移动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（SLAM）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。本文针对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,重点介绍了移动机器人SLAM的问题描述、关键性技术、SLAM方法的发展现状及存在的不足。     

基于激光雷达SLAM的三维点云自适应算法

SLAM(Simultaneously Localization And Mapping)同步定位与地图构建作为移动机器人智能感知的关键技术。但是,大多已有的SLAM方法是在静止环境下实现的,当环境中存在移动频繁的障碍物时,SLAM建图会产生运动畸变,导致机器人无法进行精准的定位导航。同时,激光雷达等三维扫描设备获得的三维点云数据存在着大量的冗余三维数据点,过多的冗余数据不仅浪费大量的存储空间,同时也影响了各种点云处理算法的实时性。针对以上问题,本文提出一种SLAM运动畸变去除方法和一种基于曲率的点云数据分类简化框架。它通过激光插值法优化SLAM运动畸变,将优化后的点云数据分类简化。它能在提高SLAM建图精度,同时也很好的消除三维点云数据中特征不明显区域的冗余数据点,大大提高计算机运行效率。     

基于深度相机的机器人室内定位技术研究

机器人在室内运动时,需要创建环境地图并估计位姿,以实现自主定位和导航。针对机器人的同时定位与地图创建(SLAM)问题,采用动态贝叶斯网络描述SLAM状态转移过程。通过不断迭代更新机器人的位置估计和修正估计值,完成机器人的室内定位。基于深度相机采集的RGB图像信息,进行相邻帧图像的特征提取与匹配,估算机器人当前位姿。然后使用迭代最近点算法优化初始位姿。以初始位姿为节点,相邻帧的约束关系为边创建节点图。进一步采用Hogman算法对整个节点图进行动态优化,得到全局一致的室内地图。最后根据优化后的节点图,多帧数据叠加就可得到三维地图。实验采用华硕Xtion Pro Live深度相机,实验室地点为目标,成功创建了环境的三维地图,验证了方法的有效性和可行性。     

基于SIFT算法的单目视觉SLAM路标观测研究

移动机器人在未知环境中利用视觉信息进行同时定位与地图构建时,如何提高机器人路标观测质量,成为了视觉SLAM研究中的重要问题。文中首先采用SIFT算法进行视觉图像信息特征点的提取和匹配,然后结合一点随机采样一致性原理,使用扩展卡尔曼滤波算法进行视觉路标的预测和更新。实验结果表明,与传统的基于FAST角点检测的路标观测方法相比,本文提出的SIFT-1pRANSAC-EKF单目视觉SLAM路标观测方法能够有效提高视觉路标的匹配成功率,提高观测质量。     

智能轮椅视觉SLAM仿真系统实现

运用了基于视觉的EKF同时定位与地图创建（SLAM）方法来实现智能轮椅在室内环境下的导航问题。通过对图像的特征提取及匹配、更新确定自身位姿并建立地图。有效准确的特征提取是SLAM实现的必要条件之一。仿真实验显示,所提出的算法可以实现移动机器人的视觉SLAM。     

自主移动机器人即时定位与地图构建方法研究

自主移动机器人的即时定位与地图构建是机器人领域中的关键问题。文中对自主移动机器人即时定位与地图构建研究的两个主要问题进行了分析,研究了不确定信息的描述和处理方法,以及数据关联的方法。综述了现阶段即时定位与地图构建的实现方法,其中包括两种卡尔曼滤波算法和粒子滤波算法,以及基于视觉的SLAM算法。通过分析现有算法的特点,提出了自主移动机器人即时定位与地图构建未来研究的发展方向。     

动态场景下基于视觉同时定位与地图构建技术的多层次语义地图构建方法

为提高视觉同时定位与地图构建(SLAM)技术的环境适应性和语义信息理解能力,该文提出一种可以在动态场景下实现多层次语义地图构建的视觉SLAM方案。首先利用被迫移动物体与动态目标间的空间位置关系,并结合目标检测网络和光流约束判断真正的动态目标,从而剔除动态特征点;其次提出一种基于超体素的快速点云分割方案,将基于静态区域构建的3维地图进行优化,构建了物体级的点云语义地图;同时构建的语义地图可以提供更高精度的训练数据样本,进一步用来提升目标检测网络性能。在TUM和ICL-NUIM数据集上的实验结果表明,该方法在定位精度上远优于目前主流的动态场景下的视觉SLAM方案,证明了该方法在高动态场景中具有较好的稳定性和鲁棒性;在建图精度和质量上,经过将重建的不同种类地图与各个现有方法进行比较,验证了提出的多层次语义地图构建的方法在静态和高动态场景中的有效性与适用性。     

