多机器人同步定位与地图构建的地图融合算法的改进

本文主要研究了多机器人同步定位与地图构建(SLAM)的地图实时融合问题.在本文中提出一种混合的SLAM算法(HybridSLAM)算法,可以同时观测和更新多个路标,并根据FastSLAM2.0思想利用选取的最准确的路标观测值来修正机器人位姿.然后,在改进HybridSLAM算法基础上,进一步提出一种改进的多机器人HybridSLAM算法(MR–IHybridSLAM).每个机器人在不同初始位置运行IHybridSLAM算法构建子地图,并将子地图信息实时发送到同一工作站中.根据卡尔曼滤波(KF)原理将每个机器人构建的子地图融合成全局地图.最后,通过仿真实验构建多机器人融合的特征地图并与单一机器人快速的SLAM算法(FastSLAM)和HybridSLAM算法构建的地图进行误差对比,进一步来验证该算法的准确性、快速性和可行性.     

基于信息增益一致性的多机器人地图融合算法

针对多机器人协同SLAM(同步定位与地图构建)的地图融合中,由于通信距离受限或网络拓扑变化造成信息缺失、从而影响全局地图构建的问题,提出一种基于信息增益一致性原理的动态地图融合算法.该算法是完全分布式的,且不依赖于任何特殊的机器人通信网络结构.该算法利用机器人所测局部地图的历史数据和当前数据之间的新增信息,使每个机器人都能同步地获取一致的、最新的全局地图.在有限的网络连接条件下,所提出的地图融合算法能够通过渐近收敛的方式获得准确的全局地图.在每一次迭代中,每个机器人得到的全局地图都是无偏的.在实验中通过实际环境的RGB-D(彩色-深度)数据验证了算法的有效性.     

基于RGB-D图像的室内机器人同时定位与地图构建

同时定位与地图构建（SLAM）是机器人在未知环境实现自主导航的关键技术，针对目前常用的RGB-D SLAM系统实时性差和精确度低的问题，提出一种新的RGB-D SLAM系统，以进一步提升实时性和精确度。首先，采用ORB算法检测图像特征点，并对提取的特征点采用基于四叉树的均匀化策略进行处理，并结合词袋模型（BoW）进行特征匹配。然后，在系统相机姿态初始值估计阶段，结合PnP和非线性优化方法为后端优化提供一个更接近最优值的初始值；在后端优化中，使用光束法平差（BA）对相机姿态初始值进行迭代优化，从而得到相机姿态的最优值。最后，根据相机姿态和每帧点云地图的对应关系，将所有的点云数据注册到同一个坐标系中，得到场景的稠密点云地图，并对点云地图利用八叉树进行递归式的压缩以得到一种用于机器人导航的三维地图。在TUM RGB-D数据集上，将构建的RGB-D SLAM同RGB-D SLAMv2、ORB-SLAM2系统进行了对比，实验结果表明所构建的RGB-D SLAM系统在实时性和精确度上的综合表现更优。     

基于RGB-D图像的室内机器人同时定位与地图构建

同时定位与地图构建（SLAM）是机器人在未知环境实现自主导航的关键技术,针对目前常用的RGB-D SLAM系统实时性差和精确度低的问题,提出一种新的RGB-D SLAM系统,以进一步提升实时性和精确度。首先,采用ORB算法检测图像特征点,并对提取的特征点采用基于四叉树的均匀化策略进行处理,并结合词袋模型（BoW）进行特征匹配。然后,在系统相机姿态初始值估计阶段,结合PnP和非线性优化方法为后端优化提供一个更接近最优值的初始值;在后端优化中,使用光束法平差（BA）对相机姿态初始值进行迭代优化,从而得到相机姿态的最优值。最后,根据相机姿态和每帧点云地图的对应关系,将所有的点云数据注册到同一个坐标系中,得到场景的稠密点云地图,并对点云地图利用八叉树进行递归式的压缩以得到一种用于机器人导航的三维地图。在TUM RGB-D数据集上,将构建的RGB-D SLAM同RGB-D SLAMv2、ORB-SLAM2系统进行了对比,实验结果表明所构建的RGB-D SLAM系统在实时性和精确度上的综合表现更优。     

未知观测噪声时机器人同步定位与地图构建

对未知观测噪声的机器人同步定位与地图构建问题,提出基于神经网络PID自适应学习观测噪声的机器人同步定位与地图构建算法.已知系统噪声为高斯分布,噪声的方差未知,但其真值是在某个有限集合内.设计一个由神经网络PID控制器、观测噪声调整以及中值滤波构成的噪声在线辨识单元.通过自适应在线辨识观测噪声,并进行新息协方差平均值滤波,迭代修正观测噪声协方差,实现机器人同步定位精度的在线提高.实验表明,该算法可降低观测噪声先验信息不足的影响,减小定位误差.     

