移动机器人三维激光SLAM算法研究

鉴于移动机器人三维激光SLAM技术的先进性,探讨激光雷达测距与建图算法,以及其两种改进算法:轻量级及地面优化激光雷达测距与建图(LeGO_LOAM)和LOAM的高级实现算法(A_LOAM),尤其对其低漂移、强实时的特性展开深入研究。通过设计对比实验,对不同SLAM算法的优劣进行分析。搭建移动平台,在实际大尺度室外场景和公开数据集KITTI下,从相对位姿估计误差入手完成对比实验。实验结果证明改进算法相比于LOAM可以达到更小的相对位姿估计误差。     

基于Kinect的改进移动机器人视觉SLAM

针对传统ICP（iterative closest points,迭代最近点算法）存在易陷入局部最优、匹配误差大等问题,提出了一种新的欧氏距离和角度阈值双重限制方法,并在此基础上构建了基于Kinect的室内移动机器人RGB-D SLAM（simultaneous localization and mapping）系统。首先,使用Kinect获取室内环境的彩色信息和深度信息,通过图像特征提取与匹配,结合相机内参与像素点深度值,建立三维点云对应关系;然后,利用RANSAC（random sample consensus）算法剔除外点,完成点云的初匹配;采用改进的点云配准算法完成点云的精匹配;最后,在关键帧选取中引入权重,结合g2o（general graph optimization）算法对机器人位姿进行优化。实验证明该方法的有效性与可行性,提高了三维点云地图的精度,并估计出了机器人运行轨迹。     

基于RGB-D的移动机器人三维视觉SLAM

针对移动机器人三维视觉SLAM中存在的实时性不高,匹配误差较大的问题,提出了一种改进的特征匹配算法,提取ORB特征进行特征匹配,并采用基于最小距离与RANSAC结合的方法剔除误匹配。针对位姿估计不准确的问题,将传统的ICP算法与PNP算法结合提高配准成功率,并通过RANSAC与g^2 o优化位姿估计。实验结果表明该方法能有效提高SLAM系统的实时性和位姿估计的准确性     

基于图优化的SLAM后端优化研究与发展

同时定位与地图构建(SLAM)是当前机器人定位导航的研究热点。从优化模型、优化算法及对结果的评估阐述了基于图优化的SLAM后端优化。在建模方面,分析了动态贝叶斯网络建模、因子图建模和马尔可夫图建模;讨论了后端优化的四种方法,即最小二乘优化方法、松弛优化方法、随机梯度下降优化方法和流形优化四种方法。在结果评估方面,阐述了χ2误差和MSE误差对结果的评估方法。最后,结合当前研究热点对SLAM的发展作出了展望。     

移动机器人视觉惯性SLAM研究进展

在研究领域,基于滤波和基于优化是两种实现视觉惯性SLAM(同时定位与地图创建)的主导方法.本文基于这两种方法介绍视觉惯性SLAM,说明了视觉惯性SLAM的最新研究进展和关键问题,对比了几种代表性的视觉惯性SLAM框架,并对未来进行了展望.     

基于RGB-D相机数据的SLAM算法研究

提出了一种基于RGB-D相机数据的同时定位与地图构建(SLAM)算法系统,实现对RGB-D数据的快速和准确构建.首先在RGB图中提取较好鲁棒性的SURF特征,结合使用快速最近邻近似(FLANN)来完成特征点匹配的方式,再使用基于改进的最小距离与随机采样一致性(RANSAC)组合的方法剔除误匹配,然后使用PNP求解相邻帧间的相机位姿变换关系,后端的优化使用G2O(general graph optimization)来优化全局位姿,并使用回环检测消除累计误差.实验证明该方法具有有效性和可行性,能够迅速、准确地构建出三维稠密地图.     

基于低成本移动机器人设计的超声SLAM

介绍了基于TMS320F2812DSP的振动主动控制系统组成及其工作原理。为了实现系统的小型化和集成性,设计出了一种高效的振动主动控制系统。对LMS(最小均方)自适应滤波算法进行了初步研究,并将其应用于此振动主动控制系统中。结果证实了该测控系统软、硬件设计的正确性和有效性。     

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 Cartogr...     

移动机器人SLAM关键问题和解决方法综述

从同时定位与地图构建（Simultaneous Localization And Mapping,SLAM）的研究进程出发,通过回顾SLAM近三十年来的研究方法,对移动机器人SLAM的研究进行系统的总结,并指出其存在的三个关键问题.针对这三个问题,介绍了基于概率估计和基于视觉的SLAM方法,对基于概率估计的SLAM实现方法进行对比总结,并对视觉传感器的不同特性对基于视觉的SLAM方法研究进展进行阐述,随后对比分析不同方法的优缺点,讨论了视觉SLAM存在的问题.最后展望SLAM未来的发展方向.     