基于ROS的无人派件精灵系统设计

该文主要是对物流配送机器人在校园、社区、室内等环境下的物流配送的"路径规划-包裹配送-运动控制-环境建模-位置定位"展开研究。采用了ROS(Robot Operating System)机器人操作系统作为整个物流配送机器人的核心,通过ROS开源操作系统的功能包结合外围传感器来结合PID算法的差速运动模型来实现对机器人的任意角度运动控制以及远程控制,通过外围传感器进行对周边的环境信息进行感知结合SLAM算法进行二维地图的构建。通过在构建好的地图上进行设计一个起始点和一个目标点,物流配送机器人在该地图中进行路径规划,在规划好的路线执行导航到目标点,在导航的途中遇到障碍物,机器人会自动的避开障碍物或者从新规划路线,从而来实现包裹从起始点到目标点的配送工作。     

激光雷达SLAM下移动机器人双目视觉全局定位

移动机器人在未知环境中执行任务时,需精准感知地图环境和其他物体位置,确定其自身位置。为了提高移动机器人的全局定位精度,提出激光雷达SLAM下移动机器人双目视觉全局定位方法。依据双目视觉系统测距原理,选取双目摄像机中的任意一个相机建立主坐标系,构建双目摄像机模型,结合棋盘图与张正友标定法,标定双目摄像机中参数。在此基础上,计算单帧图像特征点的尺度,完成双目视觉初始化,利用权重函数计算任意一个特征点与线、与面之间的加权值和距离值,估计移动机器人的位置,引入非迭代畸变补偿方法,完成对移动机器人的全局定位。测试结果表明,所提方法的定位结果与实际运动位置之间的最小误差为0.1 m,该方法可以精准定位到移动机器人位置,指导移动机器人更好地执行作业任务。     

动态场景下基于视觉的SLAM技术研究

针对视觉同时定位与地图构建(SLAM)技术在动态环境中存在定位精度低、地图虚影等问题,提出了一种基于深度学习的动态SLAM算法。该算法利用网络参数少且目标识别率高的YOLOv8n改善系统的视觉前端,为视觉前端增加语义信息,提取动态区域特征点。然后采用LK光流法识别动态区域的动态特征点,剔除动态特征点并保留动态区域内的静态特征点,提高特征点利用率。此外,该算法通过增加地图构建线程,剔除YOLOv8n提取的动态物体点云,接收前端提取的语义信息,实现静态语义地图构建,消除由动态物体产生的虚影。实验结果显示,在动态环境下该算法与ORB-SLAM3相比,定位精度提升92.71%,与其他动态视觉SLAM算法相比,也有小幅度改善。     

基于ORB词袋模型的SLAM回环检测研究

即时定位与地图构建(SLAM)是解决移动机器人在未知非结构化环境中自主导航与控制的关键,一个完整的SLAM系统包括传感器数据处理、位姿估计、构建地图、回环检测四个部分。其中回环检测机制是解决移动机器人的闭环重定位,提高SLAM系统鲁棒性的重要环节。该研究提出一种基于ORB词袋模型的SLAM系统框架,通过研究与分析了使用FLANN算法选取关键帧与匹配帧间特征点,ORB特征描述子对检测速度的提高,通过k-means++算法对特征点进行训练生成含有视觉单词的词袋模型,使用高斯金字塔的直方图交叉核的SVM分类器,使用e PNP算法的增量式帧间位姿估计,回环检测重定位机制等环节,实现了单目视觉SLAM系统的初始化与位姿优化,实现了在丢帧状况下通过词袋模型进行重定位。最后通过搭建实验平台和标准数据集的测试得到的数据结果表明,基于ORB词袋模型的SLAM系统,具有良好的实时性,能够有效提高SLAM系统的重定位准确性,增强了系统的鲁棒性。     

基于ROS与三维点云图像的室内物体精准定位

考虑到ROS SLAM构建的地图只能描述环境的二维信息,三维点云图像只能描述物体独立的三维信息等特点,本文融合了ROS SLAM的Gmapping算法构建的室内二维地图与物体的三维点云图像信息,提出了一种复合坐标定位系统。首先对不同室内进行分类,进行一维坐标的标定,其次通过对Gmapping算法构建好的地图等进行二三维坐标标定,再结合空间信息构成外部坐标系φ,最后通过对采集到的物体三维点云坐标进行仿射运算获得物体基于外部坐标三维坐标,结合一维坐标,对物体进行复合四维坐标定位。整个定位实验数据表明,物体室内的位置平均测量误差只有4.2cm,其定位精度比起常见的超声波与红外线定位系统提高6.7%,比基于蓝牙角度测量的定位系统定位精度提高20%,比超宽带定位系统提高72%。物体定位误差小,定位精准。     

