面向嵌入式平台的单目ORB-SLAM稠密化建图实现

针对现有方法在机器人室内定位中无法同时满足高精度定位、快速处理及稠密地图重建的问题,在拥有跟踪、地图构建和回环检测三线程的ORB-SLAM3系统基础上设计了三维稠密地图构建算法,分别在跟踪阶段、局部光束法平差阶段（bundle adjustment,BA）和全局BA阶段,对满足需求的关键帧进行二次采样和位姿更新,然后通过关键帧和对应位姿计算得到三维点云,最终获得稠密地图。实验结果表明,所提方法在Jetson AGX Xavier嵌入式平台上对TUM数据集的定位速度达到了10.8 frame/s,均方根误差仅有0.213%,验证了该系统的高精度与快速性,可以满足机器人室内定位与建图需求。     

一种新的基于RFID的室内移动机器人自定位方法研究

针对室内移动机器人自定位算法定位精度不高、定位误差存在波动的问题,提出了一种RTFL(RFID tag floor based localization)定位算法与RSSI定位算法相结合的室内移动机器人自定位方法。由RTFL定位算法给定机器人位置估算初值和机器人所在的范围,然后通过基于RSSI的机器人自定位系统进行机器人位置的进一步精确定位。求解过程中,通过遗传算法求解极大似然方程组,并且提出了染色体的筛选和剔除策略。仿真实验结果表明：该方法在有效的时间内完成定位,平均定位误差为0.1572m,与传统的改进方法0.33214m的定位误差相比,降低了近一倍。并且新方法受环境影响较小,鲁棒性较好,能够很好的满足室内移动机器人的定位要求。     

自适应窗隔匹配与深度学习相结合的RGB-D SLAM算法

在动态场景的SLAM系统中,传统的特征点法视觉SLAM系统易受动态物体的影响,使得图像前后两帧的动态物体区域出现大量的误匹配,导致机器人定位精度不高。为此,提出一种结合自适应窗隔匹配模型与深度学习算法的动态场景RGB-D SLAM算法。构建基于自适应窗隔匹配模型的视觉SLAM前端算法框架,该框架筛选图像帧后采用基于网格的概率运动统计方式实现匹配点筛选,以获得静态区域的特征匹配点对,然后使用恒速度模型或参考帧模型实现位姿估计。利用深度学习算法Mask R-CNN提供的语义信息进行动态场景的静态三维稠密地图构建。在TUM数据集和实际环境中进行算法性能验证,结果表明,该算法在动态场景下的定位精度和跟踪速度均优于ORB-SLAM2及DynaSLAM系统,在全长为6.62 m的高动态场景中定位精度可达1.475 cm,平均跟踪时间为0.024 s。     

自主移动机器人的室内结构化环境地图创建

定位与地图创建是自主移动机器人领域研究的重要课题.本文阐述了一种以扩展卡尔曼滤波算法为主要框架,运用直接位姿控制模型描述机器人运动的算法,实现了机器人在室内结构化环境中的同时定位和地图创建.仿真与实验结果表明,里程计信息无法满足定位和创建环境地图的要求,本文算法则能够实现机器人的精确定位.并生成满足一致性要求的地图.     

基于三角剖分的内窥镜肠道手术机器人体素地图构建方法

面向全自主内窥镜机器人诊疗系统,提出一种人体肠道内部结构体素地图构建方法,来实现内窥镜位姿的准确估计,同时构建可以用于手术机器人导航的体素地图.该方法使用单目内窥镜采集肠道内部图像序列,首先基于单目SLAM(同步定位与地图创建)方法估计内窥镜轨迹,同时针对肠道内部结构构建稀疏地图.然后基于稀疏特征点地图,提出一种基于三角剖分的稀疏地图稠密化方案,构建具有稠密几何信息、利于手术器械路径规划的体素地图.分别在模拟肠道和离体猪肠道内进行体素地图构建的实验研究和误差评估,在模拟肠道中直径和病灶尺寸的均方误差分别为1.16 mm和0.81 mm,内窥镜定位均方误差为2.163 mm.     

基于三维点云地图和ESKF的无人车融合定位方法

基于地图匹配的无人车定位方法的精度取决于已创建地图的精度,受外界的影响较小,适用于复杂场景下的无人车定位。然而目前采用的激光雷达点云匹配算法是以单一的特征为核心进行匹配,对于大规模点云匹配准确率较低,导致三维点云地图与实际环境偏差较大,造成基于地图匹配的无人车定位方法精度不高的问题。针对上述问题,提出了一种基于三维点云地图和误差状态卡尔曼滤波（ESKF）的无人车融合定位方法。该方法由三维点云地图构建和ESKF融合定位2个部分组成。在三维点云地图构建部分,通过正态分布变换（NDT）算法进行帧间点云匹配,提高大规模点云匹配准确率,并在根据激光里程计数据建立的位姿图顶点和约束边的基础上添加闭环约束构建图优化问题,采用列文伯格-马夸尔特（LM）算法进行求解,以减少位姿的累计漂移,提高三维点云地图精度。在ESKF融合定位部分,采用ESKF融合惯性测量单元（IMU）数据和三维点云地图数据,实现对无人车先验位姿（位置、姿态和速度）的修正并输出后验位姿。实验结果表明,与基于地图匹配的定位方法相比,该方法定位轨迹相对位姿误差最大值减小了0.176 9 m,平均误差减小了0.027 1 m,均方根误差减小...     