采用双视觉里程计的SLAM位姿图优化方法

后端轨迹优化是视觉同步定位与建图系统的重要组成部分,可以显著地提高定位精度.然而,现有的基于捆集约束法的优化方法在大场景中计算量大,并且无法应用于端到端视觉里程计.针对这个问题,提出了一种在前端采用2个视觉里程计的后端通用位姿图优化方法,可以应用于端到端视觉里程计.该方法采用一个高速低精度的端到端视觉里程计以高频率运行...     

基于LiDAR/INS的野外移动机器人组合导航方法

移动机器人在地形复杂等野外环境跨区域运动时,机器人运动特性和环境特征变化更为明显,由此引起的点云畸变和特征点稀疏等问题尤为突出,有必要结合传感器标定误差、车轮打滑和车体颠簸等因素进一步改进机器人的位姿估计精度。本文对基于LiDAR/INS的移动机器人环境建模和自主导航方法展开研究,针对LeGO-LOAM等在处理车体姿态快速变化时的性能退化问题,提出一种适用于野外移动机器人运动特性的点云特征分析和多传感融合方法,利用IMU的预积分与LiDAR的scan-to-map构成优化函数,进而迭代更新机器人的位姿。野外环境实验结果表明,当机器人以较高速度做转弯运动或在短时间内多次转向时,本文所提方法仍可以为优化提供良好的初值估计,相比LeGO-LOAM等方法具有更高的位姿估计精度。     

自主移动机器人路径规划中的点云噪声处理

机器人在自主导航过程中,图像处理算法通过对路径中障碍物的三维点云平面夹角进行分析,实时计算障碍物的高度,判断是否可以通行。而RGB-D相机输出的原始点云数据存在大量噪声,严重影响分割的准确性,需要进行滤波处理。本文在Table Scene数据集中分析比较了统计滤波中不同参数的去噪效果,得到了最佳参数K=20,α=2。移动机器人通过ORB-SLAM2算法在户外环境下构建点云地图,然后分别进行直通滤波、体素滤波、统计滤波和平面分割,计算斜坡夹角,实施运动规划。实验结果表明,在Table Scene数据集中获得的最优统计滤波参数能适用于户外环境,机器人能根据运算结果自动进行路径规划,完成指定任务。     

基于智能优化的移动机器人轨迹跟踪控制

建立了机器人运动学模型,设计了基于Lyaponov稳定理论的轨迹跟踪控制器,该控制器的性能取决于其参数的大小。粒子群优化算法具有收敛速度快,需要调节的参数少等优点,但优化过程中容易发生“早熟”收敛,使优化陷入局部极小值。通过引入模拟退火算法、“交叉算子”和“变异算子”,提出了一种改进粒子群优化算法,对控制器的参数进行优化设计。最后,通过仿真计算,证明了该方法的有效性。     

基于多目标蝗虫优化算法的移动机器人路径规划

在静态多障碍物环境下的移动机器人路径规划问题中，粒子群算法存在容易产生早熟收敛和局部寻优能力较差等缺点，导致机器人路径规划精度低。为此，提出一种多目标蝗虫优化算法（MOGOA）来解决这一问题。根据移动机器人路径规划要求将路径长度、平滑度和安全性作为路径优化的目标，建立相应的多目标优化问题的数学模型。在种群的搜索过程中，引入曲线自适应策略以提高算法收敛速度，并使用Pareto最优准则来解决三个目标之间的共存问题。实验结果表明：所提出的算法在解决上述问题中寻找到的路径更短，表现出更好的收敛性。该算法与多目标粒子群（MOPSO）算法相比路径长度减少了约2.01%，搜索到最小路径的迭代次数减少了约19.34%。     

基于改进粒子群算法的机器人路径规划方法

提出一种基于粒子群算法的机器人路径规划方法.将路径规划看作一个带约束的优化问题,约束条件为路径不能经过障碍物,优化目标为整个路径的长度最短.机器人工作空间中的障碍物描述为多边型,对障碍物的顶点进行编号.利用粒子群算法进行路径规划,每一个粒子定义为一个由零或障碍物顶点编号组成的集合,在粒子的迭代过程中考虑约束条件,惯性权重随迭代次数动态改变,使算法既有全局搜索能力也有较强的局部搜索能力.仿真结果表明该方法的正确性和有效性.     

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。     

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。