特征序列数据关联机器人同步定位与地图构建

针对噪声不确定性增大的数据关联问题,提出特征点序列数据关联机器人同步定位与地图构建方法。根据机器人环境特征点的空间几何信息,基于图论建立特征点间的信息相关性。利用相邻两步的特征点观测信息协方差的变化,转化成求解特征点TSP问题和特征序列最大相关函数,以此确定所观测特征点的数据关联。实验证明,提出的方法可在噪声不确定性增大的情况下,保证同步定位与地图构建算法的一致性。     

全自主机器人足球系统的全局地图构建研究

研究和讨论了如何通过多机器人的协作,实现全局地图的构建．在单个机器人通过自身携带的多传感器进行局部地图构建的基础上,研究了前向单目视觉传感器的建模方法,在此观测模型的基础上,用极大似然融合算法对球的位置信息进行融合,而对于多机器人返回的对方机器人位置信息,使用基于密度的空间聚类算法（DBSCAN）进行信息融合,从而实现全局地图构建．实验结果表明,通过多机器人的协作,可以准确地构建出全局地图,弥补了单个机器人自身传感器的有限感知范围,本文研究的方法完全满足全自主机器人足球比赛中动态环境地图构建的需要．     

移动机器人同步定位与地图构建研究进展

同步定位与地图构建（Simultaneous localization and mapping, SLAM）作为能使移动机器人实现全自主导航的工具近来倍受关注.本文对该领域的最新进展进行综述,特别侧重于一些旨在降低计算复杂度的简化算法的分析上,同时对它们进行分类,并指出其优点和不足.本文首先建立了SLAM问题的一般模型,指出了解决SLAM问题的难点;然后详细分析了基于EKF的一些简化算法和基于其他估计思想的方法;最后,对于多机器人SLAM和主动SLAM等前沿课题进行了讨论,并指出了今后的研究方向.     

机器人同时定位与地图构建技术研究*

移动机器人同时定位与地图创建是实现未知环境下机器人自主导航的关键性技术,具有广泛的应用前景,也是目前机器人研究的热门课题之一。针对国内外近年来关于移动机器人同时定位与地图创建的研究工作进行了总结和分析,重点介绍了机器人的地图创建方法类别、基于概率理论的自主定位方法、同时定位与地图创建的问题描述及研究方法等方面的发展现状及存在的不足。     

基于势场路径规划的机器人同步定位与地图构建

针对特征点同时为障碍物的环境,提出一种基于势场路径规划的同步定位与地图构建算法.机器人在同步定位与地图构建的同时,利用势场原理确定机器人的运动控制律,再根据推算的控制律进行下一步的预测和状态估计.在基于势场的路径规划方法中,认定为障碍物的排斥势位的最小影响范围可调节.实验结果表明,利用所提出的算法,机器人可在特征点同时为障碍物的环境中进行同步定位与地图构建,并通过相关性能指标验证了该算法为一致性估计.     

多机器人地图融合方法研究

多机器人建图是实现机器人自主导航,完成复杂智能任务的关键.其中如何将不同机器人采集的数据融合到全局地图中,成了多机器人建图中的一个核心问题.文中采用独立探索、集中建图的探索策略,提出一种基于改进差异进化算法的多机器人概率栅格地图的融合.该算法在地图相似度的概念基础上,建立相异度函数,利用改进的进化算法搜索策略快速地搜索各局部地图之间的最大重叠部分,实现了多机器人系统栅格地图的融合,有效的解决了相对位置未知情况下的地图创建问题.通过实验验证了该方法正确、可行.     

有色量测噪声下机器人同步定位与地图构建

针对有色量测噪声模型,提出一种有色量测噪声下的轮式机器人同步定位与地图构建算法。通过重新组合轮式机器人的过程模型和量测模型,将有色量测噪声量测模型转化为虚拟的白噪声量测模型。为使过程噪声和量测噪声不相关,对过程模型进行不相关条件处理。算法按照构造的虚拟过程模型和量测模型进行滤波估计和地图构建。仿真结果验证了算法的一致性和鲁棒性。     

基于粒子滤波的未知环境下机器人同时定位、地图构建与目标跟踪

为了解决机器人在未知环境下的目标跟踪问题,提出了一种基于粒子滤波的机器人同时定位、地图构建与目标跟踪方法．该方法采用Rao-Blackwellized粒子滤波器对机器人位姿状态、标志柱分布和目标位置同时进行估计．该方法中,粒子群的总体分布情况表征机器人位姿状态,而每个粒子均包含2类EKF滤波器,其中一类用来完成对标志柱分布的估计,另一类用来完成对目标状态的估计,粒子的权值则由粒子状态相对于标志柱和目标状态2类相似度共同产生．通过仿真和实体机器人实验验证了该方法的有效性．     