移动机器人的同时定位与地图创建的算法研究

移动机器人的同时定位与地图创建是当前机器人领域研究的基本问题与热点,也是实现智能机器人实现自主导航和控制决策的关键。本文从基于贝叶斯滤波器模型和基于图优化平滑模型两个方面对移动机器人同时定位与地图创建(SLAM)的研究进行了综述,介绍了这两种模型的基本框架以及关键技术,阐述了模型的各种不同实现形式,分析了这些算法的性能,并探讨了这些算法的优缺点以及相关难点的解决思路。最后对基于滤波器模型和基于平滑模型的同时定位与地图创建的未来发展进行展望。     

一种基于三维视觉的移动机器人定位与建图方法

针对移动机器人三维视觉SLAM(同步定位与建图)中定位精度低、实时性差等问题,提出一种基于由初到精的位姿估计和双重闭环策略的SLAM方法。首先对MSER(最大稳定极值区)检测算法进行椭圆拟合化处理并提取出图像中的ROI(感兴趣区);然后从ROI中提取出稀疏像素点并使用直接法得到初始位姿变换参数;接着结合改进的基于八叉树结构的ICP(迭代最近点)对相机位姿进行精估计;再结合关键帧选择机制提出一种双重闭环检测方法为构建的位姿图添加约束;最后通过g2o图优化框架对位姿图进行优化并完成点云的拼接。通过NYU和TUM标准数据集验证了算法的实时性与有效性,室内实验结果表明,在复杂环境下也能利用该方法进行准确的位姿估计,并构建出环境的三维点云地图。     

基于多传感器信息融合的智能轮椅SLAM研究

0 引言 近年来,关于自主移动机器人导航过程中SLAM方法的研究得到了快速的发展,定位与地图创建方法的实现和应用为机器人的自主导航与避障提供了可靠的依据。     

基于多径指纹信号子空间的室内回环检测算法研究

移动机器人的SLAM过程中,相机追踪得到的位姿会产生误差。针对随着误差累积导致后续得到的轨迹和地图在世界坐标系中产生尺度漂移的问题,提出一种基于信号子空间的多径指纹的室内单站定位算法与视觉里程计定位算法进行融合用于回环检测。用基于格拉斯曼判别投影分析的无线电指纹定位算法对位置信息特征进行辨识,并且引入格拉斯曼投影尺度函数构建代价函数,将各位置空间进行离散化进而降低类间特征的相似性。仿真实验结果表明,无线电指纹重定位算法可以改善位置模糊问题,提高位置指纹鲁棒性以及辨识正确率,从而判断出机器人是否运动到之前某一位置附近从而消除累积误差。     

视觉融合SLAM鲁棒框架研究

通过融合多种传感器,设计了视觉融合同时定位与地图构建(simultaneous localization and mapping,简称SLAM)的基本功能框架,突出了SLAM环境和动态检测功能,重点基于ROS构建了视觉融合SLAM的技术架构,通过DDS实现了多种功能节点的有效通信,较大程度地提升了视觉SLAM的稳定性和鲁棒性.     

基于PF/CUKF/EKF的移动机器人SLAM框架算法

 提出了一种基于混合滤波的移动机器人同时定位与地图创建(SLAM)算法框架,并利用统计理论对SLAM算法进行一致性评估,该算法框架将机器人SLAM中的联合后验概率分布分解为机器人路径部分及以机器人路径为条件的地图部分,使滤波器变成低维滤波,能够有效地提高计算效率.采用约束的无色卡尔曼滤波(CUKF)算法并融合新的观测数据使提议分布更加接近后验概率分布,并且能够精确估计移动机器人的位姿,进而通过扩展卡尔曼滤波(EKF)算法更新特征地图的位置.仿真实验表明该混合滤波技术为SLAM算法提供了一种有效可靠的途径,在一定条件下与其他SLAM算法比较会得到更高的精度要求.     

SLAM激光扫描的建筑物建模方法与应用Building modeling method and application of SLAM laser scanning

基于SLAM激光扫描系统对目标建筑物进行点云数据采集,通过点云去噪、重采样等预处理得到了建筑物目标点云,利用特征提取算法提取建筑物轮廓线,分别采用点云数据直接建模法和基于轮廓线建模方法对目标建筑物进行了建模对比,利用传统全站仪获取的10个特征尺寸进行了精度验证。试验结果表明,直接建模法的建筑物模型精度为0.058 m,基于轮廓线建立的模型的精度为0.032 m,基于建筑物线特征约束的建模精度明显高于点云数据直接建模精度,为SLAM激光扫描系统在建筑物三维模型建立中的应用提供了方法和参考。     

基于激光传感器的移动机器人地图创建研究

主要研究了室内自主移动机器人基于激光传感器在未知环境下的地图创建的问题。分析了目前地图创建的方法,采用一种分层聚类的方法从原始激光测量数据中提取直线特征,并计算直线特征参数的方差矩阵,最后通过Matlab仿真以及在带有激光型号为lms200的MT-r机器人进行物理实验验证了其可行性。结果所得为机器人实时定位和SLAM提供了理论依据。