【摘要】：移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人正在逐步融入人們的生活,它從科學(xué)研究向產(chǎn)業(yè)化過(guò)渡的過(guò)程中,對(duì)機(jī)器人技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。室內(nèi)動(dòng)態(tài)環(huán)境下的同時(shí)定位與建圖(Si-multaneous Localization and Mapping,SLAM)問(wèn)題就是其中的一個(gè)典型代表。在傳統(tǒng)的SLAM問(wèn)題研究中,往往假定環(huán)境是不隨著時(shí)間發(fā)生改變的;移動(dòng)智能服務(wù)機(jī)器人走進(jìn)人們的生活環(huán)境時(shí),不得不面對(duì)環(huán)境中移動(dòng)的人群、家具位置變動(dòng)等問(wèn)題。這使得傳統(tǒng)的SLAM算法無(wú)法滿足這種應(yīng)用需求。本文對(duì)室內(nèi)動(dòng)態(tài)環(huán)境的特征進(jìn)行了分析,提出了基于圖優(yōu)化的適用于室內(nèi)動(dòng)態(tài)環(huán)境的SLAM算法。本文的工作,主要集中在對(duì)問(wèn)題建模、系統(tǒng)不確定分析、誤差處理、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)等方面,相關(guān)的研究?jī)?nèi)容介紹如下:1.本文首先對(duì)SLAM問(wèn)題的發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹,引出了時(shí)下最新的基于圖優(yōu)化的SLAM算法。文章對(duì)基于圖優(yōu)化的SLAM算法的原理及相關(guān)技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了介紹,同時(shí)分析了動(dòng)態(tài)環(huán)境對(duì)該算法的挑戰(zhàn)。2.本文對(duì)室內(nèi)動(dòng)態(tài)環(huán)境進(jìn)行了分析,根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)特性不同,將它們劃分成動(dòng)態(tài)障礙物和準(zhǔn)動(dòng)態(tài)障礙物。并具體分析了每一種障礙物對(duì)基于圖優(yōu)化的SLAM算法構(gòu)成的挑戰(zhàn)。從問(wèn)題出發(fā),提出了通過(guò)提取環(huán)境的幾何特征過(guò)濾動(dòng)態(tài)障礙物,通過(guò)對(duì)機(jī)器人當(dāng)前局部環(huán)境進(jìn)行建模檢測(cè)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)障礙物的算法框架。3.針對(duì)激光數(shù)據(jù)的特征提取問(wèn)題,文章根據(jù)激光傳感器的工作原理和數(shù)據(jù)特征提出了自適應(yīng)閾值的分割算法。算法通過(guò)計(jì)算相鄰激光點(diǎn)的距離信息,預(yù)測(cè)當(dāng)前激光點(diǎn)的位置,通過(guò)判斷激光點(diǎn)的實(shí)際位置和預(yù)測(cè)位置之間的誤差,實(shí)現(xiàn)對(duì)激光數(shù)據(jù)的斷點(diǎn)檢測(cè)。算法不僅計(jì)算速度快,而且檢測(cè)準(zhǔn)確率高。在分割得到的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,文章闡述了直線特征和圓弧特征的提取及融合方法,并分析了其中的誤差。4.針對(duì)位姿圖的幀間數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)問(wèn)題,本文提出了里程計(jì)和激光數(shù)據(jù)的融合算法。融合算法既解決了里程計(jì)數(shù)據(jù)的精度低和累積誤差問(wèn)題,又解決了激光數(shù)據(jù)匹配的初值依賴問(wèn)題。以激光數(shù)據(jù)和里程計(jì)數(shù)據(jù)的融合算法為基礎(chǔ),降低了幀間數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的誤差。5.針對(duì)特征貧乏的激光數(shù)據(jù)匹配困難的問(wèn)題,文章提出通過(guò)計(jì)算激光數(shù)據(jù)的Fisher信息矩陣,對(duì)激光數(shù)據(jù)匹配可能造成的誤差進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法。Fisher信息矩陣的特征值和特征向量能刻畫激光數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的信息量,因此能評(píng)估匹配失敗發(fā)生的概率。6.針對(duì)傳統(tǒng)位姿圖無(wú)法對(duì)動(dòng)態(tài)環(huán)境進(jìn)行建模的問(wèn)題,文章定義了信息位姿圖模型,通過(guò)在激光數(shù)據(jù)和節(jié)點(diǎn)中添加標(biāo)記信息,對(duì)環(huán)境中位姿發(fā)生變化的物體進(jìn)行建模,減少了這些物體造成錯(cuò)誤環(huán)約束的概率。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP242
【圖文】：

