【摘要】：隨著移動機器人朝自主化及智能化的方向發(fā)展,其自主導航能力將越發(fā)的重要。自主導航依賴環(huán)境地圖的參與,而即時定位與地圖構建(Simultaneous Localization and Mapping簡稱SLAM)賦予了移動機器人構建地圖的能力。SLAM是指移動機器人在位姿信息未知及缺少先驗地圖的情況下,依賴自身攜帶的傳感器,獨立地同時完成自身位姿的估計及環(huán)境地圖的構建。由于移動機器人定位與建圖之間的相互依賴,使得SLAM問題極具挑戰(zhàn)性,因此對移動機器人SLAM進行研究具有重要理論及現實意義。傳統(tǒng)的基于擴展卡爾曼濾波器的SLAM算法(EKF-SLAM)、基于粒子濾波器的SLAM算法(PF-SLAM)及基于圖優(yōu)的SLAM算法(Graph-SLAM)都存在地圖一致性、閉環(huán)及大尺度環(huán)境實時地圖構建等問題。針對上述問題,本文進行了深入研究,主要工作內容及創(chuàng)新點如下:(1)針對SLAM過程中存在的一致性問題,提出了一種基于分層優(yōu)化的SLAM算法。該算法在Graph-SLAM框架下,采用子地圖作為圖的節(jié)點,并使用樹結構組織增量式節(jié)點位姿,通過對節(jié)點樹進行全局優(yōu)化將檢測到的閉環(huán)誤差分配至限定的環(huán)路節(jié)點,并經節(jié)點子地圖內部優(yōu)化,進而消除了子地圖內部及子地圖之間的不一致性。(2)針對EKF-SLAM依賴預先定義的模型來提取特征,使得算法受限于特定的環(huán)境及算法生成的特征地圖環(huán)境信息缺失嚴重等問題,對其進行了改進,提出了一種不依賴具體幾何模型的基于激光幀特征的EKF-SLAM算法用于子地圖的構建。結合直接幀匹配SLAM算法與PF-SLAM的優(yōu)點,提出了一種基于粒子濾波器的爬山幀匹配SLAM算法用于子地圖的構建。(3)提出了一種基于前瞻的子地圖分割方法。分析了傳統(tǒng)子地圖分割方法的缺點,提出了依據過去T時刻的子地圖局部環(huán)境結構信息對移動機器人當前位姿定位的確定性程度分割子地圖,同時采用概率的方式對該思想進行數學描述。(4)針對SLAM中的閉環(huán)問題,提出了一種基于四叉樹的子地圖相關匹配閉環(huán)檢測法。相較于高精度地圖,低精度地圖過估計環(huán)境中障礙物的概率,基于這個基礎,提出了一種基于四叉樹的子地圖相關匹配閉環(huán)檢測法。采用仿真、開源數據及真實物理環(huán)境實驗對所提出的SLAM算法進行測試,分析了所提出SLAM算法的一致性及實時性。仿真和實驗結果表明,所提出的SLAM算法能夠滿足實時性要求且一致性優(yōu)于同類SLAM算法。 【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP242

【圖文】：

39 3.9 基于激光幀特征的EKF-SLAM仿真生成的仿真環(huán)境A處子地光幀特征的EKF-SLAM子地圖構建實驗如下：選取兩處局部環(huán)境（圖 3.8 中的B點與C點）并遙離完成局部環(huán)境的遍歷，同時運行基于激光幀特征的EK局部環(huán)境中，B處為走道中較為整齊的結構化環(huán)境，C�；诩す鈳卣鞯腅KF-SLAM算法生成的兩處局部環(huán)

圖 3.10 基于激光幀特征的EKF-SLAM生成的B處局部結構化環(huán)境子地圖圖 3.11 基于幀特征的EKF-SLAM生成的C處局部非結構化環(huán)境子地圖本實驗表明，，無論是結構化還是非結構化環(huán)境，基于激光幀特征的EKF-SL生成一致性較好的局部子地圖。生成的局部子地圖能夠很好的表達環(huán)境結構信息沒有損失。 基于粒子濾波器的爬山幀匹配SLAM子地圖構建仿真1）基于粒子濾波器的爬山幀匹配SLAM子地圖構建內存消耗仿真

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 田晉宇;王創(chuàng)創(chuàng);何平;熊興中;;非完整網絡移動機器人的一致性[J];華中師范大學學報(自然科學版);2019年06期

2 王宏玉;;移動機器人行業(yè):百花齊放,快速發(fā)展[J];物流技術與應用;2019年03期

3 王賽;劉子龍;;基于4G網絡的移動機器人遠程控制研究[J];軟件導刊;2019年11期

4 張淇元;;自適應巡航移動機器人的構建與編程[J];數字通信世界;2017年10期

5 趙杰;;以世賽集訓為引領 推動學院水平提升——44屆世賽移動機器人項目集訓介紹[J];中國培訓;2018年03期

6 楊洪志;;移動機器人的雙臂結構設計要點研究[J];南方農機;2018年14期

7 任芳;;移動機器人助力無人倉落地——訪杭州�？禉C器人技術有限公司副總裁吳堯[J];物流技術與應用;2018年10期

8 劉銀萍;;全向移動機器人中電動機控制系統(tǒng)的研究[J];微電機;2016年12期

9 張燕;徐一超;盛洲;;A*算法在移動機器人自學習中的使用[J];單片機與嵌入式系統(tǒng)應用;2016年11期

10 薛金水;張新政;;改進遺傳算法優(yōu)化移動機器人動態(tài)路徑研究[J];機床與液壓;2017年07期

相關會議論文 前10條

1 陳煒;馬利;王立柱;;雙臂移動機器人在不平路面激勵下的振動特性分析[A];第十屆動力學與控制學術會議摘要集[C];2016年

2 王潤孝;仲于海;;四足移動機器人研究現狀及核心關鍵技術[A];2017年第七屆全國地方機械工程學會學術年會暨海峽兩岸機械科技學術論壇論文集[C];2017年

3 湯亞鋒;姚紅;楊慶;;氣浮式移動機器人的模糊運動控制方法[A];2009年中國智能自動化會議論文集（第一分冊）[C];2009年

4 李斌;劉景泰;孫雷;王鴻鵬;李寶炯;;面向復雜環(huán)境作業(yè)的輪式滑動轉向移動機器人平臺設計[A];2009年中國智能自動化會議論文集（第二分冊）[C];2009年

