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。     

基于不确定网格地图的移动机器人导航

研究了在未知环境下的移动机器人导航问题．在分析超声传感器不确定性模型的基础上,根据模糊集理论创建网格地图来描述机器人工作环境,使用模糊隶属度表示网格占用状态．通过网格信息融合来减弱传感器测量误差,提高网格地图的精度．提出基于模糊网格地图的路径规划算法,利用重复局部优化路径搜索来实现全局路径规划．机器人通过交替进行创建地图和路径规划两个基本过程来完成导航任务．仿真结果表明创建的地图能较精确地表示环境信息。规划的路径可以使机器人安全地到达目的地．     

基于双目视觉和Voronoi图的移动机器人地图构建研究

在双目视觉传感器的基础上,应用改进后的SIFT(Scale-invariant feature transform)算法确定障碍物的三维坐标,提出最大包围盒的思想,将处理后的数据作为Voronoi图的建模生成元,完成移动机器人的全局地图构建;基于V图构建的地图的最大的优点是移动机器人行走的路径是障碍物离散中心的中垂线,可以保证机器人在运行过程中最大程度地远离障碍物;试验结果表明应用该方法构建的地图可靠性高,符合导航的要求。     

基于细化算法的移动机器人拓扑地图创建

在大规模未知环境中,移动机器人要自主完成导航和路径规划等智能任务,关键问题是创建周围环境地图.拓扑地图.以图(Graph)的结构形式表现-个环境的连通性,是一种紧凑的环境表示方法.文中借鉴图像处理中的细化算法来创建室内环境的拓扑地图,首先以栅格地图建模机器人环境,然后将环境的栅格地图进行细化,提取出环境的有效拓扑信息.而且,此方法创建的拓扑地图,未直接使用传感器原始数据,对环境的变化具有较强的鲁棒性.仿真实验结果表明,基于细化算法创建的环境拓扑地图,清晰、简洁,不会产生多余的节点和路径信息.相比于栅格地图,信息存储量明显减少,从而提高了移动机器人自主运行、导航和路径规划的能力,大大提高了系统的工作效率.     

基于场景图谱的室内移动机器人目标搜索

在移动机器人执行日常家庭任务时,首先需要其能够在环境中避开障碍物,自主地寻找到房间中的物体。针对移动机器人如何有效在室内环境下对目标物体进行搜索的问题,提出了一种基于场景图谱的室内移动机器人目标搜索,其框架结合了导航地图、语义地图和语义关系图谱。在导航地图的基础上建立了包含地标物体位置信息的语义地图,机器人可以轻松对地标物体进行寻找。对于动态的物体,机器人根据语义关系图中物体之间的并发关系,优先到关系强度比较高的地标物体旁寻找。通过物理实验展示了机器人在语义地图和语义关系图的帮助下可以实现在室内环境下有效地寻找到目标,并显著地减少了搜索的路径长度,证明了该方法的有效性。     

服务机器人导航与调度系统技术研究

针对服务机器人导航和调度系统问题进行了研究。首先根据事先确定的任务进行自主全局路径规划,移动机器人在执行路径跟踪时,还要不断感知周围的局部环境信息;其次,移动机器人不仅要避开附近的移动障碍物,而且要进行局部规划或局部路径修正;然后,完成了地图创建、机器人全局定位、规划局部路径并控制车体运动;最后,介绍了服务机器人调度系统终端软件。实现了机器人与调度系统的结合,完成通过调度系统进行机器人运动控制的功能。     

移动机器人路径规划技术综述

智能移动机器人路径规划问题一直是机器人研究的核心内容之一.将移动机器人路径规划方法概括为:基于模版匹配路径规划技术、基于人工势场路径规划技术、基于地图构建路径规划技术和基于人工智能的路径规划技术.分别对这几种方法进行总结与评价,最后展望了移动机器人路径规划的未来研究方向.     

低成本移动机器人2D SLAM算法地图评估研究

随着传感器技术的发展,移动机器人得到了广泛的应用.用于绘制环境地图的2D SLAM技术是移动机器人领域重要的技术之一,选出适合低成本机器人的算法对机器人的发展和普及至关重要.提出在仿真环境和实际场景下运行广泛使用的四种开源算法:Gmapping、Hector SLAM、Karto SLAM和Google Cartographer,并对它们生成的地图进行了评估.提出五个用于评估地图的指标,即:ND、MSE、SSIM、Proportion和SLS.实验和评估结果表明,四种算法都成功创建了地图,相比于其它算法,Google Cartographer和Gmapping鲁棒性较好,且生成地图最完整、与地面实况图差异较小.     

一种基于声纳信息的地图创建方法

地图创建是实现机器人在未知环境中自主导航的关键。该文对移动机器人在地图创建中所收集的不确定传感信息进行研究,分析声纳传感器的散射和镜面反射特性,提出一种改进的概率栅格的地图创建方法。该方法将距离信任因子引入到声纳传感器模型。利用该模型,实现移动机器人的自主地图创建,并有效地减少由于声纳传感器所引起的不确定性。通过机器人平台上进行的实验表明该方法的有 效性。     

小型移动机器人自主返航路径规划方法

针对遥控小型移动机器人在自主返航实际应用中定位精度低等问题,提出一种小型移动机器人自主返航路径规划方法.介绍小型移动机器人的任务流程及硬件系统,利用膨胀算子对栅格地图中的障碍物进行运算得到栅格Voronoi图.使用双边界路径矢量化方法从栅格Voronoi图中提取出矢量路径,并对该路径进行拓扑优化.通过Dijkstra算法对拓扑路径进行路径规划并进行算法验证.实验结果表明,该方法所得路径可使环境中的机器人与障碍物之间的距离最大化,并使移动机器人的运动轨迹具有较高的可执行性,提高了小型移动机器人自主返航的成功率.