人技術(shù)進(jìn)行研宄，以實(shí)現(xiàn)“家家都有機(jī)器人”為宏偉目標(biāo)。逡逑國(guó)內(nèi)外的科研機(jī)構(gòu)和公司近些年推出了多款智能服務(wù)機(jī)器人，用于科學(xué)研逡逑宄和滿足一些日常的服務(wù)需求。圖１．１（ａ）是美國(guó)Ｓａｖｏｉｋｅ公司研發(fā)的酒店服務(wù)機(jī)逡逑器人Ｒｅｌａｙ，用于在酒店中自動(dòng)為客房運(yùn)送牙刷、毛巾和其它物品？，圖１．１（ｂ）是逡逑日本軟銀集團(tuán)推出的迎賓機(jī)器人Ｐｅｐｐｅｒ，用于在電信營(yíng)業(yè)廳內(nèi)為用戶辦理簡(jiǎn)單逡逑的業(yè)務(wù)和提供咨詢服務(wù)；圖１．１（ｃ）是美國(guó)Ｗｉｌｌｏｗ邋Ｇａｒａｇｅ公司推出的ＰＲ２個(gè)人機(jī)逡逑器人，主要用于科學(xué)研宄；圖１．１（ｄ）是中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)多智能體系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室４自逡逑主研制的“可佳”智能服務(wù)機(jī)器人�！翱杉选眻F(tuán)隊(duì)對(duì)機(jī)器人的高級(jí)認(rèn)知功能進(jìn)行逡逑了長(zhǎng)期深入的研宄，在多模式自然語(yǔ)言處理、集成規(guī)劃系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)知識(shí)自動(dòng)獲取逡逑方面取得了較大的進(jìn)展［１］�！翱杉选睓C(jī)器人，２０１３年被國(guó)際頂級(jí)期刊ＪＨＲＩ的逡逑ＨＲＩ邋Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ邋ａｎｄ邋Ｐｒｏｊｅｃｔｓ邋ｆｒｏｍ邋ａｒｏｕｎｄ邋ｔｈｅ邋Ｇｌｏｂａｌ邋專輯，收錄具有代表性的大型逡逑系統(tǒng)。圖１．１（ｅ）是基于“可佳”機(jī)器人技術(shù)平臺(tái)，研發(fā)的人型機(jī)器人“佳佳”，實(shí)逡逑現(xiàn)了在大型購(gòu)物商場(chǎng)內(nèi)的導(dǎo)購(gòu)和迎賓功能。逡逑面向服務(wù)的智能機(jī)器人需要在實(shí)時(shí)多變的環(huán)境中

己知機(jī)器人位姿的環(huán)境建模問(wèn)題主要研宄如何在建模過(guò)程中處理傳感器逡逑信息ｄ中的觀察噪聲和機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)ＩＩ噪聲，以及環(huán)境模型ｍ的表示方法。逡逑如圖１．２所示，黃色五角星代表“路標(biāo)”在真實(shí)世界中的位置，黃色的圓圈代表逡逑機(jī)器人的真實(shí)位姿（圓圈上的直線表示機(jī)器人的朝向），虛線為機(jī)器人在不同位置逡逑對(duì)環(huán)境模型的觀察，則己知機(jī)器人位姿的環(huán)境建模問(wèn)題依據(jù)機(jī)器人的自身位姿逡逑和對(duì)環(huán)境模型的觀察，估計(jì)觀察到的“路標(biāo)”在真實(shí)世界中的具體位置，圖中藍(lán)逡逑色五角星表示機(jī)器人對(duì)環(huán)境模型的一個(gè)估計(jì)。逡逑賽逡逑尓邐！邋＼逡逑‘邋Ｌ＇ｈ、一逡逑！邋—逡逑Ｉ逡逑Ｉ逡逑圖１．２己知機(jī)器人位姿的環(huán)境建模問(wèn)題逡逑當(dāng)環(huán)境模型ｍ己知時(shí)，根據(jù)傳感器信息ｄ和機(jī)器人的控制指令Ｕ估計(jì)機(jī)器逡逑人當(dāng)前位姿ｘ的后驗(yàn)概率，是式１．２描述的定位問(wèn)題。如圖１．３所示，藍(lán)色圓圈的逡逑位置和朝向，表示機(jī)器人根據(jù)已知的黃色“路標(biāo)”的位置和對(duì)“路標(biāo)”的觀察，逡逑估計(jì)得到的自身當(dāng)前位置，由于觀察噪聲的存在，從圖中可以看到，機(jī)器人對(duì)自逡逑身位姿的估計(jì)（藍(lán)色圓圈）與真實(shí)位姿（黃色圓圈）有一定的偏差。己知環(huán)境模逡逑型的機(jī)器人定位問(wèn)題主要研宄如何選取合適的狀態(tài)估計(jì)方法解析傳感器數(shù)據(jù)與逡逑環(huán)境模型間的關(guān)聯(lián)關(guān)系

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 蔡自興;肖正;于金霞;;動(dòng)態(tài)環(huán)境中移動(dòng)機(jī)器人地圖構(gòu)建的研究進(jìn)展[J];控制工程;2007年03期

本文編號(hào)：2741365