5 趙暉;王天然;劉德林;;分布式數據庫在移動機器人中的應用[A];第十屆全國數據庫學術會議論文集[C];1992年

6 李偉;江曉佳;王彥昕;王永強;;基于模糊邏輯推理的室外移動機器人道路邊沿抽取的方法[A];1995年中國智能自動化學術會議暨智能自動化專業(yè)委員會成立大會論文集（上冊）[C];1995年

7 高志軍;顏國正;丁國清;顏德田;;多移動機器人間通訊機制的設計與實現[A];中國儀器儀表學會第三屆青年學術會議論文集（上）[C];2001年

8 郭丙華;胡躍明;吳忻生;;未知或已知環(huán)境中的非完整移動機器人運動規(guī)劃[A];第二十一屆中國控制會議論文集[C];2002年

9 劉國棟;呂福生;謝宏斌;;基于神經網絡的移動機器人的路徑規(guī)劃研究[A];2003年中國智能自動化會議論文集（上冊）[C];2003年

10 李世華;田玉平;;一種非完整移動機器人有限時間跟蹤控制算法[A];江蘇省自動化學會七屆四次理事會暨2004學術年會青年學者論壇論文集[C];2004年

相關重要報紙文章 前10條

1 記者 張紅波;云南技師學院鄭棋元勇奪第45屆世界技能大賽移動機器人項目金牌[N];云南經濟日報;2019年

2 本報記者 黃辛 趙廣立;給移動機器人裝上“最強大腦”[N];中國科學報;2018年

3 整理 任紫;技能報國 正當其時[N];中國勞動保障報;2019年

4 湖南日報記者 姚學文;馳眾 躋身工業(yè)移動機器人第一方陣[N];湖南日報;2018年

5 本報記者 郝曉明;移動機器人“冰屏”炫舞“北京八分鐘”[N];科技日報;2018年

6 沈陽日報、沈報融媒記者 李海英;炫舞“北京8分鐘” 沈陽新松移動機器人團隊榮獲“市長特別獎”[N];沈陽日報;2018年

7 本報記者 孫宏陽;移動機器人巡邏機場高速[N];北京日報;2017年

8 本報記者 周明陽;移動機器人：“百變萬用”真神奇[N];經濟日報;2015年

9 朱偉良 穗人社宣;廣州選手摘金奪銀創(chuàng)歷史佳績[N];南方日報;2017年

10 中國工業(yè)報記者 李芳蕾;履坦科技：打造地面行走的農機典范[N];中國工業(yè)報;2019年

相關博士學位論文 前10條

1 林俊欽;非結構環(huán)境中移動機器人視覺定位技術研究[D];北京理工大學;2017年

2 熊輝;基于分層優(yōu)化的移動機器人即時定位與地圖構建方法研究[D];華中科技大學;2019年

3 王志瑞;四面體桿式移動機器人的系統(tǒng)設計與研究[D];北京交通大學;2019年

4 張啟彬;基于不確定性分析的移動機器人室內定位與導航控制方法研究[D];中國科學技術大學;2018年

5 李曄卓;可重構多模式地面移動機器人的構型設計與性能研究[D];北京交通大學;2018年

6 黃辰;基于智能優(yōu)化算法的移動機器人路徑規(guī)劃與定位方法研究[D];大連交通大學;2018年

7 程傳奇;非結構場景下移動機器人自主導航關鍵技術研究[D];戰(zhàn)略支援部隊信息工程大學;2018年

8 馮晟;基于無線傳感器網絡的移動機器人室內動態(tài)定位[D];東北大學;2017年

9 邱增帥;面向室外環(huán)境的移動機器人自主場景理解[D];大連理工大學;2018年

10 陳偉華;社會環(huán)境的輪式移動機器人定位導航方法研究[D];華南理工大學;2018年

相關碩士學位論文 前10條

1 黃偉;基于激光雷達的移動機器人室內三維地圖構建[D];南京航空航天大學;2018年

2 石長興;基于多傳感器信息融合的室內移動機器人導航技術研究與實現[D];重慶郵電大學;2019年

3 朱家遠;移動機器人自抗擾控制技術研究[D];南京航空航天大學;2019年

4 丁晟輝;地面多移動機器人協(xié)同避障與路徑規(guī)劃技術[D];南京航空航天大學;2019年

5 劉思明;移動機器人銑削系統(tǒng)控制技術[D];南京航空航天大學;2019年

6 王晨琳;基于多源傳感器信息融合的移動機器人協(xié)同導航研究[D];南京航空航天大學;2019年

7 金兆遠;移動機器人局部路徑規(guī)劃及其無盲區(qū)避障研究[D];南昌大學;2019年

8 李科;六輪腿式移動機器人設計及動力學建模研究[D];安徽工業(yè)大學;2019年

9 王蒙;室內移動機器人的定位與建圖技術研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2019年

10 韓文華;基于單線激光雷達的移動機器人動態(tài)環(huán)境導航研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2019年

本文編號：2711900