子滤波器实现同时估计机器人位置和障碍物位置。环境感知采用机器人自身配置的声纳传感器,应用哈夫变换提取环境障碍物边界特征,用直线近似表示,并提出了一种可靠的特征匹配方法。Pioneer 2移动机器人在实际室内环境中完成的实验证明了该方法的可行性。     

基于情景经验与稀疏点云的移动机器人导航

针对稀疏点云地图用于自主导航任务的信息不充分问题,融合情景经验实现环境认知,提出一种基于情景经验与稀疏点云的移动机器人导航系统,获取全局最优路径,提高机器人导航精度.构建点云地图来保存环境显著路标.受人类基于情景经验方式导航启发,模拟经验积累过程,构建封装了场景感知、位姿信息和事件转移集的情景经验地图,实现机器人对环境在拓扑关系上的理解.结合环境稀疏点云地图定位机器人,根据情景经验地图规划路径与控制机器人行为.实验结果表明:该导航系统能够根据不同的导航任务规划出全局最优路径,并且具有较高的导航精度.     

基于多源融合式SLAM的机器人三维环境建模

为有效处理移动机器人三维环境地图创建过程的不确定误差,提高所建地图的准确性、完整性和一致性,本文提出了一种基于传感器信息融合和Rao-Blackwellised粒子滤波(RBPF)的移动机器人三维同时定位与地图创建 (SLAM)方法. 在建立传感器不确定性概率模型的基础上,通过贝叶斯滤波实现传感器数据的去噪,将激光与视觉传感器获取的环境信息在一定的规则下融合,在SLAM框架下实现具有纹理映射的三维环境地图创建. 实验结果表明所用方法的有效性. 多源融合式自主SLAM提供了更为丰富、完备、准确的环境模型.      

自主移动机器人定位方法的研究现状

介绍了当前自主移动机器人定位方法的研究现状，同时，对国外和国内具有典型性的研究方法进行了较详细的介绍，这对自主移动机器人定位方法的进一步研究具有一定的参考价值。     

基于粒子群优化的移动机器人SLAM方法

针对传统Rao-Blackwellized粒子滤波器存在的粒子消耗问题,提出了一种基于粒子群优化的移动机器人同步定位与制图方法. 该方法在粒子重采样过程中利用粒子群优化算法获得机器人位姿的建议分布,并引入遗传算法中的交叉和变异操作对求得的粒子集进一步优化、调整. 改进后的粒子分布保持了粒子的多样性,有效提高了机器人位姿估计的一致性. 仿真结果表明,本文提出的方法与传统Rao-Blackwellized粒子滤波器相比,能有效解决粒子耗尽问题,使机器人获得更精准的定位和更准确的地图,具有可行性、实用性.      

基于机器人操作系统的移动机器人激光导航系统

为了验证激光导航的先进性及机器人操作系统(robot operating system,ROS)的便捷性,进一步对机器人导航机理进行研究,提出了改进粒子滤波算法及改进A*路径规划,分别应用于地图构建和路径规划,并搭建了基于ROS平台的移动机器人导航试验平台,该平台具有低成本、高性能的特点。试验平台由上位机和移动机器人组成,上位机实现对机器人的控制,移动机器人配置有工控机和激光传感器,机器人通过激光传感器采集环境信息,为实现即时定位及地图构建功能提供数据支撑。研究并构建基于ROS的地图构建和自主导航功能包并通过实际环境进行试验验证。试验结果表明:构建功能包可用于机器人的激光导航中,该激光导航系统的可行且具有一定的稳定性与可靠性。     

基于地图的移动机器人定位技术新进展

综述了基于地图的移动机器人定位技术的研究现状，总结了定位过程中遇到的各种不确定性因素的成因，根据使用地图类型和推理手段对当前的定位方法进行归纳，并具体分析了几种典型方法的实现思想和各自的优缺点，阐述了移动机器人定位问题中存在的一般问题，指出了今后的发展方向。     

基于分布式无味边缘粒子滤波的同步定位与地图构建

针对复杂环境下同步定位与地图构建(SLAM)中分布式粒子滤波算法存在计算量大、粒子退化严重的问题,在分布式算法的基础上结合无味粒子滤波和边缘化算法,提出了一种基于分布式无味边缘粒子滤波的算法.该算法依据分布式思想将系统分解为多个仅包含部分状态量的子系统,各子系统均采用无味粒子滤波算法进行状态估计,通过边缘化算法优化无味粒子滤波算法的边缘分布函数,主滤波器融合各子滤波器的数据计算最终结果,克服了滤波精度低、计算复杂度高的问题.最后,通过仿真试验证明改进的分布式边缘粒子滤波算法能够抑制粒子退化现象,具有较好的实时性和滤波精度,是解决SLAM的新的有效方法.     

头盔式激光扫描系统WHU-Helmet

轻小型穿戴式激光扫描系统具有成本低、体积小、易操作的特点,为室内外一体化三维地理信息获取提供了一种可行方案,是传统移动测量系统的有效补充。相比现有手持及背包激光扫描系统,基于头盔的观测平台与用户视线保持方向一致,具有“所见即所得”的特点,让作业人员双手得到了解放。以自主研发的头盔式激光扫描系统“WHU-Helmet”为对象,设计了基于多尺度正态分布变换的LiDAR-IMU SLAM算法,实现了在室内外环境无缝的实时三维点云数据获取。以两个典型室内外环境为实验区域（办公楼、地铁站）,将“WHU-Helmet”获取的三维点云与地面式激光扫描系统获取的三维点云对比,平均误差小于0.44 m,均方根误差小于0.23 m,表明了头盔式激光扫描系统在室内外一体化三维测图中具有巨大的潜力。     

自主移动机器人的模糊智能导航

移动机器人在运动过程中所获得的传感器信息是动态且不确定的。移动机器人的控制采用了基于行为的结构，它能够克服环境的不确定性，可靠地完成复杂任务，且效率高，鲁棒性好。为了实现机器人在未知、动态、复杂环境下具有一定智能的自我决策的能力，利用模糊控制器来完成移动机器人的各种自主行为，所有被激活的行为采用分划方法来融合，可以很好地处理不确定的情况。最后通过仿真验证了该方法对移动机器人导航的有效性和可行性。