基于激光雷达的动态障碍物实时检测

动态障碍的存在直接影响到环境地图的构建精度,可靠实时地检测出动态障碍物是未知环境下移动机器人构建环境地图的根本前提。基于2D激光雷达传感器,提出了一种移动机器人在未知环境下实时检测动态障碍物的方法。将激光雷达的观测数据经过滤波映射到世界坐标系,构建相邻采样时刻的三幅栅格地图;判断相邻时刻三幅栅格地图上对应栅格的占用状态,确定环境中的静态障碍物,以静态障碍物为参考,根据当前的栅格地图可以检测出环境中的动态障碍物。基于激光雷达时空关联性分析,采用八邻域滚动窗口的方法处理不确定性因素。在实际移动机器人MORCS-1上进行的实验结果表明,该方法可使移动机器人准确有效地检测出未知环境中的动态障碍物,实时性好,可靠性高。     

动态环境中移动机器人地图构建的研究进展

大部分现有的移动机器人地图构建方法都是基于静态环境的假设,而实际应用中移动机器人的工作环境是随时间变化的.综述了动态环境中移动机器人地图构建的最新研究进展,介绍了基于地图、基于运动和基于跟踪的检测动态障碍物的各种方法,分析比较了动态环境中移动机器人过滤运动障碍物传感器观测信息和结合运动障碍物传感器观测信息构建环境地图的主要方法,并总结了各种方法的优缺点.探讨了动态环境中移动机器人地图构建存在的难点问题,并展望了该领域的研究方向.     

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。     

基于视差平面分割的移动机器人障碍物地图构建方法

作为自主移动机器人地表障碍物探测（GPOD）技术的一部分,提出了一种利用双目摄像机的视差图像 获取信息来构建机器人前方障碍物栅格地图的方法. 该方法融合了3 维立体视觉技术以及2 维图像处理技术,前者 依据视差图的直方图信息对视差图像进行自适应平面分割,把每个平面看作是3 维场景中的实物切片进而提取障碍 物3 维信息,后者通过计算各平面上的障碍物信息曲线来提取障碍物信息,把立体视觉数据从视差图像空间变换到 2 维的障碍物地图空间. 给出了该方法构建障碍物地图的整体过程,试验结果证明了该算法的有效性和精确性.     

视觉SLAM在室内动态场景中的应用研究

视觉SLAM（Simultaneous Localization And Mapping,同时定位与建图）是移动机器人领域的核心技术,传统视觉SLAM还难以适用于高动态场景并且地图中缺少语义信息。提出一种动态环境语义SLAM方法,用深度学习网络对图像进行目标检测,检测动态目标所在区域,对图像进行特征提取并剔除动态物体所在区域的特征点,利用静态的特征点进行位姿计算,对关键帧进行语义分割,在构建语义地图时滤除动态物体的地图点构建出无动态物体干扰的语义地图。在TUM数据集上进行实验,结果显示该方法在动态环境下可以提升88.3%位姿估计精度,并且可同时构建出无动态物体干扰的语义地图。     

井下移动机器人智能视觉避障研究

针对现有井下移动机器人避障方法在面对井下复杂障碍物时不能准确检测障碍物位置信息,对井下非线性障碍物不能准确进行避障控制等问题,提出了一种基于模糊控制的井下移动机器人智能视觉避障方法。首先采用双目立体视觉模组作为障碍物检测传感器,感知井下环境信息,实时检测障碍物分布情况,并构建占据栅格地图。然后通过八叉树结构模型构建三维点云,使用树状结构对点云数据进行结构化描述,并将其映射到占据栅格地图中,得到障碍物的区域分布情况。最后采用模糊控制策略对实时检测到的障碍物在占据栅格地图中的分布情况进行处理,将当前时刻障碍物在占据栅格地图中的分布情况和移动机器人运行速度作为模糊控制器的输入变量,通过模糊控制算法计算下一时刻移动机器人的转向角度和加速度,从而实现井下移动机器人的智能避障控制。根据移动机器人实际占据空间,设计外接包围盒进一步稳定控制算法,结合避障策略进行智能避障,避免移动机器人与障碍物发生碰撞。实验结果表明,该方法能够准确对井下障碍物分布情况进行描述,使移动机器人能够根据所设计的模糊控制规则准确自主地进行避障操作,从而实现自适应运动。     

基于概率栅格地图的移动机器人可定位性估计

基于广泛使用的概率栅格地图,提出了一种移动机器人可定位性估计方法.通过对定位Fisher信息矩阵进行栅格离散化,提出了静态可定位性矩阵,该矩阵适用于已知地图条件下的离线估计.在此基础上,针对在线估计中环境存在的非预期动态变化问题,采用局部感知的未知障碍物影响因子来修正静态可定位性矩阵,进而得到动态可定位性矩阵,该矩阵定量描述了机器人可定位性能力及其方向性.各种典型环境下的机器人实验结果表明了所提方法的有效性.     