基于RGB-D相机的室内环境3D地图创建

RGB-D相机（如微软的Kinect）能够在获取彩色图像的同时得到每个像素的深度信息,在移动机器人三维地图创建方向具有广泛应用。本文设计了一种利用RGB-D相机进行机器人自定位及创建室内场景三维模型的方法,该方法首先由RGB-D相机获取周围环境的连续帧信息;其次提取并匹配连续帧间的SURF特征点,通过特征点的位置变化计算机器人的位姿并结合非线性最小二乘优化算法最小化对应点的双向投影误差;最后结合关键帧技术及观察中心法将相机观测到的三维点云依据当前位姿投影到全局地图。本文选择三个不同的场景试验了该方法,并对比了不同特征点下该方法的效果,试验中本文方法在轨迹长度为5.88m情况下误差仅为0.023,能够准确地创建周围环境的三维模型。     

基于RGB-D数据的实时SLAM算法

提出了一种基于RGB-D数据的实时SLAM(同时定位与地图创建)算法,得到机器人的6D位姿并构建环境的3D地图.首先提取RGB图像的特征点,并利用高斯混合模型得到特征点处的颜色和3维坐标,以及对应的协方差矩阵.然后利用ICP(迭代最近点)算法,得到当前帧特征点与环境模型特征点集的变换矩阵T_t,并在T_t周围撒点采样,得到观测最优的传感器位姿矩阵P_t.之后利用P_t将当前帧的密集点云变换到全局坐标系下,构建环境3D地图.最后,利用卡尔曼滤波器对环境模型特征点集进行更新.为防止特征点较少时,ICP算法误差较大,本文加入粒子采样步骤,有效地提高了定位精度.此外,在将当前帧特征点与环境模型特征点进行数据关联时,引入颜色信息提高了数据关联的准确率.针对FR1基准包,本文算法的最小定位误差为1.7 cm,平均定位误差为11.9 cm,每帧数据平均处理时间为31 ms,可以满足机器人实时SLAM的要求.     

管道清堵机器人电磁定位系统

介绍了管道清堵机器人的定位原理,依据磁偶极子模型分析了管道外极低频电磁信号的分布规律,建立了管道清堵机器人一维定位方法,并设计了管道清堵机器人电磁定位系统。实验结果表明,该系统可以实现对机器人的有效定位,当接收天线分别以5 m/s和10 m/s的速度移动时,定位误差范围分别为-20.7~19.8cm和-24.3~27.1cm,完全满足工程的精度要求。     

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.     

动态场景下基于语义和光流约束的视觉同步定位与地图构建

针对动态场景下的定位与静态语义地图构建问题,提出了一种基于语义和光流约束的动态环境下的同步定位与地图构建（SLAM）算法,以降低动态物体对定位与建图的影响。首先,对于输入的每一帧,通过语义分割获得图像中物体的掩模,再通过几何方法过滤不符合极线约束的特征点;接着,结合物体掩模与光流计算出每个物体的动态概率,根据动态概率过滤特征点以得到静态特征点,再利用静态特征点进行后续的相机位姿估计;然后,基于RGB-D图片和物体动态概率建立静态点云,并结合语义分割建立语义八叉树地图。最后,基于静态点云与语义分割创建稀疏语义地图。公共TUM数据集上的测试结果表明,高动态场景下,所提算法与ORB-SLAM2相比,在绝对轨迹误差和相对位姿误差上能取得95%以上的性能提升,与DS-SLAM、DynaSLAM相比分别减小了41%和11%的绝对轨迹误差,验证了该算法在高动态场景中具有较好的定位精度和鲁棒性。地图构建的实验结果表明,所提算法创建了静态语义地图,与点云地图相比,稀疏语义地图的存储空间需求量降低了99%。     

基于视觉的机器人自主定位与障碍物检测方法

针对稀疏型同时定位与地图构建（SLAM）算法环境信息丢失导致无法检测障碍物问题，提出一种基于视觉的机器人自主定位与障碍物检测方法。首先，利用双目相机得到观测场景的视差图。然后，在机器人操作系统（ROS）架构下，同时运行定位与建图和障碍物检测两个节点。定位与建图节点基于ORB-SLAM2完成位姿估计与环境建图。障碍物检测节点引入深度阈值，将视差图二值化；运用轮廓提取算法得到障碍物轮廓信息并计算障碍物凸包面积；再引入面积阈值，剔除误检测区域，从而实时准确地解算出障碍物坐标。最后，将检测到的障碍物信息插入到环境的稀疏特征地图当中。实验结果表明，该方法能够在实现机器人自主定位的同时，快速检测出环境中的障碍物，检测精度能够保证机器人顺利避障。     

