【摘要】：同時(shí)定位與地圖創(chuàng)建(simultaneouslocalizationandmapbuilding,SLAM)在移動(dòng)機(jī)器人研究問(wèn)題中具有非常重要的研究意義與價(jià)值,其同樣也是最基本、最核心的研究命題。移動(dòng)機(jī)器人的定位能力與環(huán)境地圖的精度密切相關(guān),而環(huán)境地圖的創(chuàng)建又依托于精確定位,兩者相互影響、相輔相成。除此之外,移動(dòng)機(jī)器人必須具備在未知環(huán)境中移動(dòng)的能力,其是移動(dòng)機(jī)器人自主運(yùn)行的重要前提,機(jī)器人從環(huán)境的未知位置出發(fā),在移動(dòng)過(guò)程中估計(jì)自身位姿的同時(shí),通過(guò)傳感器測(cè)量周?chē)h(huán)境并構(gòu)建增量式地圖,進(jìn)而借助該地圖更新機(jī)器人位姿。移動(dòng)機(jī)器人定位借助于環(huán)境地圖的構(gòu)建,而環(huán)境地圖的構(gòu)建同樣依賴于機(jī)器人的位姿,機(jī)器人的定位與環(huán)境建模相輔相成,因此SLAM理念便成為解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)。然而,現(xiàn)階段大部分研究還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段,對(duì)真實(shí)、大型環(huán)境實(shí)現(xiàn)的成功案例較少。加之,工業(yè)領(lǐng)域機(jī)器人應(yīng)用環(huán)境更加復(fù)雜,要求具備更高的魯棒性與定位精度,但目前工業(yè)環(huán)境中環(huán)境的二維地圖與真實(shí)環(huán)境存在較大誤差,這也將直接導(dǎo)致工業(yè)機(jī)器人在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中的應(yīng)用受到極大限制。其中“噪聲地標(biāo)”問(wèn)題是最嚴(yán)重的障礙之一:首先,真實(shí)地標(biāo)與“噪聲地標(biāo)”之間不匹配的概率可能增加,這將可能導(dǎo)致基于拓展卡爾曼濾波(Extended Kalman Filter,EKF)的SLAM算法失效。其次,這些不可靠的“噪聲地標(biāo)”總是不穩(wěn)定的,從而導(dǎo)致更多的不確定性甚至發(fā)散。第三,越來(lái)越多的“噪聲地標(biāo)”帶來(lái)了狀態(tài)向量和協(xié)方差矩陣的高維,基于EKF的算法的計(jì)算復(fù)雜度可能會(huì)急劇增加。因此,本研究旨在利用2D激光雷達(dá)建立復(fù)雜工業(yè)場(chǎng)景下算法模型,在實(shí)際環(huán)境中,創(chuàng)新性地提出一種基于雙地圖的抗干擾EKF SLAM框架,在前人研究基礎(chǔ)上對(duì)SLAM算法進(jìn)行了優(yōu)化與拓展,并采用嚴(yán)格的地標(biāo)選擇方法和基于雙地圖的地圖管理方法來(lái)消除“噪聲地標(biāo)”,有效減少“噪點(diǎn)”,提高地圖構(gòu)建及定位精度。與此同時(shí),對(duì)地標(biāo)處理、實(shí)時(shí)可觀測(cè)區(qū)域等方面也進(jìn)行優(yōu)化,進(jìn)一步保證地標(biāo)的正確性。在文章最后,對(duì)改進(jìn)前與改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)誤差進(jìn)行了分析與總結(jié),并對(duì)改進(jìn)后算法的有效性與實(shí)用性進(jìn)行了驗(yàn)證。
【圖文】：

逡逑圖１－２百度無(wú)人駕駛車(chē)逡逑ＳＬＡＭ在另一個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用為掃地機(jī)器人，并且在該領(lǐng)域很早便開(kāi)始應(yīng)用，逡逑早至１９９６年生產(chǎn)的第一代掃地機(jī)器人上所應(yīng)用的技術(shù)就有ＳＬＡＭ的影子，如圖逡逑１－３所示。２０１６年，小米公司發(fā)布一款掃地機(jī)器人，搭載激光雷達(dá)，通過(guò)掃描周逡逑圍環(huán)境信息來(lái)實(shí)現(xiàn)地圖構(gòu)建和定位導(dǎo)航的功能，能夠進(jìn)行精準(zhǔn)定位的同時(shí)實(shí)現(xiàn)掃逡逑地清潔的功能。逡逑圖１－３掃地機(jī)器人逡逑當(dāng)前各行各業(yè)都出現(xiàn)了很多服務(wù)型機(jī)器人，，如餐飲行業(yè)、教育行業(yè)等等（圖．逡逑１－４）。制約服務(wù)型機(jī)器人快速發(fā)展的一大因素為機(jī)器人自身的精準(zhǔn)位姿估計(jì)，逡逑ＳＬＡＭ能夠較好的解決該問(wèn)題。在國(guó)內(nèi)很多公司也都在對(duì)服務(wù)型機(jī)器人進(jìn)行研逡逑發(fā)，如美團(tuán)外賣(mài)，思嵐科技等，并且現(xiàn)在的服務(wù)型機(jī)器人大多以激光雷達(dá)作為傳逡逑感器來(lái)獲取周?chē)h(huán)境信息

圍環(huán)境信息來(lái)實(shí)現(xiàn)地圖構(gòu)建和定位導(dǎo)航的功能，能夠進(jìn)行精準(zhǔn)定位的同時(shí)實(shí)現(xiàn)掃逡逑地清潔的功能。逡逑圖１－３掃地機(jī)器人逡逑當(dāng)前各行各業(yè)都出現(xiàn)了很多服務(wù)型機(jī)器人，如餐飲行業(yè)、教育行業(yè)等等（圖．逡逑１－４）。制約服務(wù)型機(jī)器人快速發(fā)展的一大因素為機(jī)器人自身的精準(zhǔn)位姿估計(jì)，逡逑ＳＬＡＭ能夠較好的解決該問(wèn)題。在國(guó)內(nèi)很多公司也都在對(duì)服務(wù)型機(jī)器人進(jìn)行研逡逑發(fā)，如美團(tuán)外賣(mài)，思嵐科技等，并且現(xiàn)在的服務(wù)型機(jī)器人大多以激光雷達(dá)作為傳逡逑感器來(lái)獲取周?chē)h(huán)境信息，從而建立環(huán)境地圖及估計(jì)位姿信息。逡逑１１逡逑
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TP242

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本文編號(hào)：2650730