基于深度强化学习的移动机器人动态路径规划算法

为了在复杂舞台环境下使用移动机器人实现物品搬运或者载人演出,提出了一种基于深度强化学习的动态路径规划算法。首先通过构建全局地图获取移动机器人周围的障碍物信息,将演员和舞台道具分别分类成动态障碍物和静态障碍物。然后建立局部地图,通过LSTM网络编码动态障碍物信息,使用社会注意力机制计算每个动态障碍物的重要性来实现更好的避障效果。通过构建新的奖励函数来实现对动静态障碍物的不同躲避情况。最后通过模仿学习和优先级经验回放技术来提高网络的收敛速度,从而实现在舞台复杂环境下的移动机器人的动态路径规划。实验结果表明,该网络的收敛速度明显提高,在不同障碍物环境下都能够表现出好的动态避障效果。     

基于地面视差分布的栅格地图建立方法

针对使用立体视觉建立环境地图方法存在信息不完整的问题,提出一种基于地面视差分布的栅格地图建立方法。利用地面视差分布在视差图中进行障碍物和地面点的检测,通过统一但参数值不同的投影模型将障碍物像素和地面点像素投影到栅格地图中,同时考虑立体视觉的量化和匹配误差、地面视差和栅格占据概率的空间分布。通过在非结构化环境中的实验表明,该方法可以实时地建立信息完整且准确的栅格地图。     

A Stochastic Map Building Method for Mobile Robot using 2-D Laser Range Finder

This paper presents a stochastic map building method for mobile robot using a 2-D laser range finder. Unlike other methods that are based on a set of geometric primitives, the presented method builds a map with a set of obstacle regions. In building a map of the environment, the presented algorithm represents the obstacles with a number of stochastic obstacle regions, each of which is characterized by its own stochastic parameters such as mean and covariance. Whereas the geometric primitives based map sometimes does not fit well to sensor data, the presented method reliably represents various types of obstacles including those of irregular walls and sets of tiny objects. Their shapes and features are easily extracted from the stochastic parameters of their obstacle regions, and are used to develop reliable navigation and obstacle avoidance algorithms. The algorithm updates the world map in real time by detecting the changes of each obstacle region. Consequently, it is adequate for modeling the quasi-static environment, which includes occasional changes in positions of the obstacles rather than constant dynamic moves of the obstacles. The presented map building method has successfully been implemented and tested on the ARES-II mobile robot system equipped with a LADAR 2D-laser range finder.     

Attention-driven monocular scene reconstruction for obstacle detection, robot navigation and map building

In this paper, we present a feature-based approach for monocular scene reconstruction based on Extended Kalman Filters (EKF). Our method processes a sequence of images taken by a single camera mounted frontally on a mobile robot. Using a combination of various techniques, we are able to produce a precise reconstruction that is free from outliers and can therefore be used for reliable obstacle detection and 3D map building. Furthermore, we present an attention-driven method that focuses the feature selection to image areas where the obstacle situation is unclear and where a more detailed scene reconstruction is necessary. In extensive real-world field tests we show that the presented approach is able to detect obstacles that are not seen by other sensors, such as laser range finders. Furthermore, we show that visual obstacle detection combined with a laser range finder can increase the detection rate of obstacles considerably, allowing the autonomous use of mobile robots in complex public and home environments.     

基于自适应动态窗口改进细菌算法与移动机器人路径规划

针对移动机器人在复杂环境下的路径规划问题,提出一种新的自适应动态窗口改进细菌算法,并将新算法应用于移动机器人路径规划。改进细菌算法继承了细菌算法与动态窗口算法（dynamic window algorithm, DWA）在避障时的优点,能较好实现复杂环境中移动机器人静态和动态避障。该改进算法主要分三步完成移动机器人路径规划。首先,利用改进细菌趋化算法在静态环境中得到初始参考规划路径。接着,基于参考路径,机器人通过自身携带的传感器感知动态障碍物进行动态避障并利用自适应DWA完成局部动态避障路径规划。最后,根据移动机器人局部动态避障完成情况选择算法执行步骤,如果移动机器人能达到最终目标点,结束该算法,否则移动机器人再重回初始路径,直至到达最终目标点。仿真比较实验证明,改进算法无论在收敛速度还是路径规划精确度方面都有明显提升。     

基于激光测距仪的障碍物检测的仿真研究

为了进行准确和有效的导航,提出了利用机器人的车载激光测距仪来检测环境中的障碍物.利用激光测距仪对机器人的局部环境建立栅格地图,在该模型下对障碍物进行检测.针对连续变化时刻(t-1)和(t)下的两帧“图像”,在极坐标系中进行障碍物分割,根据分割结果建立障碍物链Object_ List (t-1)和Object_ List (t),计算出各特征参数,并作进一步的匹配和分类分析.如果存在动态障碍物,估计出相应的运动参数,更新得到t时刻的动态障碍物集Dob (N).为了验证算法的有效性,利用visual C++进行仿真,仿真实验结果表明,该方法进行环境中的动静态障碍物的检测是可行的和有效的.     

Multiobjective Navigation of a Guide Mobile Robot for the Visually Impaired Based on Intention Inference of Obstacles

Different from ordinary mobile robots used in a well-structured industrial workspace, a guide mobile robot for the visually impaired should be designed in consideration of multiple moving obstacles of various types and with different speeds while it adaptively maintains a certain distance from the user. Here, the moving obstacles mostly refer to pedestrians in intentional motions. Thus, navigation of the guide robot can be facilitated if the intention of each obstacle detected can be known in advance.In the paper, we propose to use a fuzzy grid-type local map in order to infer the intention of a moving obstacle. And, then, we determine the motion control of the robot by adopting a multiobjective decision making method in order to take into consideration various requirements including goal-seeking, multiple obstacle avoidance and maintenance of a certain distance from the user. To show the effectiveness of the proposed method, some experimental results are provided.