基于局部子地图方法的多机器人主动同时定位与地图创建

研究了多机器人在未知环境下以主动的方式协作完成同时定位与地图创建（SLAM）的问题．引入局部子地图方法,由每个机器人建立自身周围局部区域的子地图,使多个机器人之间的地图创建相互独立,从而对全局环境的SLAM问题进行分解．而每个机器人在建立局部子地图时将主动SLAM问题转化为多目标优化问题;机器人选取最优的控制输入,使定位与地图创建的准确性、信息增益以及多机器人之间的协调关系得到综合优化．最后,通过扩展的卡尔曼滤波器（EKF）对子地图进行融合得到全局地图．仿真结果验证了该方法的有效性．     

基于WiFi指纹序列匹配的机器人同步定位与地图构建

同步定位与地图构建（SLAM）是当前机器人定位导航的研究热点,可靠的闭环检测是图优化SLAM的关键。而在大范围的复杂环境下,通过视觉或激光雷达进行闭环检测的可靠性低且计算开销大。针对这一问题,提出了一种基于WiFi指纹序列匹配的图优化SLAM算法。所提算法采用指纹序列进行闭环检测,由于指纹序列中包含多个指纹数据,信息量比单个指纹点对的数据丰富,因此将传统的基于指纹点对的匹配扩展到指纹序列的匹配可以大幅减小闭环误判的几率,从而确保了闭环检测的准确性,满足了SLAM在大范围复杂环境下的算法高精度要求。采用两组实验数据（机器人从不同的起点开始）对所提算法进行验证的结果表明：与高斯相似度的方法相比,所提算法的精度在第一组数据上提高了22.94%;在第二组数据上提高了39.18%。实验结果充分验证了所提算法在提高定位精度、确保闭环检测可靠性方面的优越性。     

煤矿巡检机器人同步定位与地图构建方法研究

针对煤矿井下无GPS环境下巡检机器人自主定位问题,研究了基于激光雷达的同步定位与地图构建方法。首先建立激光雷达观测模型和里程计预测模型,将机器人定位和地图构建的实际问题转换为概率数学模型的逻辑推理问题。同时采用自适应蒙特卡罗定位算法进行机器人实时位姿估计,提出了根据粒子权重(地图的匹配度)进行重采样的方法,以去除权重小的粒子,实现了用较少、较好粒子精确表达机器人位姿的后验概率分布,满足机器人利用传感器在栅格地图上实时定位的需求。通过对Fast-SLAM算法进行优化,减少了粒子数量,缓解了粒子耗散,提高了地图构建的精确性。实验结果表明,基于激光雷达的同步定位与地图构建方法有效解决了巡检机器人实时位姿估计和环境地图构建的问题,结合自适应蒙特卡罗定位算法和优化Fast-SLAM算法提高了机器人定位的自适应性和地图构建的精确性。     

基于动态分区方法的多机器人协作地图构建

本文针对多机器人对复杂的未知环境的地图构建问题，提出了一种通过动态分区实现多机器 人协作地图构建的方法．在本文中，采用基于栅格的地图表示法，利用多个距离传感器收集 信息，应用Dempster Shafer证据推理法对信息进行了融合．通过仿真试验，验证了该方法 的可行性．     

图形相似性匹配在多机器人地图中的应用

在多机器人同时定位与地图创建（Simultaneous Localization and Mapping,SLAM）协同工作下,要求融合各机器人的特征子地图形成单一的公共地图,利用三角形相似性原理,实现SLAM定位中各机器人子地图的相互匹配。在机器人创建的地图中,依据路标位置相关的特征组成最小三角形,并通过三角形相似性原理对各机器人创建子地图进行相似性匹配,并记录相似三角形对应点匹配次数,最后彼此匹配次数最多的对应路标即为相关联的路标对。实验结果表明该方法是有效的,且鲁棒性强。     

基于GMapping算法与指纹地图构建的井下定位方法

针对现有井下定位算法定位精度差和依赖信号源坐标的问题,提出一种基于GMapping算法与指纹地图构建的井下定位方法。将待定位的位置信号特征与信号分布图进行匹配,选择最优定位坐标,从而提高井下定位精度;通过与GMapping算法相结合,避免了指纹地图构建过程维护成本高的问题,优化了算法的搜索与匹配效率。实际测试结果表明,该方法平均定位误差为57.7cm,可以满足井下定位要求。     

动态环境下基于路径规划的机器人同步定位与地图构建

针对动态环境下随机目标同时为特征点和障碍物的情况,提出一种基于路径规划的同步定位与地图构 建（SLAM）算法．机器人在同步定位与地图构建的同时,基于势场原理来规划机器人下一步的运动控制规律．利用 混合当前统计模型的交互式多模型（IMM）方法预测随机目标的轨迹,采用最近邻数据关联方法将动态随机目标关 联到地图中．算法构建的地图由静态特征点和随机目标的轨迹组成．仿真结果表明,提出的算法解决了动态环境中 存在的随机目标同时为障碍物时机器人的同步定位与地图构建问题,相关性能指标验证了算法的一致性估计．