一种基于RBUKF滤波器的SLAM算法一种基于RBUKF滤波器的SLAM算法

同时定位与建图(SLAM)是智能机器人实现真正自治的必要前提,是一个比单独研究定位或者建图更加困难的课题。该文将基于SUT变换的RBUKF滤波器应用于平面静态环境下的同时定位与建图算法,它能够在同样计算复杂度的情况下,避免基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)SLAM算法由于线性化误差大导致滤波器发散,从而出现建图错误的缺点。基于公共数据集的实验表明该方法估计的最终地图比EKF的方法精度高。     

基于视觉FastSLAM的移动机器人自主探索方法*

针对室内环境下机器人的移动和定位需要,提出基于视觉FastSLAM的移动机器人自主探索方法.该方法综合考虑信息增益和路径距离,基于边界选取探索位置并规划路径,最大化机器人的自主探索效率,确保探索任务的完整实现.在FastSLAM 2.0的基础上,利用视觉作为观测手段,有效融合全景扫描和地标跟踪方法,提高数据观测效率,并且引入地标视觉特征增强数据关联估计,完成定位和地图绘制.实验表明,文中方法能正确选取最优探索位置并合理规划路径,完成探索任务,并且定位精度和地图绘制精度较高,鲁棒性较好.     

基于VSLAM的自主移动机器人三维同时定位与地图构建

移动机器人在探索未知环境且没有外部参考系统的情况下,面临着同时定位和地图构建（SLAM）问题。针对基于特征的视觉SLAM（VSLAM）算法构建的稀疏地图不利于机器人应用的问题,提出一种基于八叉树结构的高效、紧凑的地图构建算法。首先,根据关键帧的位姿和深度数据,构建图像对应场景的点云地图;然后利用八叉树地图技术进行处理,构建出了适合于机器人应用的地图。将所提算法同RGB-D SLAM（RGB-Depth SLAM）算法、ElasticFusion算法和ORB-SLAM（Oriented FAST and Rotated BRIEF SLAM）算法通过权威数据集进行了对比实验,实验结果表明,所提算法具有较高的有效性、精度和鲁棒性。最后,搭建了自主移动机器人,将改进的VSLAM系统应用到移动机器人中,能够实时地完成自主避障和三维地图构建,解决稀疏地图无法用于避障和导航的问题。     

基于扫描匹配预处理的即时定位与地图创建

研究了室内自主移动机器人的即时定位与地图创建问题。分析了目前解决SLAM问题的方法,提出了基于扫描匹配预处理的即时定位与地图创建,用扫描匹配为SLAM提供机器人先验位姿信息。对实验结果和数据的分析,得出了所提出方法可进一步提高SLAM的精度和鲁棒性。     

融合语义激光与地标信息的SLAM技术研究

针对移动机器人在SLAM（即时定位与地图构建）过程中出现的定位失真问题,提出一种通过搭建地标数据库和位姿推导模型,修正机器人错误定位的方法。建图过程中,融合视觉信息与激光数据,得到语义激光,赋予地标语义标签并记录其在地图上的位置信息。导航过程中,当产生定位偏差时,结合多种位姿数据和相对位置关系,推算出机器人在地图上的实际位置,完成重定位。通过实验测试可知,该方法克服了现有机器人在实际室内动态环境下,单一地采用激光或视觉进行定位或重定位技术的缺点和不足,能有效解决“机器人位置漂移问题”。将机器人从当前位置劫持到另一位置,也能根据提出的算法迅速重定位,且定位精度高。     

基于语义分割的室内动态场景同步定位与语义建图

针对动态物体在室内同步定位与地图构建（SLAM）系统中影响位姿估计的问题，提出一种动态场景下基于语义分割的SLAM系统。在相机捕获图像后，首先用PSPNet（Pyramid Scene Parsing Network）对图像进行语义分割；之后提取图像特征点，剔除分布在动态物体内的特征点，并用静态的特征点进行相机位姿估计；最后完成语义点云图和语义八叉树地图的构建。在公开数据集上的五个动态序列进行多次对比测试的结果表明，相对于使用SegNet网络的SLAM系统，所提系统的绝对轨迹误差的标准偏差有6.9%~89.8%的下降，平移和旋转漂移的标准偏差在高动态场景中的最佳效果也能分别提升73.61%和72.90%。结果表明，改进的系统能够显著减小动态场景下位姿估计的误差，准确地在动态场景中进行相机位姿估计。     

基于混合位姿估计模型的移动机器人三维地图创建方法

针对室内复杂环境下的稠密三维建模问题, 提出一种基于RGB-D 相机的移动机器人同时定位与三维地图创建方法. 该方法利用架设在移动机器人上的RGB-D 相机获取环境信息, 根据点云和纹理加权模型建立结合局部纹理约束的混合位姿估计方法, 确保定位精度的同时减小失败率. 在关键帧选取机制下, 结合视觉闭环检测方法, 运用树结构网络优化(TORO) 算法最小化闭环误差, 实现三维地图的全局一致性优化. 在室内环境下的实验结果验证了所提出算法的有效性和可行性.